Detection of the Fatigue Cracks Initiated Near the Rivet Holes by Eddy Current Inspection Techniques

• Autorzy: Uchanin Valentin

Identyfikatory

DOI

10.2478/tar-2020-0010

Warianty tytułu

PL

Wykrywanie peknieć zmęczonych zainicjowanych w otworach nitów za pomocą technik wiroprądowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Eddy current (EC) method is considered as most applicable for in-service detection of fatigue subsurface cracks initiated in aircraft multilayer structures near the rivet holes. At the same time, the successful solution of this problem is obstructed by additional noise created by defect-free rivets. All EC inspection techniques for the detection of subsurface cracks around the rivets can be classified into three main groups: 1) static mode – carried out by placing the EC probe concentrically on the rivet head; 2) rotational mode – when the EC probe is rotated around the rivet axle and 2) sliding mode – performed by the movement of EC probe along the rivet line or near it. All these approaches have some advantages and limitations. In this study, known EC techniques for the detection of cracks in multilayer aircraft structures are analyzed. New advanced EC techniques for the detection of fatigue cracks in internal layers of the riveted structures based on different types (ring, sliding, and rotational) probes are presented. The static EC method with developed low-height ring-type probe creates the possibility to detect cracks in the difficult of access areas. The possibility to estimate the length of detected cracks by a ring-type probe is shown. The proposed rotational remote field EC probe can detect as small as 1.0 mm long cracks under the button-head rivet and 2 mm thick upper skin with a high signal-to-noise ratio. Therefore, in many aircraft structures, fatigue cracks will be detected before a critical threshold achieved. New EC sliding techniques based on remote field and double differential probes were proposed for the rapid detection of cracks in internal layers of riveted aircraft structures. Remote-field EC probe for reliable detection of fatigue cracks in third and fourth layers of five-layer units was proposed. Another sliding technique based on a double differential EC probe gives the possibility to detect transverse cracks in the second layer without the rivet row area access. The main advantage of developed techniques is high inspection reliability due to the possibility to discriminate the signals created by cracks and defect-free rivets. Presented inspection procedures include the selective signal analysis in the complex plane diagram. Proposed EC inspection techniques were successfully implemented into the aircraft maintenance practice.

PL

Metodę wiroprądową (EC) uważa się za najbardziej odpowiednią do wykrywania pęknięć podpowierzchniowych zmęczeniowych zapoczątkowanych w konstrukcjach wielowarstwowych w pobliżu otworów nitów stosowanych w statkach powietrznych. Jednocześnie skuteczne rozwiązanie tego problemu jest utrudnione przez dodatkowy hałas wytwarzany przez nity pozbawione wad. Wszystkie techniki inspekcji EC do wykrywania pęknięć podpowierzchniowych wokół nitów można podzielić na trzy główne grupy: 1) tryb statyczny - przeprowadzany poprzez umieszczenie sondy EC koncentrycznie na głowicy nitu; 2) tryb rotacyjny - gdy sonda EC obraca się wokół osi nitu oraz 3) tryb ślizgowy - wykonywany przez ruch sondy EC wzdłuż linii nitu lub w jej pobliżu. Wszystkie te sposoby mają pewne zalety i ograniczenia. W tym badaniu analizowane są znane techniki EC do wykrywania pęknięć w wielowarstwowych strukturach samolotów. Przedstawiono nowe zaawansowane techniki EC do wykrywania pęknięć zmęczeniowych w wewnętrznych warstwach nitowanych konstrukcji opartych na różnych typach (pierścieniowych, przesuwnych i obrotowych) sond. Statyczna metoda EC z opracowaną sondą pierścieniową daje możliwość wykrywania pęknięć w trudno dostępnych obszarach. Pokazano możliwość oszacowania długości wykrytych pęknięć za pomocą sondy typu pierścieniowego. Proponowana sonda obrotowa EC z odległym polem może wykrywać pęknięcia o długości zaledwie 1,0 mm pod nitem z grzybkiem i górną powłokę o grubości 2 mm z wysokim stosunkiem sygnału do szumu. Dlatego w wielu konstrukcjach lotniczych pęknięcia zmęczeniowe zostaną wykryte przed osiągnięciem progu krytycznego. Zaproponowano nowe techniki przesuwania EC oparte na zdalnych sondach polowych i podwójnych sondach różnicowych do szybkiego wykrywania pęknięć w wewnętrznych warstwach nitowanych konstrukcji lotniczych. Zaproponowano sondę EC z odległym polem do niezawodnego wykrywania pęknięć zmęczeniowych w trzeciej i czwartej warstwie pięciowarstwowych konstrukcji. Inna technika przesuwna oparta na podwójnej różnicowej sondzie EC daje możliwość wykrycia pęknięć poprzecznych w drugiej warstwie bez dostępu do obszaru rzędu nitów. Główną zaletą opracowanych technik jest wysoka niezawodność inspekcji dzięki możliwości rozróżnienia sygnałów wytwarzanych przez pęknięcia i nity wolne od wad. Przedstawione procedury inspekcji obejmują selektywną analizę sygnału na złożonym schemacie płaszczyzny. Proponowane techniki inspekcji EC zostały pomyślnie wdrożone w praktyce obsługi technicznej statku powietrznego.

Słowa kluczowe

EN

eddy current; EC; EC probe; rivet; multilayer aircraft structure; fatigue crack; operational frequency

PL

prąd wirowy; EC; sonda EC; nit; wielowarstwowa konstrukcja samolotu; pęknięcie zmęczeniowe; częstotliwość operacyjna

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Transactions on Aerospace Research
• Rocznik: 2020
• Tom: Nr 2 (259)
• Strony: 47--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Uchanin Valentin

• Karpenko Physico-Mechanical Institute of National Academy of Sciences of Ukraine Naukova Str. 5, Lviv, Ukraine, 79060

Bibliografia

• [1] Beattie, A., Dahlke, L., Gieske J., Hansche B., Phipps, G., Roach D., Shagam R. and Thompson K., 1994, “Emerging Nondestructive Inspection Methods for Aging Aircraft – Final Report”, DOT/FAA/CT-94/31, Federal Aviation Administration, Atlantic City International Airport, N. J.
• [2] Goranson, U., 1997, “Fatigue issues in aircraft maintenance and Repairs”, Int. J. Fatigue, 20(6), pp. 413-431.
• [3] Ostash, O., Fedirko, V., Uchanin, V. Bychkov, S., Moliar O., Semenets, O., Kravets V., Derecha V., 2007, Fracture mechanics and strength of materials, Vol. 5. Strength and durability of airplane materials and structural elements (in Ukrainian), Lviv, Spolom.
• [4] McMaster, R.C., and McIntire, P., Mester, M.L., Eds, 1986, Nondestructive testing handbook (second edition), Vol. 4, Electromagnetic testing, American Society for NDT.
• [5] Udpa, S. S., More P. O., Eds, 2004, Nondestructive testing handbook (third edition), Vol. 5, Electromagnetic testing, American Society for NDT.
• [6] Uchanin, V., 2006, “Eddy current methods for detection of the defects in rivet areas of multilayer aircraft structures” (in Russian), Technical diagnostics and nondestructive testing, 3, pp. 3-12.
• [7] Sasi, B., Rao, B. P. C., Jayakumar, T. and Baldev Raj, 2009, “Development of Eddy Current Test Procedure for Non-destructive Detection of Fatigue Cracks and Corrosion in Rivets of Air-intake Structures”, Defence Science Journal, 59(2), pp. 106-112.
• [8] Mohd Ali, Imran Hussin and Md Hairudin, 2019, “Defect Analysis on Boeing 737-400 Skin Panel Rivet Row Aft Ward Fuselage” Int. J. Innovative Technology and Exploring Engineering, 8(6S).
• [9] Harrison, D. J., 1984, ”Detection of surface cracks near a workpiece fastener hole by means of a rotatable probe”, U. S. Patent 4445089.
• [10] Harrison, D. J., 1985, ”Eddy current measurement apparatus for non-destructive testing in the vicinity of fastener”, U.S. Patent 4496904.
• [11] Harrison, D. J., 1994, Method and apparatus for non-destructive testing of electrically conductive materials, U.S. Patent 5298858.
• [12] Harrison, D. J., 1987, “The Detection of Cracks under Installed Aircraft Fasteners by Means of a Scanning Eddy-Current Method”, Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, eds. D.Thompson and D. Chimenti, Vol. 6A, pp. 1013-1017.
• [13] Sheppard, W., Tam, K., 1995, ”Eddy current probe having body of high permeability supporting drive coil and plural sensors”, U. S. Patent 5399968.
• [14] Hurley, D., Gilmore, R., Young, J., 1996, ”Eddy current surface inspection probe for aircraft fastener inspection, and inspection method”, U.S. Patent 5510709.
• [15] Arnaud, J., Floret, M., 1984, ”Process and device for the detection of cracks in riveted joints using an eddy current probe”, U.S. Patent 4677379.
• [16] Uchanin, V., 2013, Surface double differential type eddy current probes (in Ukrainian), Spolom, Lviv.
• [17] Mook, G., Hesse, O., Uchanin, V., 2007, “Deep penetrating eddy currents and probes”, Materials Testing, 49(5), pp. 258-264.
• [18] Uchanin, V., Mook, G., Stepinski, T., 2002, “The investigation of deep penetrating high resolution EC probes for subsurface flaw detection and sizing”, Proc. 8-th Europ. Conf. for Nondestructive Testing. 2002. Barcelona. (www.ndt.net).
• [19] Uchanin, V., Nardoni, G., 2019, “Detection of cracks in ferrous steel structures: new innovative eddy current techniques”, Procedia Structural Integrity (ESIS), 16, pp. 198-204.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).