碳纤维_泡沫夹芯复合材料结构的超声波检测.pdf

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陕西省第十一届无损检测年会2008汉中

碳纤维/泡沫夹芯复合材料结构的超声波检测

聂琦邓延西安飞机工业(集团)有限责任公司

,
【摘要】本文介绍了一种新型复合材料碳纤维胞沫夹芯结构超声波的检测方法包括灵敏度的

、。
调整缺陷的判别等

【关键词】碳纤维/泡沫夹芯超声波检测

1前言

,,
复合材料因能有效提高飞机性能减重效果显著在军民机的研制中应用越来越广,随着科

。,
学技术的发展,各类新型复合材料被有效利用在某型飞机的研制中设计人员为保证零件的外

,
形和减重等,采用了一种新型的复合材料结构即以碳纤维环氧预浸料为面层以聚甲基丙烯酞胺

。,
泡沫塑料为夹芯的夹层结构泡沫夹芯材料为多孔疏松材料其特殊性能不仅给制造工艺带来很

,。、
大的难度而且也为检测其内部粘接质量造成了极大的困难其检测的主要难点有:一泡沫夹

,
芯的不致密性带来了很大的超声波衰减对于碳纤绚泡沫夹芯结构难于得到来自泡沫夹芯的反射

。、
回波,这给检测胶膜和泡沫夹芯间的缺陷造成了较大的难度二某型机使用碳纤细泡沫夹芯结

,,,
构制造的零组件外形结构复杂结构过渡区多因此易产生的缺陷部位多产生缺陷的类型多,

、。、,
需对缺陷进行准确的定量定性三设计人员对这种结构制造的零组件的验收标准很严要求

。,
能够检测出的最小缺陷仅为中3lun国外对类似材料结构普遍采用激光散斑技术进行检测但可

.。,
检测出的缺陷尺寸至少为中254mi刀本文通过工艺试验总结出碳纤维胞沫夹芯结构的超声波

检测方法并且验证了超声波检测的正确性。

2零件的结构特点及超声波检测要求

,、
零件为截面类似水滴形的复杂双曲面其制造顺序是先将内外端肋(单一碳纤维层板结构)

、
盒型件(碳纤维层板和泡沫夹芯共固化)成形,分别进行超声波检测;然后将内外端肋盒型件

,
及泡沫夹芯组合后铺贴胶膜:最后在其外部环包铺贴10层碳布一次共固化成型然后进行超声

.,
波检测由于零件的这种结构特点和工艺方法造成在该零件的某些部位如盒型件中间3Inm腹

、、、
板上方的层压板区零组件盒型件与泡沫夹芯的过渡区零组件盒型件区的前缘处内外端肋与

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。,,
蒙皮的贴合面区均易产生缺陷带有泡沫夹芯的典型结构有两种:第一种如下图1所示盒型件

其中的主要结构为碳纤维层压板十胶膜+泡沫夹芯;检测碳纤维层板内部、胶膜上、下方的缺陷。

。
第二种,碳纤维层压板与盒型件二次粘接在盒型件上使用胶膜粘贴多层碳纤维预浸料,结构为

、
碳纤维层压板+胶膜+盒型件,由于盒型件已经检测过,检测第二种结构时,仅需检测出层板内部

胶膜上、下方的缺陷。
攀少
图1盒型件

3探伤原理

。
接触式脉冲反射法是:一个探头直接接触工件并发射和接收能量的超声波检测方法它用于

、、
复合材料的检验原理是,如果复合材料的界面质量不好,如有分层裂纹气孔等缺陷,将导致

,。
超声波的往返透过率不同从而表现出缺陷回波或底波幅度发生变化

4探伤工艺

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41检测条件的确定

泡沫夹芯为高衰减材料,超声波穿透法根本无法穿透零件;另外,该零件的外形复杂,难于

,。、、
实现自动化检测因此只能选用手动接触式脉冲反射法选用无害无污染无气泡的自来水作

、。
为祸合剂,禁止使用其它有机油基类祸合剂以免对碳纤维复合材料零件造成污染或腐蚀零件

.,
的层板厚度仅为1SInm~4mm故选择仪器时应考虑仪器和探头的组合性能应有足够好的分辨力

。。
和较高的灵敏度探头的性能是检出缺陷的关键,而探头的选择又和探伤材料直接相关该零件

是用碳纤维树脂基复合材料和泡沫夹芯材料制造,材料声衰减大,为此应选择较低频率的探头;

但由于材料的层间反射波较强且缺陷波不易分开,为了提高缺陷的分辨能力,又应选择较高频率

。,,
和较小尺寸的探头经试验我们选用性能较好的德国KK公司生产的USD1SSX型探伤仪

。
SMH,z中6mm带有延迟块的SMN型探头对该零件进行检测
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4.2对比试块的设计与制作

、、,、
制作一个与盒型件结构材料加工工艺完全相同的对比试块在其内部的典型部位典型

,
铺层预埋人工缺陷人工缺陷的大小及位置如下表l和图2:

表1

序号缺陷尺寸缺陷位置序号缺陷尺寸缺陷位置

l小6下表面2层9中6胶膜上

2中6中间层10中6胶膜上

3小6上表面2层ll中3胶膜下

4中3中间层l2中6胶膜下

5巾3上表面2层l3中3胶膜上

6巾3胶膜下l4中6胶膜上

7小6胶膜下l5中3长10rnrn下表面2层

8中3胶膜上l6中3下表面2层

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