小飞机复合材料超声波检测

一 检测对象和原理

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。

二 检测设备

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。

三 检测结果及分析

1· 2mm厚碳纤维预浸料板，预置1，3，6，9mm缺陷

检测结果：

上图划分三种扫描视图。

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

扫查结果：

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。

第二幅图中有9个明显的缺陷显示。

4·2.3mm厚玻纤，碳纤，铜网板

检测结果：

红色为缺陷显示，上下两排共十个缺陷。

实际工件检测：小飞机机翼

第一幅有一个明显的分层缺陷显示。

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。

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