Installation monitoring of titanium blind fasteners using ultrasonic preload measurement technique

Abstract

La tecnologia dels ultrasons s’empra satisfactòriament per l’avaluació de la precàrrega en perns roscats. Els materials més comuns, com els aliatges basats en ferro y alumini ja han estat caracteritzats i el seu comportament acusto-­elàstic és conegut i ha estat documentat en la literatura. En canvi, no s’ha publicat la caracterització de aliatges basats en titani. La utilització de cargols cecs està molt estesa en la industria aeroespacial degut a la facilitat de instal·lació per una sola cara i la seva capacitat de unir una gran varietat de materials. El principal inconvenient que presenten és que la qualitat de la unió no pot ser determinada amb visualment per l’exterior. Això genera la necessitat de realitzar controls, principalment basats en endoscòpia, que són a l’hora cars i que requereixen molt de temps. S’han avaluat mitjans de control de qualitat automàtics, com per exemple els basats en el parell de estrenyi, però en tot cas sense resultats concloents. En aquest treball es pretén avaluar la possibilitat de la utilització de la mateixa tecnologia de determinació de la precàrrega mitjançant ultrasons per l’assegurament de la qualitat de la instal·lació de cargols cecs mitjançant la monitorització de la precàrrega durant la instal·lació. En primer lloc, s’ha caracteritzat experimentalment el comportament acusto-­elàstic del l’aliatge Ti-­6Al-­4V i s’ha pogut provar que és possible avaluar la precàrrega d’un cargol d’aliatge de Titani de manera fiable mitjançant la tecnologia dels ultrasons. Per poder realitzar la correcció per la temperatura durant la monitorització s’ha caracteritzat la influència d’aquesta en les mesures d’ultrasons, així com la temperatura del cargol cec durant la instal·lació, que s’ha mesurat mitjançant una càmera termogràfica. S’han identificat sis dels defectes més habituals en instal·lacions de cargols cecs a partir de manuals i procediments i s’han simulat amb l’objectiu d’avaluar la monitorització de la precàrrega per ultrasons per aquesta aplicació. S’han simulat en condicions de laboratori les instal·lacions defectuoses i s’ha monitoritzat la precàrrega usant un prototip de dispositiu de cargolar amb un transductor d’ultrasons integrat. Els resultats mostren que, pel cargol cec estudiat, les instal·lacions defectuoses segueixen patrons de precàrrega que són significativament diferents respecte de les instal·lacions correctes, que en tots els casos han mostrat patrons repetitius. Finalment, després de l’anàlisi dels resultats obtinguts, es proposa que el control de qualitat a partir de la monitorització de la instal·lació per ultrasons es faci a mitjançant l’anàlisi de patrons de precàrrega.