由于复合材料热稳定性好,比强度、比刚度高,轻便,近几年飞机机身的复合材料占比逐渐提高。在预浸料制作、铺放和固化过程中往往存在很多人为因素和工艺质量的不稳定性,这使得复合材料构件的质量具有一定的随机性;而且,缺陷的存在是不可避免的,因此,对其中成型缺陷的有效检测,是复合材料构件质量保证的必要手段。
复合材料中,碳纤维板常见缺陷有孔隙,分层,夹杂;蜂窝结构碳,纤维板或玻璃纤维板和蜂窝粘接时产生的脱粘缺陷;这些缺陷都是平面型缺陷,超声波对这种类型缺陷有非常高的检测灵敏度。
传统超声波是单点扫查,检测效率低,检测数据无法记录,容易造成缺陷漏检。
超声相控阵扫查覆盖面积广,数据可视化,且可保存并记录数据,检测效率高,且可对检测后的数据进行孔隙率分析,分析碳纤维板的孔隙率。
本次实验采用OLYMPUS的超声相控阵探伤仪OMNISCAN ,5MHz滚轮式探头,全橡胶包裹,检测时对工件表面无伤,不会产生划痕,适用于检测1-10mm厚复合材料。10MHz高分辨率探头,适合检测0.5-5mm厚复合材料。
1· 2mm厚碳纤维预浸料板,预置1,3,6,9mm缺陷
检测结果:
左上为A扫描图,探头探测截面单点波形图。纵坐标信号幅度,幅度越高,缺陷越大;横坐标声程(声波传播路程),由横坐标可知缺陷所在深度。
右上为S扫描图,探头探测截面,由61个A扫描编码而成。纵坐标声程,0mm为工件上表面,2.5mm为工件下表面;横坐标单次扫查宽度,最左端为0,最右端60mm,即一次扫查宽度60mm。
下为C扫描图,是一个两维数据图像,被测样件的顶视图。纵坐标扫查宽度;横坐标扫查路程。
右边三个黄红色为缺陷3,6,9mm的图像显示,左边一点蓝色为1mm缺陷显示。
2· 两个碳纤维板胶粘试块,碳纤维板厚约2mm
检测结果:
红色为脱粘信号显示,一大片红色区域是试块制作不当出现的大面积脱粘。
3·玻纤,碳纤,铜网板,粘有9个方形缺陷
第一幅图中间7个黄色显示是缺陷,左右两边各有一个淡蓝的缺陷显示。
4·2.3mm厚玻纤,碳纤,铜网板
第二幅图中,蓝色线以下的黄色显示为缺陷显示,该区域明显脱粘,蓝色线以上区域实际工件只有单层板,所以有脱粘信号显示。
综上,采用超声相控阵对复合材料进行检测可得到非常好的检测效果。目前复合材料检测的主要手段是超声相控阵,复合材料使用厂商基本采用该方法进行缺陷探测