A&T 2016, Torino Lingotto Fiere Sessione specialistica del 20 aprile 2016, ore 10:30 - 12:45 Relatore: Giacomo Maione (Finmeccanica – Alenia)

1. AT&T
Manutenzione e processi - I metodi termici per la caratterizzazione meccanica dei
materiali e della loro integrità
Torino
Uso di metodi termografici per i CND
in ambito aereonautico.
Esempi di applicazioni
20 Aprile 2016
Ing. Giacomo Maione – Finmeccanica Aircraft Division
Ing. Ciro Incarnato – Finmeccanica Aircraft Division
Ing. Antonio Ciliberto – Finmeccanica Aircraft Division

2. Introduzione
AT&T– Sessione Specialistica 20 aprile 2016
Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 La Termografia è uno dei metodi di controllo non distruttivo che trova
un discreto impiego nel mondo aereonautico.
 L’utilizzo tipico previsto è:
 In-Service (es. Rilevazione di intrusioni d’acqua, danni da
impatto, validazione di riparazioni)
 Laboratorio (es. applicazioni di ricerca)
 Supporto Produzione (es. utilizzo del metodo per la messa a
punto di tecniche di taglio, foratura, rivelazione materiale
estraneo durante la laminazione automatica, rivelazione di
distribuzione anomala di resina nei pre-impregnati, etc.)
 Un ulteriore utilizzo in ambito aereonautico che sta assumendo negli
ultimi anni una notevole importanza è nella caratterizzazione di
grinze in materiali compositi dovute a sacche di resina

3. Introduzione
AT&T– Sessione Specialistica 20 aprile 2016
Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 In ambito aereonautico l’impiego di tale metodo dovrebbe essere
eseguito da personale certificato
REQUISITI PERSONALE ISPETTIVO METODO IRT (NAS 410/EN4179)
Per Personale di Livello 1 e Livello 2
Requisiti minimi OJT
Livello1
(Personale in addestramento)
Livello2
(Personale con certificazione di Livello1)
Livello2
(Passaggio diretto)
200 ore 600 ore 800 ore
Requisiti minimi Classroom Training
20 ore 40 ore 60 ore
Per ogni Livello di Certificazione è inoltre previsto il superamento di:
 Un esame Generale
 Un esame Specifico
 Un esame pratico
Per Personale di Livello 3
Istruzione Esperienza di Livello 2
Nessuna 4 anni
Diploma 2 anni
Laurea 1 anno

4. AT&T– Sessione Specialistica 20 aprile 2016
Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Tra i principali campi di impiego della termografia, sono riportati
alcuni esempi di impiego:
 In Service: Rilevazione della presenza di acqua in di parti
sandwich con composito e nido d’ape.
 Supporto in Produzione: Rilevazione delle temperature
raggiunte durante operazioni di foratura con macchine a
Controllo Numerico
 Metodo ausiliario: Rilevazione e Caratterizzazione di grinze in
materiale composito dovute a presenza di sacche di resina
 Metodo principale: Rilevazione e caratterizzazione di difetti in
parti in materiale composito.
Esempio Tecniche Termografiche

5. Esempio Water Intrusion
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Problematica: Nelle strutture tipo sandwich composito-nido d’ape la
presenza di infiltrazioni di acqua può avere un effetto catastrofico se
si pensa che durante il volo il ghiaccio espandendosi può arrecare
ulteriori danni come lo scollamento di parti o altri tipi di rotture.
 Va pertanto previsto che durante le fasi di manutenzione vi sia un
controllo termografico su suddette parti dell’aeromobile tipicamente
esposte (es. superfici mobili).

6. Esempio Water Intrusion
AT&T– Sessione Specialistica 20 aprile 2016
Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 La parte viene riscaldata con una sorgente di calore in modo
uniformemente distribuito sulla superficie da ispezionare (lampade,
pistole ad aria calda, etc.). In seguito dopo un certo intervallo di
tempo (poche decine di secondi) è possibile rivelare la presenza di
eventuali intrusioni di acqua.
FLIR A655sc

7. Processo di setup optimization per operazioni di Drilling
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Problematica: Talvolta il setup impostato sugli impianti a controllo
numerico per il taglio (trim) o la foratura (drill) automatica non
presenta parametri perfettamente ottimizzati; ciò può causare una
non corretta usura dei tool di trim/drill o altresì causare danni nel
materiale da tagliare e/o forare.
 L’esempio preso in considerazione è relativo al processo di drilling
che è stato monitorato in real-time mediante un controllo termografico
al fine di stabilire se le temperature cui la punta arriva durante le
operazioni in servizio sono tali da poter causare sia un’usura anomala
che un eventuale danno nella struttura.

8. Processo di setup-optimization per operazioni di Drilling
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Mediante l’utilizzo di una termocamera, è stato predisposto un
monitoraggio in tempo reale del processo di foratura. La termocamera
utilizzata è stata una di tipo ‘raffreddato’ per avere una migliore
sensibilità termica
Thermacam S65 FLIR
 Dal filmato acquisito, l’analisi delle sequenze termografiche hanno
evidenziato che durante le varie fasi di drilling, le temperature
raggiunte dalla punta arrivavano a valori anomali che potevano
portare ad anomalie di usura o a danneggiamenti della parte.

9. Processo di setup-optimization per operazioni di Drilling
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Sequenze temporali durante le operazioni di foratura.
1 la punta si avvicina alla zona da forare 2 la punta inizia a forare
3 Si generano polveri di lavorazione 4 la punta oltrepassa la parte

10. Processo di setup-optimization per operazioni di Drilling
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Sequenze temporali durante le operazioni di foratura.
5 Si generano polveri anche dal lato opposto 6 la punta inizia la risalita
6 Temperature elevate raggiunte dalla punta 7 La punta ha terminato

11. Processo di setup-optimization per operazioni di Drilling
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 L’analisi è stata poi ripetuta provando differenti setup (velocità di
rotazione della punta, velocità di foratura, velocità di avanzamento,
etc.).
 E’ stato dunque possibile procedere ad un’ottimizzazione del setup
dell’impianto.
 Il monitoraggio mediante termografia ha consentito di validare il setup
e quindi risolvere eventuali anomalie e/o danni nella struttura
lavorata.

12. Wrinkle Measurement
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Problematica: Le parti in materiale composito talvolta presentano
sacche di resina superficiali, tali difetto è tipicamente accompagnato
dalla presenza di grinze nel materiale. I metodi CND comunemente
adottati in produzione (UT) talvolta non sono stati in grado di
caratterizzare completamente (in particolare la misurare la profondità)
tale difetto.
 La necessità di riuscire a caratterizzare completamente tale difetto
completa il processo di controllo nelle strutture in composito, e
contribuisce ad una efficace RCCA per la risoluzione/mitigazione del
problema.

13. Wrinkle Measurement
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 L’implementazione del controllo termografico ha consentito di poter
quantizzare (in termini di lunghezza, larghezza e soprattutto
profondità) tale difetto.
A A’
La presenza della sacca di resina è associata ad una grinza nel composito
Provino analizzato Vista in sezione A-A’ Tipica immagine termografica di fase

14. Wrinkle Measurement
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Con il metodo IRT, ed in particolare con la tecnica di lock-in è stato
osservata e misurata la differenza di fase (∆Ф) tra l’area dove è
presente la sacca di resina e l’area buona circostante
 Mediante caratterizzazione distruttiva sono state poi misurate
larghezza (L) e profondità (p) reali.
Vista in sezione della parte reale

15. Wrinkle Measurement
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Ripetendo la comparazione per tanti punti differenti e a differenti frequenze di
eccitazione termica, è stata osservata una corrispondenza tra:
 Mediante algoritmi ad hoc è stato possibile stimare il valore della:
 Profondità (p)
 Larghezza (L)
 con una buona accuratezza (~0,1 mm)
 La larghezza L della sacca di resina e variazione di fase Ф
 La ∆Ф e la variazione di profondità della sacca di resina (p)
 L’analisi NDI vs. DI su un elevato numero di campioni, ha consentito
inoltre di validare tale metodo di misura

16. Defect Caracterization
AT&T– Sessione Specialistica 20 aprile 2016
Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Problematica: l’ispezione di parti in composito, con metodi convenzionali
come gli ultrasuoni talvolta presenta difficoltà in termini di rateo ispettivo o di
setup; in particolare per quelle parti di geometria non piana con forme ad L, a
Z, etc..
 L’utilizzo di una tecnica termografica potrebbe invece consentire l’ispezione
‘one-shot’ di tali parti, fornendo una soluzione relativamente veloce ed
ecologica (assenza di mezzi accoppianti quindi di necessità di
smaltire/depurare questi ultimi).

17. Defect Caracterization
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Le prove sono state svolte su differenti campioni contenenti difetti artificiali
che simulano i difetti tipici che tipicamente si trovano nelle parti di produzione
Termogramma di uno step wedge
in solido laminato con un set
di difetti artificiali
Termogramma di una parte in composito con difetti artificiali
Danni da impatti a differenti energie
High depth  Low depth Termogramma di una parte piana di 8 plies con differenti inserti artificiali

18. Sviluppi futuri
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Uso di metodi termografici per i CND in ambito aereonautico. Esempi di applicazioni
 Ricercare quali solo i limiti di impiego (tipologia di materiale,
tipologia di difetti misurabili, spessori, geometrie, etc.) entro i
quali poter validare il metodo termografico come metodo primario
di ispezione;
 Ricercare una validazione dello stesso come metodo
complementare (es. utilizzo in modalità integrata con altri metodi
per una ‘fast inspection’ che può consentire una preliminare
accettazione della parte).
 Validazione il metodo IRT mediante analisi e confronto:
 con altri metodi CND
 Con una caratterizzazione Distruttiva (IRT vs. DI)
 Arricchire ulteriormente la normativa vigente (sia aziendale che
internazionale)