WO2008037818A1

WO2008037818A1 - Método para la determinación del espesor de recubrimiento sobre un material compuesto

Info

Publication number: WO2008037818A1
Application number: PCT/ES2006/070140
Authority: WO
Inventors: Joaquín PASCUAL FERNÁNDEZ; Antonio Fuente Souviron
Original assignee: Airbus España, S.L.
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-03
Also published as: CN101657693B; ES2365291A1; US7352194B1; ES2365291B1; US20080079425A1; CN101657693A

Abstract

Método para determinar el espesor de un recubrimiento sobre un material compuesto aplicando corrientes inducidas caracterizado porque el material compuesto junto con su recubrimiento se coloca sobre un material conductor, en la cual se crean corrientes eléctricas circulantes inducidas por un campo magnético alterno, realizándose posteriormente una medición indirecta basada en la medida del efecto de separación que el recubrimiento, junto con el material compuesto, ofrece en corrientes inducidas frente al citado material conductor.

Description

MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DEL ESPESOR DE UN RECUBRIMIENTO SOBRE UN MATERIAL COMPUESTO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un método para Ia determinación de espesores de recubrimientos sobre materiales compuestos mediante Ia aplicación de corrientes inducidas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las corrientes inducidas o corrientes de Eddy (también conocidas como corrientes parásitas o corrientes de Focault) son corrientes eléctricas circulantes inducidas por un campo magnético alterno en un conductor aislado. Sobre un material aislante no se inducen corrientes de Eddy, atravesando el campo magnético alterno el citado material no conductor.

Es bien conocido en la actualidad el uso de corrientes inducidas como método de ensayo no destructivo para Ia determinación de espesores de un recubrimiento no conductor sobre un meta! conductor, o el espesor de un recubrimiento metálico no magnético sobre un metal magnético. Sin embargo, no existe en Ia actualidad un método fiable para la aplicación de corrientes inducidas en Ia medida de espesores sobre materiales compuestos, tal como fibra de carbono, ya que este material, aunque conductor, presenta una conductividad eléctrica muy baja.

Se han propuesto en Ia actualidad otro tipo de técnicas, tales como técnicas de ultrasonidos, como ensayos no destructivos para determinar espesores sobre materiales compuestos, si bien este tipo de técnicas emplean equipos muy complejos y no han dado resultados fiables. La presente invención está orientada a Ia solución de estos inconvenientes. SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención propone un método de medida indirecto para determinar el espesor de un recubrimiento sobre un materia! compuesto, tal como fibra de carbono, que comprende las siguientes etapas:

- disponer el material compuesto junto con su recubrimiento en una configuración plana tal que tenga espesor constante en las áreas de medida y comprenda una zona ubre de recubrimiento; disponer Ia cara del material compuesto sin recubrimiento sobre una chapa de material conductor de espesor constante;

- generar corrientes inducidas sobre el materia! conductor mediante un equipo generador de corrientes inducidas de tipo multicana!; escoger un palpador de baja frecuencia y alto poder de penetración para realizar ias medidas, ajustando !a ganancia del mismo al ajuste que se desee obtener en la medición;

- realizar Ia calibración a cero de! método midiendo con el palpador Ia zona del material compuesto libre de recubrimiento; realizar una calibración de referencia midiendo con el palpador una fibra de material compuesto calibrada; - realizar la medida del material compuesto junto con su recubrimiento con el palpador;

- determinar el espesor del recubrimiento del materia! compuesto teniendo en cuenta el efecto de Ia disminución de Ia intensidad de las corrientes inducidas al atravesar el material compuesto y el recubrimiento cuando dichas corrientes se alejan del equipo generador de las mismas, en base a Ia medida del efecto de Ia separación que el recubrimiento y el material compuesto ofrecen en corrientes inducidas frente a Ia chapa de material conductor. Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa de su objeto en relación con las figuras que Ie acompañan. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra Ia representación en pantalla de ia calibración a cero del método de medida objeto de Ia invención. La Figura 2 muestra la representación en pantalla de Ia calibración, empleando como referencia fibra de poliéster Mylar de 175 μm, dei método de medida objeto de Ia invención.

La Figura 3 muestra una de las probetas objeto de ensayo del método de medida objeto de la invención. La Figura 4 muestra una micrografía que representa la rugosidad de un materia! compuesto con superficie texturada, que constituye una dificultad adicional ai método de medida de Ia invención.

La Figura 5 muestra ias micrografías practicadas sobre una de las probetas examinadas con el método de medida de Ia invención. La Figura 6 muestra Ia curva de resultados obtenidos del ensayo de las probetas examinadas con el método objeto de Ia invención frente a los datos reales.

La Figura 7 muestra Ia colocación de! palpador de medida sobre el material compuesto a medir según el método de medida de Ia presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

El método de determinación del espesor de un recubrimiento sobre un materia! compuesto, tal como fibra de carbono, desarrollado por Ia presente invención consiste en realizar una medida indirecta, considerando el material compuesto o fibra de carbono y el recubrimiento como una separación {Lift-Off) frente a una chapa piaña de metal, tal como una chapa de aleación de aluminio. El método descrito en esta invención es aplicable a una amplia gama de espesores de recubrimientos, que van desde 20 μm a 300 μm, ya que en ningún caso son espesores tan gruesos como para no ser atravesados por fa técnica de baja frecuencia aquí propuesta.

Espesores finos de fibra de carbono, principalmente de 1 a 5 mm, permiten obtener resultados muy fiables en la medida de los espesores del recubrimiento, ya que tienen mayor importancia relativa en Ia separación de variables.

La chapa de aluminio ha de tener un espesor adecuado, preferiblemente de más de 2 mm, y ha de estar sin plaquear. Chapas de 2024, 7075, etc., y en diferentes estados de tratamiento, son adecuadas para realizar Ia calibración y, por tanto, las medidas.

Los resultados obtenidos con el presente método se contrastan con medidas de corte micrográfico, que son las determinantes en situaciones de litigio.

Ejemplos Seguidamente vamos a exponer los resultados obtenidos en un ejemplo concreto de realización de ia invención utilizando como equipo de corrientes inducidas el Zetec MIZ-40 A multicanal, como equipo micrográfico un Analizador de Imagen Leica Q 550 MW, y como palpador de medida un palpador tipo Donut Nortee / R / 100 Hz - 1 kHz / .50 - 1.00 pulgadas, absoluto, P/N 9215653 / S/N FO4173 con las siguientes características:

- Frecuencia: 950 Hz

- Ángulo: 233°

- Ganancia: 41 dB

- Escala horizontal: 2,0 V/D - Escala vertical: 0,4 V/D

- Drive: 16

Primeramente, se procede a realizar Ia calibración del cero empleando para ello una probeta de fibra de carbono libre de pintura, que es eí recubrimiento medido en este caso concreto. Como puede observarse en ia Figura 1 , que muestra Ia representación en pantalla del equipo, en Ia que al tratarse de Ia medida del efecto de separación o Lift-off, el ángulo o fase del vector impedancia se ha ajustado a 233° para obtener una representación vertical, la línea vertical descendente se sitúa en el primer cuadro de altura de pantalla, alcanzando por tanto una altura de 1 cuadro (sobre 8 en total), que corresponde a Ia probeta de fibra de carbono ubre de pintura, esto es, al cero de Ia calibración. Seguidamente, se procede a realizar Ia calibración en base a una lámina de poliéster tipo Mylar calibrada de 175 μm sobre una probeta de fibra de carbono, según se representa en Ia Figura 2. El lift-off ilega hasta el cuadro 6 de altura de pantalla, Io que provoca 5 cuadros de variación. Cinco cuadros de pantalla equivalen pues a 175 μm en Ia presente calibración ( 1 cuadro = 35 μm). Dependiendo del margen de espesores a medir será posible calibrar el equipo con una amplitud suficiente para poder ajustar Ia calibración en cada caso concreto.

En Ia Figura 3 se puede observar una de las probetas que fueron objeto de ensayo, Ia cual comprende 5 zonas de trabajo: 1.- área libre de pintura (para calibrar el cero del equipo), de color negro; 2,- primera capa de pintura, blanca; 3.- segunda capa de pintura, amarilla; 4.- tercera capa de pintura, gris; y 5.- cuarta capa de pintura, azulada. Una vez realizada Ia calibración anterior, con ei ajuste del cero y ía referencia de ía fibra de poliéster tipo Mylar de 175 μm, se procedió a las lecturas de espesor de cada una de las capas en diferentes probetas, contrastando las mismas frente a las medidas absolutas de Ia micrografía.

La probeta ensayada de Ia Figura 3 tiene un espesor nominal de fibra de 1 ,6 mm. Evidentemente, espesores menores o mayores necesitarían un ajuste de Ia ganancia del palpador de baja frecuencia para conseguir Ia misma amplitud, en el mismo sentido que el espesor. Así por ejemplo, espesores de fibra de 3,2 mm requieren 44 dB en lugar de ios 41 dB utilizados en Ia anterior calibración.

Otra cuestión importante a considerar es Ia superficie de acabado de Ia fibra de carbono a examinar. Materiales compuestos con superficies texturadas son muy rugosos, y ello puede hacer difícil Ia medida de espesores de pintura muy finos, en particular si a ello se añade un espesor considerable de dicha fibra. Para espesores pequeños, como en este ejemplo (1 ,6 mm), este hecho se puede minimizar efectuando presión con el palpador sobre la fibra y Ia chapa soporte de aluminio, así como gracias a la amplia configuración redondeada del palpador tipo Donut empleado.

Así, !a micrografía de Ia Figura 4 representa !a rugosidad de un material compuesto con superficie texturada, que liega hasta un valor máximo de casi 125 μm.

Otra cuestión de relevancia en este método es Ia importancia que tiene el cero de calibración, que ha de realizarse entre cada una de las medidas con objeto de evitar al máximo las fluctuaciones que pudieran interferir en las mismas. Esto conlleva calibrar el cero previamente a cada lectura.

A continuación, Ia Tabla 1 muestra los resultados obtenidos en las probetas ensayadas por el método de corrientes inducidas de Ia invención versus los datos reales dei corte micrográfico de estas probetas, así como dos fibras de poliéster de referencia tipo Mylar empleadas en Ia calibración del método, en los márgenes de medida.

TABLA 1

Mylars: 195/193 18,9/17,5 en μm

Haciendo referencia a Ia Figura 6, que muestra Ia curva de resultados obtenidos, lineal, se puede observar un mayor ajuste en los márgenes de trabaio C40 v 1^¿0 um) v una mavor dispersión en (os tramos centrales ^¿70 v 100 μm), probablemente debida a una falta de homogeneidad en las capas 2^a y 3^a de pintura, y a la mayor incidencia relativa de Ia rugosidad de Ia fibra, al tratarse de una superficie texturada. Sin embargo, el ajuste es suficientemente bueno y preciso, si tenemos en cuenta las iimitaciones de partida.

Así, e! método de determinación del espesor de un recubrimiento sobre un material compuesto empleando corrientes inducidas, desarrollado por Ia presente invención, tiene las características principales que se detallan a continuación:

- Ia medida es indirecta, considerando ei revestimiento de fibra de carbono y e! revestimiento de pintura como Lift-off frente a una chapa plana de aleación de aluminio; - Ia configuración, normalmente plana, permite el acceso a ambas caras de Ia fibra;

- se necesita una zona de material ubre de pintura para calibrar el cero del método de medida;

- Ia calibración a cero ha de ser previa a cualquier medida, con objeto de obviar posibles fluctuaciones del método;

- cuanto mayor es el espesor de fibra, Ia ganancia necesaria en el palpador de medida es mayor;

- es preciso utilizar un paípador de baja frecuencia, tipo Donut, con una frecuencia tal que Ie otorgue un alto poder de penetración; y - el ajuste obtenido depende de la ganancia del palpador empleado, estando en torno a 15 μm.

En Ia realización preferente que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro de! alcance definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método de medida para determinar el espesor de un recubrimiento sobre un material compuesto caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- disponer el material compuesto junto con su recubrimiento en una configuración plana tal que tenga espesor constante en las áreas de medida y comprenda una zona ubre de recubrimiento; - disponer Ia cara del material compuesto sin recubrimiento sobre una chapa de material conductor de espesor constante;

- generar corrientes inducidas sobre el material conductor mediante un equipo generador de corrientes inducidas de tipo multicanal; - escoger un palpador de baja frecuencia y alto poder de penetración para realizar las medidas, ajustando Ia ganancia del mismo al ajuste que se desee obtener en ¡a medición;

- realizar Ia calibración a cero del método midiendo con el palpador Ia zona del material compuesto libre de recubrimiento;

- realizar una calibración de referencia midiendo con el palpador una fibra de material compuesto calibrada;

- realizar Ia medida del material compuesto junto con su recubrimiento con el palpador; - determinar el espesor del recubrimiento del material compuesto teniendo en cuenta e! efecto de Ia disminución de Ia intensidad de las corrientes inducidas al atravesar el material compuesto y el recubrimiento cuando dichas corrientes se alejan de! equipo generador de las mismas, en base a Ia medida del efecto de Ia separación que el recubrimiento y el material compuesto ofrecen en corrientes inducidas frente a Ia chapa de material conductor.

2. Método de medida para determinar el espesor de un recubrimiento sobre un materiai compuesto según Ia reivindicación 1 caracterizado porque el espesor del recubrimiento va desde 20 a 300 μm.

3. Método de medida para determinar el espesor de un recubrimiento sobre un material compuesto según Ia reivindicación 1 caracterizado porque el materia! compuesto es fibra de carbono.

4. Método de medida para determinar el espesor de un recubrimiento sobre un material compuesto según Ia reivindicación 1 caracterizado porque ei material conductor tiene un espesor constante mayor o igual de 2 mm.