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Contrôle non destructif des matériaux composites en aéronautique 1 Colloque bis

Contrôle non destructif des matériaux composites en aéronautique 1 Colloque bisannuel du CDCQ sur les matériaux composites Drummondville - 23 octobre 2013 Julien Walter – Spécialiste Contrôle Non Destructif Centre Technologique en Aérospatiale 5555, place de la Savane St-Hubert (Québec) J3Y 8Y9 1. Objectifs du CND en aéronautique 2. Composites aéronautiques : enjeux pour le CND 3. Techniques de base 4. Techniques avancées et émergentes 4.1. Ultrasons : techniques avancées 4.2. Thermographie IR 4.3. Shearographie 4.4. Laser-ultrasons (LUIS) 5. Conclusions 2 Contrôle non destructif des matériaux composites en aéronautique Colloque bisannuel du CDCQ sur les matériaux composites Drummondville - 23 octobre 2013 3 1. Objectif du CND en aéronautique Vol 243 Aloha Airlines, 28 avril 1988, Boeing 737-200 Décompression en vol, large partie du fuselage arrachée. 1 mort, 65 blessés. Fissures de fatigues + décollement de joints (lap-joint) + corrosion Inspection non destructive recommandée par Boeing non effectuée par la compagnie aérienne. À quoi sert le CND? 4 1. Objectif du CND en aéronautique En production : détecter les défauts induits lors de la fabrication inclusions et contaminations porosités, vides délaminations manques ou surplus de résine inhomogénéités mauvaise orientation de fibres, etc. dommages dus aux impacts décollements de joints inclusions d’eau, etc. Le CND est une étape critique en fabrication comme en service et une condition essentielle à la sécurité des biens et des personnes. En service : identifier les défauts induits en opération, guider les réparations C-scan (ultrasons) B-scan (ultrasons) CFRP (taffetas) microscopie x50 5 2. Composites aéronautiques : enjeux pour le CND Utilisation en forte croissance dans les aéronefs, car : excellentes propriétés mécaniques gain de masse important (et donc de consommation) pas de corrosion adaptés à la réalisation de formes complexes Utilisation dans les structures primaires : fuselages, ailes  inspection à 100 % requise % massique de matériaux composites par avion 6 Larges surfaces à inspecter Géométries complexes 3D Matériaux complexes, réponse aux méthodes de CND moins bien connue que pour les métaux Matériaux et procédés en évolution rapide Cadences de production élevées  Des défis techniques et économiques : 2. Composites aéronautiques : enjeux pour le CND 7 3. Techniques de base Ultrasons Radiographie X et tomographie (CT-scan) Inspection visuelle « Tap-test » 8 4. Techniques avancées ou émergentes  4.1. Ultrasons : techniques avancées « Phased-array » Systèmes robotisés avec jets d’eau Techniques adaptatives SAUL (Surface Adaptive Ultrasound) 9 4. Techniques avancées ou émergentes Principe  4.2. Thermographie infrarouge 10 4. Techniques avancées ou émergentes  4.2. Thermographie infrarouge  Sans contact, sans couplant  Méthode rapide : inspections de larges surfaces en une seule acquisition  Limitée en profondeur (détectable si taille du défaut > 3 x profondeur)  Dimensionnement précis des défauts à faible profondeur  Des traitements existent pour estimer la localisation en profondeur des défauts  Certains modes d’excitations permettent d’aller plus en profondeur (mode Lock-In, détection de défauts 1.5 à 2 x plus profonds) Résultats d’inspection Avantages et limitations v1.8 (dev) v1.8 (dev) v1.8 (dev) v1.8 (dev) 100 200 300 400 500 600 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 v1.8 (dev)  4.3. Shearographie 11 4. Techniques avancées ou émergentes Principe 12 4. Techniques avancées ou émergentes  Sans contact, sans couplant  Méthode rapide : inspections de larges surfaces (2 à 115m2/h en conditions industrielles)  Dimensionnement des défauts possibles  Profondeur max. d’inspection limitée (dépend de la taille des défauts)  Excellentes performances dans des applications spécifiques (ex : évaluation de joints collés, structures sandwichs) Résultats d’inspection Avantages et limitations  4.3. Shearographie Profil de phase Curseurs pour le dimensionnement 13 Un laser dirigé sur la surface de la pièce à inspecter génère localement un faisceau d’ultrasons par échauffement (effet thermoélastique). Les ultrasons se propagent dans le volume et sont réfléchis par les interfaces et les discontinuités internes (défauts). Un second laser de détection capte ces vibrations lorsqu’elles reviennent à la surface grâce à un interféromètre. Les faisceaux laser sont déplacés à l’aide d’un robot. Toutes les analyses UT classiques sont possibles (A-scan, B-scan, C-scan). 4. Techniques avancées ou émergentes  4.4. Laser-Ultrasons (LUIS) 14 4. Techniques avancées ou émergentes  4.4. Laser-Ultrasons (LUIS) Ici, il y aura une vidéo laser-ultrason à la place des photos ci-dessous. 15 4. Techniques avancées ou émergentes  4.4. Laser-Ultrasons (LUIS)  Sans contact, sans couplant  Performances comparables aux méthodes ultrasons classiques  Capacité de pénétration en profondeur  Capacité à inspecter des pièces de géométrie complexe (3D)  Système dispendieux (ordre de grandeur : x10 par rapport à système UT phased-array) Résultats d’inspection Avantages et limitations 16 5. Conclusions  Le CND joue un rôle critique dans l’inspection des pièces structurales en aéronautique, à la fois en production et en service.  Il existe de nombreuses techniques, présentant des avantages et des limitations propres et ayant chacune un domaine d’application et de performance bien spécifique.  La forte croissance de l’utilisation des matériaux composites dans les aéronefs modernes pose des défis techniques et économiques pour le CND.  Les méthodes ultrasonores sont toujours les plus communément utilisées, mais plusieurs techniques émergentes ont des avantages qui les rendent très attractives.  Le CND fait appel à une expertise spécifique, ainsi qu’à des schémas de certification propres (norme NAS-410 en aéronautique). La demande pour des inspecteurs certifiés est en forte croissance au Québec. Merci de votre attention! 17 Colloque bisannuel du CDCQ sur les matériaux composites Drummondville - 23 octobre 2013 Centre Technologique en Aérospatiale 5555, place de la Savane St-Hubert (Québec) J3Y 8Y9 Tél : 450-678-2001 uploads/s3/ fr-presentation-sur-controle-non-destructif-dans-l-x27-aeronautique-2013.pdf