De ultrasone scantechnologie van ABS verbetert de veiligheid bij scheepsrompinspecties

Eén markt waarop ABS Group zich richt met haar ultrasone scantechnologie voor composietmaterialen is de bootreparatie-industrie, waar het schade of defecten kan beoordelen die niet aan de oppervlakte zichtbaar zijn. (Beeld:Getty Images)

Scheepsbouwers hadden geen keuze uit glasvezel toen het non-profit American Bureau of Shipping (ABS) 160 jaar geleden werd opgericht om levens en eigendommen op zee te helpen beschermen. Gelukkig heeft de technologie die de veiligheid van zeeschepen helpt verbeteren in die tijd ook een lange weg afgelegd, deels omdat mensen een ruimtevarende soort zijn geworden.

ABS Group of Companies Inc. uit Spring, TX, een dochteronderneming van ABS die oplossingen voor risicobeheer levert en maritieme technische diensten uitbreidt naar kleinere schepen zoals jachten en vissersboten, heeft nu een technologie ontwikkeld om het hitteschild van NASA's Orion-ruimtevaartuig te inspecteren en biedt deze aan voor het evalueren van rompen van zeevaartuigen die zijn gemaakt met geavanceerde composietmaterialen.

Een ruwe ultrasone scan van een blok Avcoat, de epoxyhars op het hitteschild van het Orion-ruimtevaartuig, levert weinig bruikbare informatie op (boven). Uitgebreide signaalverwerking die Aerospace Corporation voor NASA heeft ontwikkeld, kan echter defecten detecteren zoals een ontbrekende verbinding en een ‘kissing unbond’ – een plek waar de oppervlakken elkaar ontmoeten maar niet met elkaar zijn verbonden (onder). (Afbeelding:NASA)

Schepen langer dan 175 voet vereisen de sterkte van een metalen romp. Omdat metaal geluid gemakkelijk geleidt, kunnen deze worden geïnspecteerd met behulp van traditioneel ultrasoon scannen, waarbij hoogfrequent geluid het materiaal in wordt gestuurd en schade wordt gedetecteerd door onregelmatigheden op te sporen in de echo's die naar het apparaat worden teruggestuurd. Kleinere schepen kunnen gewicht besparen met composietrompen, vaak gemaakt van lagen glasvezel, epoxyhars of koolstofvezel, maar deze materialen absorberen en dempen geluid, waardoor ze veel moeilijker te beoordelen zijn met ultrasone technologie.

“We hebben gekeken naar industrieën die al geavanceerder waren in hun vermogen om defecten in niet-metalen materialen op te sporen, en de lucht- en ruimtevaartindustrie is echt toonaangevend in die sector”, zegt Nick Obando, directeur Asset Integrity Management bij ABS Group.

De gewichtsbesparingen die composietmaterialen opleveren, evenals betrouwbare inspecties om de veiligheid te garanderen, behoren tot de allerhoogste prioriteiten voor NASA en andere ontwerpers van ruimtevaartuigen. Toen de ruimtevaartorganisatie dus een nieuwe constructiemethode voor het hitteschild van de Orion-module koos, hadden de ingenieurs een inspectietechniek nodig die de integriteit ervan kon helpen garanderen. Uiteindelijk wendden ze zich tot het non-profit R&D-bedrijf Aerospace Corporation om een nieuwe ultrasone technologie te creëren voor het onderzoeken van composieten – een technologie die ook zou blijken te voldoen aan de behoeften van ABS Group en zijn kleinere, lichtere klantenkring.

Een potentiële markt voor de inspectie van composietmateriaal bevindt zich op offshore-platforms, waar beschadigde composietdrukvaten een gevaar kunnen vormen, en composietmaterialen pijpen en bovenbouwconstructies beter zouden kunnen repareren als er een manier was om hun integriteit te testen. (Beeld:Getty Images)

Orion is het ruimtevaartuig dat de komende jaren astronauten naar de maan en terug zal brengen tijdens NASA's Artemis-missies. Het hitteschild zal hem beschermen bij zijn terugkeer, terwijl hij door de atmosfeer van de aarde schiet en temperaturen tot 5000 ° F genereert. Het schild zou oorspronkelijk worden gemaakt door Avcoat, een lichtgewicht epoxyhars die voorheen werd gebruikt voor het hitteschild van de Apollo-capsule, in de cellen van een honingraatstructuur te injecteren. Toen er echter een testschild werd gebouwd, vormden zich bij sommige naden scheuren, dus besloten NASA en aannemer Lockheed Martin om blokken Avcoat rechtstreeks op de basis van het schild te lijmen.

“Door dit te doen creëerden ze een situatie waarin die verbindingslijn nu van cruciaal belang werd”, zegt William Prosser, Technical Fellow for Nondestructive Evaluation in het NASA Engineering and Safety Center van het Langley Research Center van het agentschap in Hampton, VA. “En ze hadden geen goede manier om het te testen, omdat de sterkte van de verbinding groter was dan de sterkte van het Avcoat-materiaal, dus ze konden er geen trekproeven op uitvoeren zoals ze deden met shuttle-tegels.”

Het Engineering and Safety Center onderhoudt netwerken van experts die verder reiken dan NASA en waartoe ook Shant Kenderian behoort, directeur van de afdeling Materials Processing van Aerospace Corporation en het Non-destructieve Evaluatie Laboratorium van het bedrijf.

Toen Prosser in 2015 contact opnam met Kenderian, was Aerospace Corporation al bezig met een technologie die de potentie had om het probleem op te lossen. De recente aanwinst Toby Case had geavanceerde scantechnologie meegebracht die hij als afgestudeerde student had ontwikkeld, en het team demonstreerde dat het een eenvoudige steekproefsgewijze controle op een hitteschildmonster kon uitvoeren. “Maar om een grote scan op productieschaal uit te voeren, is dat een heel ander niveau van robuustheid”, aldus Kenderian.

Technici van het Kennedy Space Center zijn klaar met het aanbrengen van blokken Avcoat, een lichtgewicht epoxyhars, op het hitteschild van de Orion-bemanningsmodule. Om de verbinding van de blokken met het schild te onderzoeken, wendde NASA zich tot Aerospace Corporation om een ​​ultrasone sensor te ontwikkelen die ondanks zijn weerstand tegen geluid defecten in of onder het materiaal kon opsporen. (Afbeelding:NASA)

Wat volgde waren twee jaar van verfijning van de focus- en signaalverwerkingstechnieken, en zelfs van de hardware, totdat een gebruiker een groot gebied aan composietmaterialen met de hand kon scannen en een duidelijk beeld kon krijgen van eventuele schade of defecten onder het oppervlak. "Al deze signaalverwerkingstrucs of stappen die we hebben toegepast, versterkten het signaal steeds meer totdat het duidelijk werd", zei Kenderian. “Dat ontwikkelingsniveau gebeurde allemaal dankzij de financiering van NASA.”

Ingenieurs van NASA en Lockheed Martin waren ook bij de inspanningen betrokken, vooral toen het tijd werd om de technologie te testen en te valideren. “En toen moesten we dat daadwerkelijk vertalen naar een systeem dat door de inspecteurs kon worden gebruikt op de daadwerkelijke vluchthardware in het Kennedy Space Center”, aldus Prosser. “En dat was weer een belangrijke activiteit.”

Aerospace Corporation ontving eind 2019 een patent op de techniek, en het duurde niet lang voordat ABS Group belde, de technologie begin 2021 in licentie gaf en deze het jaar daarop als commerciële dienst uitbracht. “Dus, voor zover ik weet, zijn we de eersten die een echt vermogen hebben om de dikte van deze niet-metalen composieten voor de maritieme industrie te beoordelen”, aldus Obando.

Hij zei dat het bedrijf zich richt op drie hoofdtypen gebruikers:fabrikanten en detailhandelaren, die beide de technologie kunnen gebruiken voor kwaliteitsborging, en reparatiewerkplaatsen die schade of defecten moeten beoordelen. “Het probeert alle betrokken partijen te beschermen, met betere zekerheid over de integriteit van het asset tijdens de fabricage en post-fabricage”, aldus Obando. De fabrikant of wederverkoper kan de kwaliteit beter garanderen en klanten kunnen meer vertrouwen hebben in hun aankoop. Hij merkte ook op dat verzekeraars baat zouden kunnen hebben bij deze grondige inspecties.

Maar hij zei dat het bedrijf nog steeds werkt aan het bepalen van andere niches die het kan invullen in de botenindustrie en daarbuiten. "We zijn enthousiast over de technologie", zei Obando. "Dus nu gaat het er echt om dat enthousiasme naar onze klanten te vertalen door te zeggen:'Hé, we denken dat dit je zou kunnen helpen, kun je helpen laten zien waar er een use case hiervoor is in deze branche die echt te weinig wordt bediend?'"

Kijk hier voor meer informatie  .