现代民用飞机复合材料的无损检测

[ 2] Boeing Company. 767 NDT M annual ( document D634N301) [ Z] . 1999.
[ 3] Staveley Instrument Corp. Sonic bondmaster operation manual [ Z] .
邮局已开始办理 2001 年下半年度报刊收订, 请尽快到邮局办理订阅手续, %无损检测&订阅 征订 代号: 4 237, %理化检验!化学分册&订阅代号: 4 182, %理化检验!物理分册&订阅代号: 4 183。漏订 启事 者请与上海材料研究所发行中心联系。
在役飞机维护检查中, 复合材料存在的最常见 的缺陷有撞击、雷击、侵蚀等损伤 以及应力疲劳裂 纹、变形、撕裂、孔洞边缘损伤、分层、脱胶、蜂窝结构 单元渗水、燃烧/ 过热等。目视检查是维修检查中常 见的基本方法; 其它无损检测方法用于评估损伤情 况, 精确测定受损面积。复合材料经修补后也需采 用无损检测方法进行检查。对某些部件采用目视检 查与无损检测相结合。复合材料无损检测方法有渗 透、射线、红外、液晶、超声和涡流法等。
( 4) 红外摄象检查作为一种替换方法可用于检 查蜂窝结构中的含水区域[ 2] , 但无法正确分辨哪一 单元格中含水。它的原理是当飞机在高空时, 由于
! 213 !
李光浩 : 现代民用飞机复合材料的无损检测
高空温度低, 蜂窝结构中 的水结成冰, 当飞机一着 陆, 由于地面与高空的温差造成蜂窝结构制造的部 件( 如襟翼等) 外表面存在温差变化, 无水区域温度 高, 含水区域温度低。可用便携式红外摄象机快速、 简便地检查整个受检区域的含水情况。该方法能实 时检查, 携带方便, 能照相存档, 检查过程无须与表 面接触, 无须冲洗胶片, 无须像 X 射线检查时划出 隔离区。但采用该方法必须依靠温差, 飞机一着陆 须尽快检查, 时间越长, 图象越模糊, 且设备昂贵。
化, 常见 仪器有 SondicatorS2 B, S3, S5, S9, Bondmas ter, US5200 等[ 3] 。
( 8) 敲击法是最常用的检测法, 利用硬币、棒、 小锤等物敲击蒙皮表面, 仔细辨听声音差异来查找 缺陷, 也有专用仪器, 如日本 MITSUI 公司生产的∀ 啄 木鸟#就是一种有声、光报警, 操作简便的仪器。
( 7) 超声粘接检查所用频率较低( 最低至音频范 围) , 无需耦合剂, 可检查因撞击、变形、雷击、燃烧/ 过热、水的渗入造成复合材料损害的范围, 采用超声 谐振法和机械阻抗法( 声振法) 。超声谐振法原理是 探头空载时存在一固定谐振频率, 当与检测物耦合 时谐振频率、相位发生变化, 将此频率、相位变化进 行信号处理, 从 而分 析出 脱粘 部位。常见 仪器有
( 9) 涡流检测法可用于检查碳纤维/ 环氧树酯 复合材料表面、次表面的裂纹和纤维损伤[ 1] 。由于
随着纤维编织排列花样和环氧树酯配比不同, 材料 电导率有差异, 检测涡流场与碳纤维/ 环氧树酯的空 间相关位置不同, 电导率也不同。因而每块碳纤维/ 环氧树酯复合材料都有其不同的涡流场特性, 直接 影响涡流检测的检测灵敏度。由于以上特点, 决定 碳纤维/ 环氧树酯复合材料的涡流检测不同于金属 涡流检测, 人员需专门培训。
复合材料中最常见缺陷为脱胶和未粘接, 采用 超声穿透法、脉冲反射法、粘接检测器及射线照相进 行检测。超声穿透法是常用的方法, 常采用单通道 到六通道超声 C 扫描对蜂窝结构材料及层状复合 材料进行分层和脱胶检查, 也可采用喷水穿透法探 头架进行自动或手动检查, 对于边缘及曲率大的部 分多 采用 直接接 触法 手动 检查, 检 查频率 为 1~ 2 25MHz。
( 5) 液晶图象检查也是一种检查蜂窝结构含水 的方法[ 2] 。该方法利用液晶随温度变化而变色的原 理来进行检查, 用抽真空将液晶簿膜紧贴在蜂窝结 构下方外表蒙皮上( 即靠近水的一方) , 再用加热器 对液晶薄膜加温, 有水的 部位热量被水 吸收, 升温 慢; 无水的部位升温快, 使得液晶薄膜上呈现与含水 区域变化相对应的液晶图象。该方法不受飞机着陆 后时间长短的影响, 所需材料除液晶薄膜以外, 只需 真空袋、抽真空皮球及耦合剂等材料, 价格便宜, 液 晶薄膜等材料可反复使用, 缺点是图象不能保存。
收稿日期: 2000 08 18
2 复合材料的无损检测方法
( 1) 目视检查采用折射镜、10 倍放大镜检查复 合材料部件的缺口、裂纹、掉漆、破碎、分层、局部或 整体吹落以及表面热损伤。利用内窥镜进行内部检 查。部件表面油漆层起泡、掉漆等受损往往是复合 材料表面损伤的标志[ 1] 。
( 2) 渗透检测用于检测表面损伤和裂纹, 也可 从复合材料横截面处检查分层。在检查前, 用丙酮、 丁酮进行预清洗, 通常采用水洗型荧光渗透、干粉或 湿法显象, 也可用着色渗透法, 由于复合材料具有深 色背景, 需利用显象剂增强反差, 灵敏度差。
( 3) 射线检测用于评估裂纹形状、破碎纤维区 域、撞击损伤、孔洞边缘损伤以及雷击损伤的面积。 尤其是对蜂窝结构单元渗水检查, 不但能显示渗水 单元, 而且能了解渗水量, 对整个受检部件受水侵入 情况有非常清楚的了 解。常用于 X 射线检 查的 X 射线 机电 压 < 25kV, 电 流 3mA, 焦点 1. 5mm 1 5mm。射线衰减渗透照相是复合材料射线检查的 又一种有效方法。该方法是以碘化锌按一定配比溶 于丙酮、丁酮、水、酒精等溶剂中制成溶液。该溶液 对射线有衰减作用。将配制好的溶液渗透进开口的 缺陷中去, 以增强射线照片的影象效果。利用该方 法, 不但能检查出与射线方向平行的缺陷, 而且能发 现表面开口的材料分层和脱胶。
分层 ( 脱胶)
裂 空洞 边缘
水 燃烧/ 雷
纹 损伤 渗入 过热 击
能
∃∃
∃
边缘分层 能 能 ∃
∃∃ 能能
边缘
能能 ∃
∃∃
渗透衰减 能 能 能 能 ∃
∃
∃
∃
能∃ ∃
能
∃∃
∃
能能
能
能∃
能 能∃
ห้องสมุดไป่ตู้
∃
能∃
∃
∃∃
∃
∃
∃
能∃ ∃
参考文献:
[ 1] Boeing Company Cust Sup Deboo. In service nondestructive inspection of advanced composite structures[ Z] . 1994.
( 6) 超声检查是常用方法, 采用穿透、反射法可 检查复合材料的分层、破碎及蜂窝结构含水。检测 用试块是由多层复合材料粘接而成的台阶试块, 最 厚达 30 层, 每层厚 0 2mm( 0 008in) 。反射法检查蜂 窝结构含水须将探头放置在蜂窝结构材料下侧蒙皮 上, 检查前, 可轻敲蒙皮, 使蜂窝结构中水分与探头 放置一侧直接接触, 以保证正确检查[ 3] 。
210Bondtester, 2100 Bondscope, Fokker Bondtester, Bond master。机械阻抗法( 声振法) 是通过超声机械振动, 采用低频脉冲方法去检测复合材料结构部件的机械 阻抗( 硬度) 方式来实现对复合材料的检查, 检测频 率低, 复合材料结构的变化能引起信号幅度、相位变
! 214 !
以上是目前现代民用飞机复合材料无损检测的
几种常用方法, 在实际应用中, 需根据检查目的、检 查对象和检查要求来灵活选择, 表 1 是各种方法能 检测的缺陷种类列表。
检查 撞
方法 击
敲击
∃
目视检查 能
渗透检查 能
射线照相 能
红外摄象 ∃
超声粘接 能
检测
超声检测 ∃
涡流检测 ∃
液晶成象 ∃
表1
复合材料常见缺陷( 在役飞机)
LI Guang hao ( Shanghai Airline, Shanghai 200335, China)
文献标识码: B
文章编号: 1000 6656( 2001) 05 0213 02
1 复合材料在飞机工业中的应用概况
70 年代初期, 波音等厂家开始研究用复合材料 来减轻飞机结构重量, 飞机扰流板、整流罩、方向舵 和水平安定面等部件 逐步采用复合 材料制造。到 90 年代, 复合材料在飞 机上的应用更为广泛, 玻璃 纤维、碳纤维、卡夫隆、碳纤维/ 卡夫隆复合材料结构 占了飞机总面积 30% 以上( 以波音 777 为例) , 随着 复合材料的广泛应用, 复合材料的检测也显得越来 越重要。
第2 3卷 第 5期 2001年5月
无损检测 NDT
Vol. 23 No . 5 May 2 0 0 1
实践经验
现代民用飞机复合材料的无损检测
李光浩 ( 上海航空公司, 上海 200335)
NONDESTRUCTIVE TESTING OF ADVANCED AIRCRAFT COMPOSITE
中图分类号:TG115. 28