• Uçak malzemelerinin tahribatsız muayene yöntemleri Prof. Dr. Ayşegül AKDOĞAN
  • Y.T.Ü. Makine Fakültesi
  • Sivil uçaklarda polimer matrisli kompozit malzeme dağılımı
  • İsveç YS2000 hayalet (radarlara yakalanmayan) denizaltı
  • ve mayın tarayıcısı ile Amerikan Steath hayalet uçakları
  • hep polimer kompozit malzemeden yapılarının yanısıra
  • radar dalgalarını yutan özel yüzey dokuları ile
  • sağlanabilir. Bu uygulamalarda , şüphesiz; diğer
  • malzemelere kıyasla polimer kompozitlerin sağladığı
  • yüksek mekanik dayanç, büyük önem taşımaktadır.
  • 3.UÇAK MALZEMELERİNİN MUAYENESİ
  • Uçak dizaynının doğal yapısı içinde olan yapısal
  • bütünlük ve güvenlik faktörlerine rağmen uçak, insan ve
  • doğa şartlarından gelen hasarlara sürekli maruz kalırlar.
  • Düzgün olmayan iniş, uçuş sırasında aşınan
  • ivmelenmeler, dolu fırtınalar, hava hareketleri (sağnaklar),
  • aşırı yalpa şartları v.b.`nin sebep olduğu etkileri sonucu
  • uçak hasarlanabilir. Yerde ise bakım ve servis işlemleri
  • veya servis araçlarının çarpması gibi işletem kaynaklı
  • sebeplerle hasarlanabilir.
  • Uçaklar hareketli bir araç olarak yerde ve havada dinamik yorulma yüklerine maruzdurlar. İnsana ve doğa şartlarına bağlı olan bu yükler tabiatları itibarı ile yorulma dizayn hesaplarında kullanılanlardan farklı olabilir. Buna ilaveten uçaklarda ağırlığın düşük tutulması zorunlu olduğu için elemanların emniyet katsayıları oldukça düşüktür. Dizayn hesaplarında malzemenin akma sınırı esas alınmayıp, plastik analiz de kullanılarak parçanın kalıcı deformasyonlarla da yük taşıyıp fonksiyonunu yerine getireceği gerçeği de dikkate alınarak nihai yük adı verilen değere göre boyutlandırma yapılmaktadır. Bu küçük güvenlik payları daha dizayn aşamasında çok sayıda yapı ve elemanın deneysel veya teorik kırılma mekaniği ile belirlenen periyotlarda, çatlağın kritik boyutlara ulaşmadan daha önce bulunabileceği tahribatsız muayeneler ile kontrolünü öngörür. Uçaklarda bir parçanın arızası yüzünden meydana gelen işletme kayıpları bu parçanın bedeli ile kıyaslanamayacak kadar ağır olmaktadır. Ayrıca uçağın karmaşık yapı ve sistemleri nedeniyle bozulan bir parçanın daha değerli başka parçaları bozma ihtimali çok yüksektir. Bu durumda tamir için harcanan zaman ve para artacaktır. Bir uçağın tamir gideri yalnız muayene ve tamir sırasında harcanan miktar değil, aynı zamanda hangarda kalmaları da gelir kaybını da içine alır. Tahribatsız muayeneler, montajları sökmeden kontrol edilecek yere ulaşım ve muayene imkanı sağlayabildiği ve hasarın daha ilk adımlarda bulunması ile tamir işlemini kolaylaştırabildiği için ekonomik açıdan da avantajlara sahiptir. Bu amaçla tahribatsız muayeneler hatanın boyutlarını, derecesini saptamak için kullanılır. Tahribatsız muayenelerin uçaklardaki tarihine baktığımızda teknik ilerlemelerin yavaş geliştiği ve 1940`larda radyografi, mağnetik toz ve penetran sıvı yöntemleri, 1950`lerde ultrasonik yöntem ve 1960`larda ise girdap akımları yöntemleri uygulanmakta olduğu görülmüştür. Metodların gelişmesi yıllar almıştır. Akustik emisyon, nötron radyografisi, holografi, sıvı kristal, enfraruj gibi metodlar uçak muayenesinde uygulama alanı bulamamıştır. Günümüzda aşağıdaki sekiz yöntem uçak bakım ve onarımında en yaygın kullanılan tahribatsız muayene yöntemleri olmayı sürdürmektedir;
  • -Gözle muayene
  • -Penetran sıvısı
  • -Girdap akımı
  • -Magnetik toz
  • -Radyografi
  • -Gammagrafi
  • -Ultrasonik
  • -Sonik (Rezonans frekansı)
  • Gözle muayene normal olarak tahribatsız muayene yöntemleri listelerine alınmaz. Fakat, uçak muayenelerinde uygulanan temel ve önemli yöntemlerdendir. Sonik, ultrasonik ve radyografi yöntemleri kompozit yapıların göz ile muayenesine tamamlayıcı olarak ve gözle görülemeyen kusurlar için yaygın olarak kullanılmaktadır. Kompozitlerin bileşen dağılımının homojenliği, alaşımlarda fazların yapısı ve faz dağılımı, daha genel olarak malzeme ve alaşımların kontrolü hâlâ, çalışılan fakat tatminkâr çözüm bulunamamış konulardır.
  • Tahribatsız muayeneler için genellikle çok hazırlık gerekmez. Radyografi ve gammagrafi dışındaki diğer yöntemler için yüzey temizleme gerekebilir. Radyografi ve gammagrafi yöntemleri için gerekli radyasyon güvenlik önlemleri alınmalı, uyarılar yapılıp alan boşaltılmalıdır.
  • Radyografi
  • Radyografide, X-ışını tüpünden doğrusal olarak yayılan ve şiddetleri uzaklığın karesi ile azalan X-ışınları malzemeden geçirilir. Bu ışınlar, malzemenin kalınlığı, yoğunluğu ve bileşimine bağlı olarak malzemede absorve edilip zayıflarlar. Parçada yüksek yoğunluklu yerler koyu, düşük yoğunluklu yerler açık görünür. Hatalar çevreleri ile olan ton zıtlıklarından anlaşılır. Her türden metale, seramik, plastik gibi metal olmayan malzemelere uygulanabilir. Havacılıkta; uçak bakım ve onarımında yani makro yapıların incelenmesinde, çatlak korozyon, gevrek bağlantı parçaları ve perçinler, hasarlı yapılar, karmaşık parçalarda arıza arama ve bal peteği kompozit yapılarda su tespitiyle her türlü kaynakların muayenesi için kullanılır. Fakat yüzey korozyonu, ince çatlaklar, kalın parçalarda küçük hatalar ve %1`e kadar kalınlık değişimlerini bulmak zordur. Havacılıkta radyografinin uygulanacağı alanın seçimi ve sonra değerlendirilmesinde en önemli nokta, yapısal dizaynın, mühendislik bilgilerinin ve problemli alanın geçmiş istatistiksel bilgilerinin incelenip gözönüne alınması ile zaman, para ve enerji tasarrufu yapılıp, başarılı sonuçlara ulaşabileceğidir.
  • Gammagrafi
  • Gammagrafi, gamma ışını demetinin parçadan geçerek çıkan ışınların bir filme etkiletilmesi yoluyla muayene sağlayan bir yöntemdir. Yoğunluğu yüksek veya kalın parçalarda hem harici hem de dahili, hataları bulmak için kullanılır. Uçaklarda kompresör, türbin palpimleri, difüzör çerçeveleri, yanma odaları gibi jet motoru içindeki kısımların muayenelerinde uygulama alanı bulurlar. Bu yöntem, X-ışını yerine gamma ışını yayn radyoaktif izotop kaynak dışında tamamen radyografiye benzer. Malzemenin iç yapısında çatlaklar, süreksizlikler ve boşluklar nedeniyle oluşan yoğunluk değişmeler veya çok zayıflamış olarak çıkan ışın iyonlaştırıcı özellikleri sonucu fotoğraf filminin duyarlı tabakasını az veya çok karartırlar. Böylece parçanın iç görüntüsüne benzer bir görüntü fotoğraf filmi üzerine kaydolur.
  • Ultrasonik Muayene:
  • Ses dalgalarının yansıma ilkesine dayanan bu yöntem uçak kontrüksiyonunda kullanılan hemen her tip malzemeye uygulanabilir. Yüzey ve yüzeyaltı süreksizleri bulmada ve süreksizliğin derinliğini, büyüklüğünü saptamada son derece hassas bir yöntemdir. En önemli sınırlaması ise muayene parçasına bir yüzden temas şartıdır. Fakat küçük bir alandan parçaya ulaşabilme, parçanın tümünü muayene için yeterlidir. Genel olarak, az sayıda sınırlamanın olması nedeniyle geniş bir uygulama alanına sahiptir. Uçaklarda en yaygın olarak kullanılan kısımlar bağlantı elemanları ve iniş takımları kontrollarıdır.
  • 4. UÇAK MALZEMELERİNDE KARŞILAŞILAN SORUNLAR VE ÇÖZÜMLERİ
  • Yüzey Çatlakları:
  • Görünebilen bir yüzey üzerinde yüzey çatlaklarının bulunması için uygun yöntemler (Tablo 1.).
  • ALÜMİNYUM ÇELİK TİTANYUM
  • Gözle muayene Gözle muayene Gözle muayene
  • Girdap akımı Magnetik toz Penetran sıvısı
  • Penetran sıvısı Penetran sıvısı Girdap akımı
  • Radyografi Radyografi Radyografi
  • Her malzeme için gözle muayene ana yöntem olarak düşünülmelidir. İlk kontrol için kullanılmalıdır. Pek çok durum için göz muayenesi bir hasarı değerlendirmek için yeterlidir. Hatanın boyutunu hassas olarak tespit için veya gözün güvenilir olarak kabul edilemediği haller için tamamlayıcı olarak diğer yöntemler kullanılır. Alüminyum yüzey için en uygun yöntem yüksek duyarlılığı nedeniyle girdap akımıdır. Ayrıca temizleme çok azdır veya hiç gerekmez, düşük sıcaklıklardan etkilenmez ve çok hızlıdır. Düz saçlar, deliklerin etrafı veya kavisli yapılar gibi muhtemel muayene yerleri için kalem veya açılı probların çeşitli tipleri sağlanabilir. Geniş alanlar için penetran sıvı tercih edilmelidir. Ferro-magnetik çeliklerde yüzey çatlakları için en hassas yöntem magnetik tozdur. Ayrıca bir montaj içindeki parçayı sökmeden portatif mıknatıslarla muayene imkanı sağlar. Hızlı bir yöntemdir ve çok az yüzey hazırlama gerektirir. Çelikler için diğer yöntemler tercih edilmez. Titanyum malzeme için penetran sıvı tercih edilmelidir. Fakat temizleme büyük dikkatle yapılmalıdır. Titanyum daha ziyade yüksek sıcaklıklara maruz yerlerde kullanıldığından yağ, is, kurum ve pisliklerle birleşen ısı yüzey üzerinde adeta bir kaplama meydana getirir. Bu ancak çok iyi bir temizleme işlemi ile kaldırılabilir. Girdap akımı ise temizlik gerektirmemesi nedeniyle önerilebilir.
  • Yüzey-altı veya Gizli Çatlaklar:
  • Alüminyum-çelik ve titanyum malzemelerde yüzey-altı veya gizli çatlakların bulunmasında düşük frekans girdap akımı, radyografi veya ultrasonik muayeneler kullanılır. Tüm malzemelere uygulanabilen radyografi ise aranan hatanın derinliği, toplam malzeme kalınlığının yaklaşık %30-40`ı kadar ise önerilir. Çünkü hassasiyet kalınlığın artması ile azalır. Her derinlikteki ve tabakadaki hata ışınım demeti ile pararlel olmak şartı ile bulunabilir. Alanın boşaltım zorunda olunması nedeniyle muayene sırasında uçak üzerinde ve civarında iş yapılmaması bir vakit kaybına yol açar. Ultrasonik bir muayene yüksek hassasiyeti ve her bir malzemeye uygulanabilmesi ile tercih edilen bir yöntemdir. Fakat, ikinci tabakayı muayene edemez, yalnız probun temas ettiği tabakayı muayene edebilir. En yüksek eğitimli ve tecrübeli personel gerektiren yöntemdir. Çatlakları bir açı altında görmesi halinde laminer çatlaklar için de tavsiye edilebilir.
  • Bağlama Elemanı Sökülmüş Delikler:
  • Alüminyum ve titanyum yapılarda bu tür delikler için önerilen yöntem delik probları ile uygulanan girdap akımıdır. Hızlı ve yaklaşık 0.75*0.75 mm boyutunda çatlakları bulabilecek hassaslıktadır. Diğer malzemeler için ultrasonik, magnetik toz veya penetran sıvı önerilebilir.
  • Bağlama Elemanı Takılı Delikler:
  • Bir çevreleme probu ile uygulanan girdap akımı ve enine dalgayla, uygulanan ultrasonik yöntem bağlama elemanı sökülmemiş delikler için uygun muayenelerdir. Girdap akımı alüminyum yapılarda bile daha büyük çatlakları bulabilir.
  • Çatlak Durdurma Delikleri:
  • Çatlağın bitiş noktası girdap akımı veya penetran sıvı yöntemi ile saptanabilir. Penetran sıvı çelik ve titanyum için önerilir. Çatlağın bitiş noktasında delinen delikten sonra tekrar aynı yöntemlerle muayene edilmelidir. Bu işlemin yapılması çok önemlidir. Çünkü deliğin iyi yerde delinmemesi ve çatlağın devam etmesi halinde işlemin hiçbir faydası olmaz.
  • Cıvatalar:
  • Cıvatalar takılı iken ultrasonik muayene ile kontrol edilebilirler. Sökülü halde iken boyuna magnetizasyon yöntemi ile uygulanan magnetik toz muayenesinde yüksek hassasiyete erişilir. Cıvatanın diş kısmı kalan magnetizasyon yöntemi ve 5*10X kadar bir büyüteçle kontrol edilmeli ve hata belirtileri halinde 20X kuvvetinde bir büyüteçle belirtiler incelenmelidir. Cıvatanın düz diş gibi kısmı ise sürekli magnetizasyon ile muayene edilmelidir.
  • Kaynek Dikişleri:
  • Uçaklarda, önce yüzeyin kabaca temizlenip pullanmaların kaldırılmasından sonra, tüm dikişlerin orta kuvvette bir necekle (en az 10X) dikkatli muayenesi kaynakla tamir edilmiş yerler için kabul edilir bir yöntemdir. Çelik dairesel yapıların bezir yağı veya petrol esaslı bir yağ ile basınca tabi tutulması, sıcak yağlar çatlakların içine sızacağı için çatlakların tespiti kolay olmaktadır. Fakat bu işleme her zaman gerek yoktur, ancak, yapının çok büyük bir kısmı yeniden kaynak edilirse önerilir.
  • Isı Hasarı:
  • Isı hasarının tespiti yüzeydeki renk bozulması ve beneklenmeleri göz ile kontrol edilerek yapılır. Titanyum malzeme için hasarın derecesini, malzemenin rengine bakarak, alüminyuma ise renk bozulmasından sonra girdap akımı yöntemi ile malzemenin iletkenliğinin ölçülmesi gerektirir. İletkenlik ölçülerek kabul veya red kararı verilebilir.
  • İletkenlik Ölçümü:
  • İletkenlik ölçümü bir malzemenin alaşım veya ısıl işlem durumunu tespit etmek, uygulanan bir ısıl işlemin başarısını tespit etmek için kullanılır. Ölçüm değeri kalınlıktan bağımsızdır, fakat kalınlık en az girdap akımı standart derinliği kadar olmalıdır. İletkenliği direkt veren cihazlar çoğunlukta 60 kHz frekansta çalıştıkları için kalınlık min. 1,5 mm olmalıdır. İletkenlik sıcaklıktan büyük ölçüde etkilenir. Bu nedenle referans standart ile parça en fazla 20ºF içinde olmalıdır. Ölçüm yüzeyinin düz olması önerilir fakat zorunlu hallerde 7-8 cm kadar bir eğrilik yarıçapı ile ölçüm yapılabilir. Daha yüksek eğrilikte ölçüm hiç önerilmez. Boya ve kaplama gibi unsurlar iletkenliği etkileyeceği için bu hallerde, bu tür işlem için geliştirilmiş cihaz tavsiye edilir. Kompozit malzemelerde uçak işletmeciliği sırasında meydana gelebilecek hatalar çarpma hasarları, tabakaların veya yapışmaların ayrılması, bağlama elemanı deliklerinde meydana gelen hasarlar, petek yapılara su girmesi, yıldırım düşmesi ve aşırı ısınmalar veya yanmalar olarak özetlenebilir. Gözle muayene kompozit malzemelerde de önerilen ana yöntem olarak düşünülmelidir. Diğer yöntemler gözle bulunan hatanın derecesini tayin etmek ve gözle görülemeyen hataları bulmak için kullanılır. Gözün ve hatta diğer yöntemlerin en aciz kaldığı hatalar ayrılmalardır ve ancak sonik muayene ile bulunabilir. Eğer aynı zamanda bir kopma olmuş ise ve elemanlar birbirine göre izafi bir hareket yapmış ise radyografi de önerilebilir. Gözle görülmesi imkansız olan diğer hata petek sandrviç yapılara su girmesidir. Şüpheli alana direkt radyografinin uygulanması ile nem denebilecek çok miktar su bile bulunabilir. Gözün önerilmediği diğer bir hata iç çatlak türü hatalardır. Diğer hatalar için hasar toleransının düşük olması nedeniyle sık sık göz kontrolü yapılmalıdır. Penetran sıvı yöntemi pek tavsiye edilmez. Çünkü penetranın kirlendirdiği alan tamir sırasında iyi yapışmayabilir. Bu sakıncanın olmadığı hallerde suyla yıkanabilen floresan penetranın bir abzorban tabaka ile kullanılması özellikle grafit opexy kompozitler için iyi sonuç verir. Yalnız yüzey temizliğinin keton ile fazla penetranın temizliğinin ise nafta ile yapılması önerilir. Suyla yıkanabilen floresan olmayan penetranın abzorban belirtici ile kullanılması özellikle koyu yüzeylerde yetersiz kontrast nedeniyle önerilmese de çeşitli kompozit için uygulanabilir. Kompozit malzemelerde çatlakların tespiti oldukça zordur. Çünkü yapıdaki çatlama yönleri tahmin edilemez ve metallerde olduğundan çok değişik meydana gelebilir. Grafit epoxy kompozitler için uygulanabilen girdap akımında yalnız, düşük iletkenlikli grafit elyaflar üzerinde girdap akımı meydana getirilir. Yüzey çatlakları için 150-200 kHz frekans önerilir. Yüzey altı için daha düşük frekanslar önerilir. Yüzey veya yüzey altı için özel problar, referans standartlar ve kompozitler için eğitilmiş personel gerekir. Ultrasonik yankı yönteminin kompozitlere uygulanması oldukça sınırlıdır. Metallerle kıyaslanamaz. Çünkü; probun oturduğu yüzey, sonuçlarda değişime sebep olabilir. Kenar kullanıldığı zaman dalgalar elyaflar boyunca test için yüzey kullanıldığı zaman daha süratli yayılır. Yani epoxy veya reçine içinde dalga yavaş, elyafta daha hızlı yapılır. Dalga demeti yüzey ve elyaf yönlerinden etkilenerek bozulmaya uğrar. Bunlara ilaveten çatlak yönü tahmin edilemez. Ultrasonik yankı herşeye rağmen kullanıldığında 0,5-2,25 MHz kadar düşük frekanslar tercih edilmelidir. Çatlak tespiti için özel problar kullanılmaktadır. Özel ara sıvı kullanılması ve referans standartlar ile çalışılması yöntemin hassasiyeti için önerilir.
  • Gövde:
  • Uçaklarda gövdenin ön kısmı bir daralmaya ilaveten burun iniş takımı ve boşluğunu, pilot kabini aletlerini, kumanda sistem ve kablolarını, radarları ve elektrik-elektronik kompartımanını içine aldığı için çok yoğun şekilde teçhiz edilmiş bir bölgedir. Ulaşılabilirliğin çok sınırlı olduğu bu bölgede önerilebilen yöntem yalnız radyografidir. Diğer yöntemler için büyük çapra söküm gerektiğinden önerilmezler.
  • Kapılar, pencereler ve tehlike çıkışlarında ise yapının bu noktalarında kesilmek zorunda olunmasından dolayı gereken mukavemeti sağlamak için yapı takviye sacları ve profillleri ile güçlendirilmiştir. Çok katlı saclar ve karışık şekilli profiller diğer yöntemlerin kullanılmasını engellediğinden ve ayrıca geniş bir alanın kontrolü gerektiğinden radyografi tercih edilmelidir. Kapı menteşelerinde ise delik çeperlerinde hata aranacağı için ultrasonik muayene önerilir. Kapı ve pencereler dışa açılan noktalar oldukları için korozyon sıkça görülür. Çok katlı ve takviyeli yapılar nedeniyle korozyona uğramış kısım ana malzemeden düşüp ayrılamaz, yani radyografik muayene ile ortaya çıkarılamaz. Düşük frekans girdap akımı ile korozyon daha başarılı tespit edilmiştir.
  • Korozyonun Bulunması ve Ölçülmesi
  • Radyografi, girdap akımı ve ultrasonik muayeneler korozyonu ve derecesini tespit edebilmek için önerilen yöntemlerdir. Radyografş ancak korozyonun ağır olması halinde kullanılır. Girdap akımı bir parçanın görünmeyen tarafındaki korozyon ve derecesini tespit etmek için önerilir. Tanelerarası korozyon ile oluşan çatlaklara duyarlı oluşu ve korozyonun küçük oyuklarını tespit edebilmesi yöntemin üstün yanlarıdır. Ultrasonik digital ölçme cihazı malzemeye gönderdiği dalganın yansıma süresini ölçerek malzeme kalınlığı ekranı üzerinde gösterir. Ölçüm değeri %1 tolerans içinde doğrudur ve hafif korozyonları ölçmek için kullanılır. Çünkü ağır korozyon halinde tanelerarası çatlaklar olasılığı için düzgün yansıma yüzeyi yoktur.
  • 5.SONUÇ
  • Günümüzde en emniyetli taşıtlar olarak bilinen uçakların imalatında gerçek anlamda kalite standartlarının en üst düzeyde uygulandığı bir gerçektir. Ancak bu gerçek yeni arayışlarla pekiştirilmeli imalatı yapılan uçaklarda imalat sırasında sıfır hata prensibi ön plana alınıp malzeme ve imalat prensiplerinden asla ödün verilmemelidir. İşte o zaman uzay teknolojisini mikro düzde bile başarı ile uygulandığı bu sektörde hedeflenen tüm düşünceler yerine eksiksiz getirilebilicektir.
  • 6.KAYNAKLAR
  • 1. Akdoğan. A., Uçak Endüstrisinde Kullanılan Metal ve Metal Dışı Malzemeler ve Bu Malzemelerin Muayene Yöntemleri, Kayseri III. Havacılık Sempozmu, 10-12 Mayıs 2000, Kayseri.
  • 2. Güllüoğlu A., "Uçak ve Uzay Malzemeleri" , Ders Notları, İTÜ, 1992
  • 3. Hava İkmal Bakım Merkezi I. Ana Jet Üssü Komutanlığı/Eskişehir
  • 4. T.H.Y-Uçak Bakım Başkanlığı
  • 5. Hunt jr H.H. STALEY.J.T., "High Strentgth Al Alloys for Aeorospace Application" , Presented at session on "Lightweight Alloys for Aeorospace Application" , TMS AIME Meeting Las Vegas-NV, February 27, 1989
  • 6. Gibson, R.F. "Principles of Composite Material Mechanics" , Michigan, 1994
  • 7. Chala, K., "Composite Materials Science and Engineering" , New York, 2th Edition, 1998
  • 8. Demirkesen, E., "Kompozit Malzemeler" , İ.T.Ü Yayını, 1991
  • 9. Frame, C.S. "Composite Materials", British Aeorospace PLC, Warton, Lancashire (387/017)
  • 10. Akovalı, G., "Polimerik İleri Malzemeler" , Metalurji Mühendisleri Odası Yayını, Ekim Vol. 20, s.32, 1996
Benzer Konular: