ABS's Ultrasonische Scantechnologie Verbetert Veiligheid bij Scheepsrompinspecties

Eén markt die ABS Group target voor zijn ultrasonische scantechnologie voor composietmaterialen is de bootreparatie-industrie, waar het schade of defecten kan beoordelen die niet aan de oppervlakte zichtbaar zijn. (Afbeelding: Getty Images)

Scheepsbouwers hadden niet de optie van fiberglas toen de non-profitorganisatie American Bureau of Shipping (ABS) 160 jaar geleden werd opgericht om leven en eigendom op zee te beschermen. Gelukkig is de technologie om de veiligheid van zeevaartuigen beter te waarborgen ook een lange weg afgelegd in die tijd, deels omdat mensen een ruimtevaart-endige soort zijn geworden.

ABS Group of Companies Inc. van Spring, TX, een ABS-dochter die risicobeheersoplossingen biedt en maritieme technische diensten uitbreidt naar kleinere vaartuigen zoals jachten en vissersboten, heeft nu een technologie ontwikkeld om het warmteschild van NASA's Orion-ruimtevaartuig te inspecteren en biedt deze aan voor het evalueren van scheepsrompen gemaakt met geavanceerde composietmaterialen.

Een rauwe ultrasonische scan van een blok Avcoat, het epoxyhars op het warmteschild van het Orion-ruimtevaartuig, levert weinig nuttige informatie (boven). Uitgebreide signaalverwerking die Aerospace Corporation voor NASA ontwikkelde, kan echter defecten detecteren zoals een ontbrekende binding en een "kissing unbond" – een plek waar de oppervlakken elkaar ontmoeten maar niet aan elkaar gebonden zijn (onder). (Afbeelding: NASA)

Schepen langer dan ongeveer 175 voet vereisen de sterkte van een metalen romp. Omdat metaal geluid gemakkelijk geleidt, kunnen deze geïnspecteerd worden met traditionele ultrasonische scanning, die hoge-frequentegeluid in het materiaal stuurt en schade detecteert door onregelmatigheden in de teruggekaatste echo's te ontdekken. Kleinere vaartuigen kunnen gewicht besparen met composietrompen, vaak gemaakt van lagen fiberglas, epoxyhars of koolstofvezel, maar deze materialen absorberen en dempen geluid, wat ze veel moeilijker te evalueren maakt met ultrasonische technologie.

"We keken naar industrieën die al verder gevorderd waren in hun vermogen om defecten in niet-metallische materialen te detecteren, en de luchtvaartindustrie leidt die sector echt," zei Nick Obando, Directeur Asset Integrity Management bij ABS Group.

De gewichtsbesparing die composietmaterialen bieden, alsook betrouwbare inspecties om veiligheid te garanderen, zijn onder de allerhoogste prioriteiten voor NASA en andere ruimtevaartuigontwerpers. Toen de ruimtevaartorganisatie een nieuwe constructiemethode koos voor het warmteschild van de Orion-module, hadden de ingenieurs een inspectietechniek nodig die de integriteit kon garanderen. Ze keken uit naar het non-profit R&D-bedrijf Aerospace Corporation om een nieuwe ultrasonische technologie te creëren voor het onderzoeken van composieten – een die ook uitkwam te passen bij de behoeften van ABS Group en zijn kleinere, lichtere klanten.

Eén potentiële markt voor composietmateriaalinspectie is in offshore-platforms, waar beschadigde composietdrukvaten een gevaar kunnen vormen, en composietmaterialen pijpen en topside structuren beter kunnen repareren als er een manier was om hun integriteit te testen. (Afbeelding: Getty Images)

Orion is het ruimtevaartuig dat astronauten naar de maan en terug zal brengen onder NASA's Artemis-missies in de komende jaren. Het warmteschild zal het beschermen bij terugkeer, als het door de aardse atmosfeer streekt met temperaturen tot 5.000 °F. Het schild was oorspronkelijk gemaakt door Avcoat, een licht epoxyhars eerder gebruikt voor het warmteschild van de Apollo-capsule, in de cellen van een honingraatstructuur te injecteren. Toen echter een testschild gebouwd werd, vormden zich scheuren bij sommige nazen, dus NASA en aannemer Lockheed Martin besloten blokken Avcoat direct op de basis van het schild te lijmen.

"Door dit te doen, creëerden ze een situatie waar die bindende laag nu kritiek werd," zei William Prosser, Technical Fellow voor Non-destructieve Evaluatie in het NASA Engineering and Safety Center bij het Langley Research Center van de organisatie in Hampton, VA. "En ze hadden geen goede manier om het te testen omdat de sterkte van de binding groter was dan de sterkte van het Avcoat-materiaal, dus ze konden geen trekproeven doen zoals ze deden met shuttle-tegels."

Het Engineering and Safety Center onderhoudt expertnetwerken die verder reiken dan NASA en die toevallig Shant Kenderian omvatten, Directeur van Aerospace Corporation's Materials Processing Department en het Nondestructive Evaluation Laboratory van het bedrijf.

Toen Prosser in 2015 contact opnam met Kenderian, was Aerospace Corporation al bezig met een technologie die potentieel het probleem kon oplossen. Recente aanwinst Toby Case had geavanceerde scantechnologie meegebracht die hij als graduate student had ontwikkeld, en het team demonstreerde dat het een eenvoudige spotcheck op een warmteschildmonster kon uitvoeren. "Maar om een grote scan op productieschaal te doen, dat is een compleet ander niveau van robuustheid," zei Kenderian.

Technici bij Kennedy Space Center voltooien het aanbrengen van blokken Avcoat, een licht epoxyhars, op het warmteschild voor de Orion-bemande module. Om de binding van de blokken aan het schild te onderzoeken, keek NASA naar Aerospace Corporation om een ultrasonische sensor te ontwikkelen die defecten in of onder het materiaal kon detecteren ondanks de weerstand tegen geluid. (Afbeelding: NASA)

Wat volgden waren twee jaar van verfijning van de focus- en signaalverwerkingstechnieken, en zelfs de hardware, tot een gebruiker een groot oppervlak van composietmaterialen kon handmatig scannen en een duidelijke afbeelding kon krijgen van eventuele schade of defecten onder het oppervlak. "Al deze signaalverwerkingstrucs of stappen die we toepasten, verbeterden het signaal steeds meer tot het duidelijk werd," zei Kenderian. "Dat niveau van ontwikkeling gebeurde allemaal onder de financiering van NASA."

NASA- en Lockheed Martin-ingenieurs waren ook betrokken bij de inspanning, met name toen het tijd was om de technologie te testen en te valideren. "En toen moesten we dat eigenlijk vertalen in een systeem dat gebruikt kon worden op de echte vluchthardware bij Kennedy Space Center door de inspecteurs," zei Prosser. "En dat was nog een significante activiteit."

Aerospace Corporation ontving een octrooi op de techniek in late 2019, en het duurde niet lang voordat ABS Group aanklopte, de technologie licentiëerde in early 2021 en het het volgende jaar als commerciële dienst uitbracht. "Zover ik weet, zijn we de eersten die een echte mogelijkheid brengen om door de dikte van deze niet-metallische composieten te evalueren voor de maritieme industrie," zei Obando.

Hij zei dat het bedrijf drie hoofdtypen gebruikers target: fabrikanten en detailhandelaren, die beide de technologie voor kwaliteitswaarborging kunnen gebruiken, en reparatiewinkels die schade of defecten moeten beoordelen. "Het probeert alle betrokken partijen te beschermen, met betere verzekering over de integriteit van het activum tijdens fabricatie en na fabricatie," zei Obando. De fabrikant of herverkoper kan kwaliteit beter garanderen, en klanten kunnen meer vertrouwen in hun aankoop hebben. Hij merkte ook op dat verzekeraars een gebruik voor deze grondige inspecties kunnen hebben.

Maar hij zei dat het bedrijf nog steeds werkt aan het bepalen van andere niches die het in de bootindustrie en daarbuiten kan vullen. "We zijn enthousiast over de technologie," zei Obando. "Dus nu gaat het echt om die enthousiasme te vertalen naar onze klanten om te zeggen: 'Hey, we denken dat dit u kan helpen, kunt u helpen tonen waar er een use case is voor dit in deze industrie die echt ondergediend is?' "

Voor meer informatie, bezoek hier.