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Les moyens de C.N.D. associés aux structures composites

Nicolas Terrien

Centre Technique des Industries Mécaniques

[email protected]

CND des

CompositesLes moyens de C.N.D. associés aux structures composites

Le besoin industriel en C.N.D.

Les moyens de CND associés aux défauts surfaciques

Les moyens de CND associés aux défauts volumiques

Ultrasons Multiéléments Thermographie infrarouge stimulée Ultrasonic bondtester

Conclusions

CND des

Composites

Le besoin industriel en C.N.D

Défauts d’élaboration

Endommagements

impact

Fissuration interlaminaire, translaminaire, intralaminaire

…

Variations d’épaisseur

3 mm

8 mm

Variations d’épaisseur

3 mm

8 mm

Microporosités0 – 50µm

Porosités50 – 500 µm

Macroporosités500 µm – 5 mm

100 µm100 µm1 mm

Microporosités0 – 50µm

Porosités50 – 500 µm

Macroporosités500 µm – 5 mm

100 µm100 µm100 µm100 µm1 mm1 mm

Ondulations d’un renfort UD carbone

⇒ Rupture d’un mât de bateau de course

Délaminage peau/mousse, tassement de la mousse

CND des

Composites

Le besoin industriel en C.N.D

déformation de peau

mauvais collage âme/peauSandwich

brûlure

contamination

inclusion

manque de polymérisation

variations épaisseur

discontinuité de renfort

orientation/répartition des renforts

variations du taux de fibres

vides

micro-macro porositésComposite monolithique

DEFAUTS DE MISE EN ŒUVRE

tassement/écrasement âme

Décollement âme/peauSandwich

Vieillissement des fibres

Vieillissement de la matrice

Rupture translaminaire

Délaminage

Décohésion fibre/matriceComposite

monolithique

ENDOMMAGEMENTS

Deux grandes familles :

⇒ Défauts surfaciques

⇒ Défauts volumiques

CND des

CompositesLes moyens de CND associés aux défauts surfaciques

Le contrôle visuel

Ecart de brillance, de teinte

Bulle, cratère, piqure, peau d’orange, retassure, cloque, coulure…

Essorage, excès local de fibres, fibres apparentes

Craquelure, écaillage

⇒ Contrôle par Inspection (visuel) Détaillée des réservoirs GNV

Le ressuage

Fissures débouchantes

Meule en composite granulaire

Tuyauterie verre époxy

CND des

CompositesLes moyens de CND associés aux défauts volumiques

Mauvaises orientations des fibres, absence de fibres

Vides, microporosités

Inclusions Eau dans nid d’abeille, nid d’abeille corrodée

Contaminations

Délaminages, décollements (peau/âme, collage) Écrasement de l’âme

Discontinuités évolutives au cours d’une sollicitation mécanique

RX, tomographie

Ultrasons,

Thermographie IR

Shearographie,

taping,

BondTester

⇒ Choix de la technique en fonction des matériaux, géométries, contraintes opérationnelles…

Emission acoustique

CND des

Composites

Contrôle US multiéléments sur

réservoir composite

Principe des ultrasons multiéléments Les traducteurs multiéléments

Les nouvelles possibilités offertes Exemples d’applications

Conclusions

Ultrasons multiéléments

CND des

Composites

Transposition de l’échographie médicale au CND

Mêmes principes d’étalonnage, de détection, de dimensionnement qu’en ultrasons conventionnels

Requiert des traducteurs multiéléments

CNDEchographie médicale


Principe

CND des

Composites

Plusieurs éléments piézocomposites alimentés individuellement

Eléments piézoélectriques pilotés indépendamment les uns des autres

Multiéléments

Monoéléments


Les traducteurs

CND des

Composites

Balayage linéaire

Déflexion du faisceau ultrasonore

Focalisation

Combinaison : balayage linéaire, déflexion, focalisation

Direction of energyDirection of energy

[Sofranel]


Les nouvelles possibilités

CND des

Composites

Contrôle de structures nautiques

Contrôle d’une coque … d’un mât

Délaminage

Fond du mât

Manque d’imprégnation de résine


Exemples d’applications

CND des

Composites

Détection de délaminage dans des structures monolytiques

M21/T700GC [0/90]4S

Insert métalliqueDélaminage



Système de contrôle Omniscan / Glider

CND des

Composites

Contrôle en cours de fabrication

Contrôle d’un raidisseur Ω avant détourage

Les ultrasons multiéléments


Objectifs : - ajustement des paramètres du process

- réduire les coûts / les rebus

Raidisseur Ω obtenu par formage d’une plaque C/PEEK

B-Scan électroniqueB-Scan électronique

C-Scan

B-Scan électroniqueB-Scan électronique

C-Scan

Zone 5

CND des

Composites

Amélioration de la détection de défauts grâce au balayage angulaire, à la focalisation….

Meilleure sensibilité

Réduction du nombre de traducteurs

Réduction du temps d’inspection

Une visualisation sous forme de cartographie

Enregistrement de toutes les données donc traçabilité du contrôle

Caractérisation très proche des UT mono-éléments

UT conventionnel Multiéléments


Conclusions

CND des

Composites

Thermographie infrarouge stimulée

Ultrasons

Lampes halogènes

Courants de Foucault

Lampes flashs

Principe

CND des

Composites


Détection d’infiltration d’eau dans un nid d’abeille nomex

Détection d’un manque d’imprégnation dans une structure

sandwich GF/balsa


CND des

Composites

Conclusions

La thermographie infrarouge stimulée est adaptée à la mesure d’épaisseur de revêtement au contrôle non destructif

Elle peut s’appliquer sur les matériaux métalliques Composites

Pour les applications CND, elle permet de détecter des délaminages, des décollements des fissures non débouchantes des infiltrations d’eau

Cette méthode est intégrable pour du contrôle en ligne peut être compatible avec des cadences de production nécessite des essais de faisabilité pour déterminer les paramètres les mieux appropriés


CND des

Composites

Ultrasonic Bondtester

Principe

Détection de délaminages, décollements, écrasement de l’âme sous-jacents la surface de structures sandwich (nomex, nidalu, mousse)

Principe [Olympus]

CND des

Composites

Exemple d’applications : le contrôle d’un cadre de trimaran

Structure sandwich : mousse/carbone


Etalonnage sur une pièce de référence

Contrôle de la santé matière d’un cadre de trimaran

Détection d’une indication

CND des

Composites

Exemple d’applications : le contrôle d’un mât

Structure sandwich nid d’abeille/carbone


Structure de référence

⇒ Détection délaminage peau/âme

Zone saine Délaminage peau/âme

CND des

Composites

Conclusions

Couplage à sec Détection de décollements, délaminages,… en surface Sensibilité limitée par la distance entre les picots émetteur/récepteur Nécessite de s’étalonner sur une pièce de référence


CND des

Composites

Conclusions

Le choix d’une méthode dépend d’un grand nombre de paramètres:

matériaux (caractéristiques absorbantes vis-à-vis de l’énergie fournie,…),

défauts recherchés,

position et orientation des défauts (au cœur ou en surface,…)

documents d’applications (obligations contractuelles, normes, taille des défauts recherchés, …),

géométrie et état de la pièce (accessibilité, état de surface, épaisseur, revêtement…)

mode d’élaboration

lieu du contrôle, considérations économiques (prix pièce par rapport au contrôle)

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