Multimodale zerstörungsfreie Charakterisierung der Grenzflächen von Metall-CFK-Hybridstrukturen

Abstract

Metall-CFK-Hybridstrukturen erfreuen sich in der heutigen Zeit immer größerer Beliebtheit und rücken aus vielfältigen Gründen in den Fokus der Industrie. Da durch die Kombination aus Metall und CFK Grenzflächen entstehen, die Schwachpunkte der Verbindung darstellen, bedarf es der Überprüfung dieser Bereiche durch zerstörungsfreie Prüfverfahren. In dieser Arbeit werden die Grenzflächen einer Aluminium-CFK-Hybridstruktur mithilfe der beiden zerstörungsfreien Prüfverfahren der aktiven Thermografie mit den Anregungsmethoden Blitz, induktiv sowie IR-Array und des elektromagnetisch induzierten Ultraschalls (EMUS) untersucht. Dabei wird zunächst gezeigt, dass beide Verfahren zur Grenzflächencharakterisierung sowie zur Fehlerdetektion geeignet sind. Um die gewonnenen Messergebnisse zu verbessern und eine optimierte Grenzflächencharakterisierung zu erzielen, kommen verschiedene Vorgehensweisen zum Einsatz. So wird bei der Blitzthermografie zusätzlich eine Fast Fourier Transformation (FFT) angewandt, die Ergebnisse der Blitzthermografie und der induktiven Thermografie werden fusioniert sowie die Ergebnisse aus aktiver Thermografie und EMUS mithilfe eines neu entwickelten Auswertealgorithmus kombiniert. Durch den abschließenden Einsatz der Referenzmethode der Computertomografie (CT) werden zum einen die zuvor erzielten Ergebnisse validiert und zum anderen- mithilfe des Auswertealgorithmus- gezeigt, dass EMUS-Messungen sensitiver auf Grenzflächendefekte reagieren als Thermografiemessungen.

Metal-CFRP-hybrid structures enjoy great popularity today and come to the fore of industry for various reasons. Due to the combination of metal and CFRP (carbon-fibre-reinforced-polymer) interfaces, which are weak points in the connection, arise. These weak points have to be characterised by non-destructive testing methods. In this work the interfaces of an aluminium-CFRP-hybrid structure are characterised with two non-destructive testing methods: active thermography with its excitation techniques flash, inductive and IR-Array as well as ultrasonic testing with EMAT (electromagnetic acoustic transducer). It is shown that both methods are very suitable for the characterisation of the interfaces as well as for defect detection. To improve the results obtained and to optimise interface characterisation different approaches are utilised. For flash thermography a Fast Fourier transformation (FFT) is used, the results of flash and inductive thermography are combined with a data fusion and the results of thermography and ultrasonic testing with EMAT are combined by means of a new evaluation algorithm. Finally, by using the reference method of computer tomography (CT) on one hand the results gained can be validated, on the other hand it can be shown- with help of the evaluation algorithm- that EMAT is more sensitive for the detection of defects at the interface than thermography.