Schnelle Prufung von CFK-Tragflachen Vorderkanten mit Phased Array Ultraschall

摘要

Leichtbauwerkstoffe wie Faserkunststoffverbunde (FKV) werden aufgrund ihrer hohen Steifigkeit und Festigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht bereits in einer Vielzahl von technischen Systemen eingesetzt. Neben der Luft- und Raumfahrt zahlen auch die erneuerbaren Energien sowie zunehmend der Automobilbereich zu den Anwendungsgebieten. Bei der Detektion von herstellungsund betriebsbedingten Schaden kommt der zerstorungsfreien Materialprufung mittels Ultraschall eine tragende Rolle zu. Eine Herausforderung, die sich die Ultraschallprufung allerdings immer ofter stellen muss, ist die Prufung von gekrummten Flachen. Grosse Krummungsradien konnen noch durch Ausnutzung der Oberflachenspannung eines wasserbasierten Koppelmittels uberbruckt werden, wahrend kleine Krummungsradien speziell geformte Vorlaufstrecken benotigen. Diese Losung ist im Bereich der Einkanaltechnik Stand der Technik und wird bereits eingesetzt. Bei Verwendung von Linien- oder Matrixprufkopfen ergeben sich hieraus neue Herausforderungen, die in anisotropen Werkstoffen nicht mittels der Total Focussing Methode (TFM) gelost werden konnen. In dieser Arbeit wird hierzu ein Verfahren entwickelt, um die Verklebung in Flugelvorderkanten wie zum Beispiel des Hohenleitwerks des Elektro-Rekordflugzeugs E-Genius aus kohlenstofffaserverstarktem Kunststoff (CFK) zu prufen. Hierzu wird, ahnlich der Einkanaltechnik, eine spezielle Vorlaufstrecke hergestellt, die die negative Kontur der Vorderkante abbildet. Besonderheit dieser Vorlaufstrecke ist hierbei, dass es mehrere Positionierungsmoglichkeiten fur einen Linienprufkopf gibt, somit konnen alle Bereiche der Vorderkante mit einem Vorlauf gepruft werden. Winkelschwenks von diversen Sequenzen liefern anschliessend denjenigen Winkel, unter dem der Ultraschall senkrecht auf das zu untersuchende Bauteil trifft. Eine Interpolation der Winkel liefert somit fur jede Sequenzierung eines E-Scans einen optimal senkrechten Einschallwinkel. Anschliessend wurden die fur die optimalen Schwenkwinkel jeweiligen Verzogerungszeiten berechnet. Abschliessende Messungen zeigen, dass ein in intakten Bereichen durchgehend konstantes Ruckwandecho entlang der Krummung zu sehen ist und belegen den wirkungsvollen Einsatz dieser Methode.