蜂窝夹芯结构的无损检测技术

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1、皇查堕坠剑哑匪汪鲫“s一凰■●●■NDTTechnologyofHoneycombSandwichStructure中国飞机强度研究所曲亚林宁宁詹绍正曲亚林助理工程师．主要从事飞机复台材料结构的无损检测工作殛针对新型材料结构的无损检测方法研究．复合材料由于其优异的性能而备受飞机设计者的青睐，已引起飞机设计及航空制造业的巨大变革，且这一变革正朝着继续加深的趋势发展⋯。目前．航空飞行器上所用的复合材料结构主要有增强层板结构和夹芯结构两种，而在夹芯结构中以NOMEX蜂窝夹芯结构的应用最为广泛，它具有重量轻、比强度高、比刚度高、抗振、隔热、隔音、

2、透波性能好等优点，因此在飞机的雷达罩、操纵舵面及客机的客舱地板等部位获得了大量应用。78航空制造技术·2011年第20期NOMEX蜂窝复合材料中常见的缺陷有面板与芯材脱粘、面板分层、蜂窝芯内夹杂、蜂窝芯材褶皱、蜂窝芯节点开裂等。而对于这些缺陷。很难采用一种检测方法进行全面、有效的检测。因此，本文将针对NOMEX复合材料蜂窝结构中不同缺陷类型，开展各种无损检测方法比对分析的综合研究。NOMEX蜂窝夹芯结构是由上下2层面板和中间蜂窝芯粘合而成(图1)，蒙皮一般为玻璃纤维板或碳纤维薄板。芯材为NOMEX蜂窝。其网格形式通常为正六边形。因制造工艺

3、不当或服役载荷作用下，NOMEX蜂窝复合材料容易形成缺陷，这些缺陷的存在威胁着复合材料蜂窝结构的安全。因此，对复合材料蜂窝结构的无损检测非常重要。一圄1蜂窝夹芯结构示意圈NOMEX复合材料蜂窝夹芯结构的缺陷类型及无损检测方法分析NOMEX蜂窝复合材料中常见的缺陷有面板与芯材脱粘、面板分层、蜂窝芯内夹杂、蜂窝芯材褶皱、蜂窝芯节点开裂等。而对于这些缺陷，很难采用一种检测方法进行全面、有效的检测。因此，本文将针对NOMEX复合材料蜂窝结构中不同缺陷类型，开展各种无损检测方法比对分析的综合研究。1声学检测法11脉冲反射法外场检测时通常结构不可拆卸

4、，此时只能从单侧蒙皮对结构进行检测，脉冲反射法尤其适用于该种情况下的检测。11．1高频超声脉冲反射法蜂窝夹芯结构蒙皮偏薄，对蒙皮自身的分层或蒙皮与蜂窝芯脱粘类缺陷．高频超声的检测效果较好。鉴于蜂窝夹芯结构的特点．高频超声只能穿透蒙皮，所以显示屏上只能看见单层蒙皮的面波与底波。蒙皮分层缺陷超声波形信号表现为蒙皮自身e。u。Q；Ⅱ。；：；。：!。。．：ll：!：丝翌底波消失，原面波与底波间出现明显缺陷回波。对蒙皮与蜂窝芯脱粘类缺陷，要针对蜂窝格的尺寸选择合适声束直径的探头，通常声束直径要小于蜂窝格尺寸。在实际检测中，采用声束直径lmm的聚焦探

5、头可以有效检出被检面的板芯脱粘。检测中，当超声声束人射至A区(图2)的正上方。声波一部分被蜂窝芯吸收，继续向下传播，另一部分在蒙皮底部直接被反射，此时屏幕上可以看到蒙皮底部的反射回波；当超声声柬入射至曰区的正上方，声波到达蒙皮底部遇到空气层，直接反射回来，由于没有蜂窝芯对声波能量的吸收，口区的反射回波要明显高于且区(图3)。对于没有缺陷的结构，检测过程中，超声波形信号表现为底波波幅时高时低呈规律性跳动。检测时，设置合适的闸门高度，使B区底波超过闸门而A区底波低于闸门。如果材料无异常，此时检测过程中看到的报警指示灯忽明忽暗。呈规律性闪烁；如

6、果材圈2A区、引墨位置示意图料出现脱粘缺陷，会出现报警指示灯长明现象，据此即可判断结构中的缺陷情况。但检测过程中应严格控制检测速度和扫查间距。避免缺陷的漏检。超声C扫描检测蜂窝夹芯结构的检测结果比较直观。2MHz阵列式聚焦探头能满足大部分结构的检测要求，但如果蒙皮厚度过厚，蜂窝格成像质量相对较差。对曲面结构，阵列式探头耦合不良，单晶片聚焦探头可很好的解决耦合问题(图4)。1．1．2低频超声脉冲反射法低频超声通常采用IMHz以下具有能量高、穿透力强的较大晶片直图4阵列式聚焦探头检测结果(a)正常区域愿一2一(b)缺陷区域囤5正常区域与缺陷区

7、域的低频超声信号比较aJ^睦破彤信号(h)占区波形信号图3蒙皮不同害啦的高额超声信号常规的脉冲法是逐点对检测件进行检测，超声导波可以在材料中传播较远的距离，实现了线扫描检测，大大提高了检测效率。导波检测一般采用两个斜探头．发射探头以一定的角度发射超声波进入蜂窝结构。蒙皮一般比较薄，所以超声波～部分能量被蜂窝芯吸收，一部分能量在蒙皮内以漏兰姆波形态向前传播，接收探头与发射探头在同一直线上，接收蒙皮内的漏兰姆波能量。当出现2011年第20期·航空制造技术79复材检测。。”，。。吒。僵圳。一■●■■■●■■■●■■■■●r———————————

8、————————————————————————————————————————————————一一～a)自动扫查系统模型(b)C扫描结果图6对穿法自动扫啬系统模型囊c扫描结果脱粘情况时，能量