Công nghệ và đổi mới trong lĩnh vực thử nghiệm không phá hủy (NDT) đang ngày một được củng cố và phát triển. Sự gia tăng của các dịch vụ NDT hàng không vũ trụ và các kỹ thuật liên quan được thúc đẩy từ tác động của nhu cầu trong lĩnh vực này. Khi chuyến bay của con người lên không gian từng là viễn tưởng, thì ngày nay chúng ta đã phát triển tới khả năng tải trọng lên vũ trụ lớn hơn. Bởi thế, nhu cầu cần có các kỹ thuật kiểm tra hiệu quả và phức tạp hơn để đảm bảo an toàn. Các công ty và các nhà nghiên là những người đi đầu của sự đổi mới này.
Thống kê hiện nay, các công ty đi đầu trong ngành NDT phục vụ việc bảo đảm an toàn máy bay liên tục đứng đầu danh sách với các dịch vụ và sản phẩm NDT hàng không vũ trụ đã mang lại lợi ích to lớn cho ngành, bao gồm: Evident Scientific Eddyfi Technologies Baker Hughes GE Measurement and Control Nikon Metrology Mistras Group. Với sự giúp đỡ của các chuyên gia, nhà nghiên cứu, kỹ sư, nhà khoa học và các công ty NDT hàng không vũ trụ đó, ngành công nghiệp này đã có những bước tiến vượt bậc về mặt tăng trưởng công nghệ. Các phương pháp NDT đã được tăng cường và kết hợp với các công nghệ khác, bao gồm các phương pháp NDT khác để đáp ứng tốt hơn nhu cầu của lĩnh vực khổng lồ và phát triển nhanh này. Sau đây là tổng quan ngắn gọn về những đổi mới gần đây trong lĩnh vực NDT hàng không vũ trụ:
Phased Array UT
Các robot thu thập dữ liệu đa trục được trang bị các mảng tuyến tính 128 phần tử và các tiêu cự thích ứng để kiểm tra hộp cánh CFRP. Chúng cho phép điều khiển chùm tia đa góc đồng thời trong một lần quét, giảm thời gian quét so với UT truyền thống.
Kiểm tra siêu âm bằng laser (LUT)
Trong kỹ thuật này, laser Nd: YAG không tiếp xúc chuyển mạch tạo ra và phát hiện sóng siêu âm do hiệu ứng nhiệt đàn hồi. Lý tưởng cho quét composite tốc độ cao, loại bỏ chất kết dính và khâu chuẩn bị bề mặt.
Kỹ thuật Mảng dòng điện xoáy dạng xung (PECA)
Sự kích thích đa tần số với các cuộn xoắn phẳng có thể xuyên sâu vào các cánh tua bin động cơ. Điều này có thể đo tốc độ suy giảm của các dòng điện xoáy đã được đưa vào, cung cấp dữ liệu về độ dày vật liệu và ăn mòn cho đối tượng thử nghiệm.
Phân tích tín hiệu AI Mạng nơ-ron tích chập (CNN) lọc nhiễu từ tín hiệu ECT trong máy bay cũ. Chúng giúp giảm kết quả dương tính giả trong các lần kiểm tra vỏ nhôm. Điều này rất quan trọng đối với các dịch vụ NDT hàng không hướng đến mục tiêu xử lý nhanh, có thể xử lý hàng nghìn lần quét A mỗi giây.
Hình ảnh Terahertz (THz)
Sóng Terahertz lập bản đồ các đặc tính điện môi trong các liên kết vật liệu lai như CFRP-titan trong nacelle máy bay. Chúng có thể giải quyết các lỗ rỗng dính và liên kết hôn. Chỉ giới hạn ở các vật liệu không dẫn điện, các công ty NDT hàng không vũ trụ đang phát triển các hệ thống THz-UT lai cho các giao diện kim loại.
Digital Twin
Dữ liệu NDT thời gian thực từ nhiều kỹ thuật khác nhau như PAUT và ECT được đưa vào phần mềm Digital twin để mô phỏng sự lan truyền khuyết tật trong cấu trúc máy bay NDT. Nó dự đoán tuổi thọ còn lại (RUL) của các bộ phận như sườn cánh để bảo trì dựa trên tình trạng.
Siêu âm sóng hướng dẫn (GWUT)
GWUT sử dụng sóng Lamb tần số thấp để kiểm tra các thanh dọc cánh mà không cần tháo rời. Kỹ thuật NDT này cũng đã được áp dụng cho máy bay phá băng để cải thiện an toàn bay.
Máy bay không người lái nhiệt tự động
Máy bay không người lái thế hệ mới triển khai nhiệt ảnh chủ động để đánh giá thiệt hại trong khi bay. Dữ liệu có độ phân giải cao thu được được truyền qua 5G đến các trung tâm dịch vụ NDT hàng không.
Hình ảnh siêu phổ (HSI)
Máy ảnh quang phổ 300 băng tần được sử dụng để phát hiện sự phân hủy hóa học trong lớp phủ composite. Kỹ thuật này xác định quá trình oxy hóa nhựa trước khi tách lớp có thể nhìn thấy. Những tiến bộ NDT hàng không vũ trụ này giải quyết những khoảng cách về tốc độ, độ chính xác và khả năng tiếp cận, được thúc đẩy bởi xu hướng hàng không thiên về vật liệu nhẹ hơn và hoạt động không phát thải ròng. Quỹ đạo của ngành phụ thuộc vào sự hợp tác giữa các kỹ thuật trong NDT hàng không vũ trụ và OEM để chuẩn hóa và mở rộng quy mô các công cụ này cho hệ sinh thái MRO toàn cầu.
Những thách thức và rào cản dẫn đến nhu cầu phát triển và cải thiện. Ngành hàng không vũ trụ có những thách thức riêng giúp nó phát triển, mặc dù có thể tiếp cận các kỹ thuật NDT và thiết bị tiên tiến. Những thách thức này bao gồm:
Đặc điểm của vật liệu composite
Hiệu quả kém của thử nghiệm siêu âm (UT) đã trở thành mối quan tâm trong các thành phần Polymer gia cường sợi carbon (CFRP). UT thông thường gặp khó khăn với các đặc tính vật liệu dị hướng đòi hỏi nhiều góc thăm dò để phát hiện các khuyết tật như tách lớp và độ xốp. Điều này làm chậm tốc độ kiểm tra trong các cấu trúc cong hoặc nhiều lớp như lớp vỏ cánh. Kiểm tra siêu âm mảng pha (PAUT) với các định luật tiêu cự thích ứng được sử dụng để kiểm tra bằng cánh tay rô-bốt (ví dụ: máy quét FlexoFORM của Evident) giúp giảm số lần quét.
Kiểm tra dòng điện xoáy
ECT thường cho thấy độ phân giải độ sâu hạn chế khi kiểm tra hợp kim máy bay nhiều lớp như trong cánh tua bin động cơ. Kiểm tra dòng điện xoáy thông thường (ECT) phát hiện các vết nứt bề mặt nhưng không giải quyết được các vết nứt do ăn mòn hoặc mỏi dưới bề mặt bên dưới lớp phủ dẫn điện. Lớp phủ rào cản nhiệt trên cánh quạt Rolls-Royce Trent là ví dụ về nơi kỹ thuật này thất bại. Điều này làm tăng nguy cơ hỏng hóc trong quá trình sử dụng. Hệ thống Mảng dòng điện xoáy xung (PECA) là một giải pháp vì chúng kết hợp kích thích đa tần số và giảm tiếng ồn do AI điều khiển.
Độ phát xạ trong Nhiệt ký
Độ phát xạ nhiệt không đồng đều trong các mối nối vật liệu lai (ví dụ: giá đỡ thân máy bay CFRP-titan) là rào cản trong Thử nghiệm Nhiệt ký. Nhiệt ký thụ động tạo ra kết quả dương tính giả do độ phát xạ thay đổi tại các giao diện vật liệu, làm phức tạp các lần kiểm tra tính toàn vẹn của đường liên kết. Điều này buộc người vận hành phải quay lại thử nghiệm vòi chậm hơn hoặc chụp X-quang. Nhiệt ký khóa với các nguồn nhiệt được điều chế có thể cô lập các tín hiệu khuyết tật khỏi nhiễu phát xạ, cải thiện SNR (tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu).
Phased Array UT và quá tải dữ liệu PAUT độ phân giải cao tạo ra hàng terabyte dữ liệu trong quá trình kiểm tra toàn bộ cánh, quá tải phân tích thủ công, nhưng việc xem xét của con người có nguy cơ bỏ qua các lỗi dưới mức quan trọng như lỗ rỗng siêu nhỏ trong nắp thanh giằng. Điều này làm tăng thời gian chết trong MRO (bảo trì, sửa chữa và vận hành). Nhận dạng lỗi do AI hỗ trợ tự động gắn cờ các bất thường bằng cách sử dụng mạng nơ-ron tích chập (CNN).
Khả năng tiếp cận trong Khu vực hạn chế
NDT thủ công không thực tế đối với các cuộc kiểm tra bên trong thùng nhiên liệu vì không gian hạn chế có thể gây nguy hiểm cho người thực hiện. Các ống soi truyền thống cũng có xu hướng bỏ sót sự ăn mòn bên dưới lớp cách nhiệt bằng bọt. Điều này làm tăng nguy cơ rò rỉ nhiên liệu và vi phạm khả năng bay. Robot bánh xích từ tính có cảm biến ECT có thể điều hướng thành công bên trong thùng, đồng thời truyền dữ liệu thời gian thực đến các nhóm dịch vụ NDT hàng không. Một rào cản khác là việc thiếu chuẩn hóa trong các phương pháp NDT cho các thành phần hàng không vũ trụ được in 3D. Các bộ phận LPBF (Laser Powder Bed Fusion) có các đặc điểm khuyết tật riêng như bột chưa nóng chảy, ứng suất dư, v.v. Những vấn đề này có thể làm chậm quá trình chứng nhận các bộ phận được sản xuất bồi đắp, cản trở việc áp dụng trong các nền tảng thế hệ tiếp theo. Quét vi mô CT kết hợp với bản sao kỹ thuật số giúp kiểm tra chéo và tạo ra các tập dữ liệu chuẩn để chấp nhận theo quy định.
Các thành phần lớn như bộ phận rèn bánh đáp cần tiêu thụ nhiều năng lượng kiểm tra bằng phương pháp chụp X-quang. Chụp X-quang thông thường cần nhiều điện năng, không tương thích với mục tiêu hàng không phát thải ròng bằng 0 hướng tới mục tiêu phát thải carbon bằng 0 vào năm 2050. Chụp X-quang neutron phát hiện hiện tượng giòn do hydro trong thép với mức sử dụng năng lượng thấp hơn, phù hợp hơn với kịch bản này. Ngành này phù hợp với xu hướng hàng không đòi hỏi phải kiểm tra nhanh hơn, an toàn hơn và xanh hơn bằng cách giải quyết các điểm nghẽn kỹ thuật chi tiết.
Những trở ngại và thách thức trong quy trình kiểm tra đã thúc đẩy quá trình nghiên cứu và phát triển các phương pháp NDT hàng không vũ trụ. Ngành công nghiệp đã có những bước tiến lớn trong các hoạt động và công nghệ tiếp theo, một trong số đó:
– Flyability vận hành một trung tâm đổi mới tại Lausanne, Thụy Sĩ, để phát triển máy bay không người lái chịu va chạm để kiểm tra bình nhiên liệu bên trong. Elios 3 hiện có tính năng lập bản đồ LiDAR và chụp ảnh nhiệt 4K để phát hiện khuyết tật theo thời gian thực.
– Adaptix Adaptix đang thực hiện một dự án nhằm phát triển hệ thống kiểm tra X-quang 3D thu thập nhanh được gắn trên rô-bốt. Hệ thống này sử dụng công nghệ tổng hợp kỹ thuật số để kiểm tra các thành phần hàng không vũ trụ lớn hơn làm bằng vật liệu composite.
– Cơ sở mới của GE tại Munich sản xuất rô-bốt kiểm tra được trang bị nhiều cảm biến khác nhau để kiểm tra không gian hạn chế. Rô-bốt Sensiworm của họ, trông giống như một con sâu đo, cũng gây chấn động ngành công nghiệp với khả năng NDT.
– Mistras Group Mistras cung cấp phần mềm quản lý dữ liệu kiểm tra cùng với việc tiến hành nghiên cứu và phát triển chuyên sâu các kỹ thuật NDT. Phần mềm của họ giúp tạo ra các bản ghi chống giả mạo cho an toàn máy bay NDT, giúp các công ty giảm thời gian kiểm toán cũng như đảm bảo tuân thủ các quy định nghiêm ngặt của ngành. Những xu hướng kiểm tra trong ngành hàng không và hàng không vũ trụ này chỉ là phần nổi của tảng băng chìm trong những động thái lớn trong ngành này. Tuy nhiên, xét đến nhu cầu cao trong ngành, chắc chắn rằng tương lai của NDT trong ngành hàng không vũ trụ rất tươi sáng và sẽ tăng trưởng theo cấp số nhân.
Từ khóa: NDT;
Nguồn thông tin: ONE STOP NDT
– CMD –
