小飛機復合材料超聲波檢測

一 檢測對象和原理

由于復合材料熱穩定性好，比強度、比剛度高，輕便，近幾年飛機機身的復合材料占比逐漸提高。在預浸料制作、鋪放和固化過程中往往存在很多人為因素和工藝質量的不穩定性，這使得復合材料構件的質量具有一定的隨機性；而且，缺陷的存在是不可避免的，因此，對其中成型缺陷的有效檢測，是復合材料構件質量保證的必要手段。

復合材料中，碳纖維板常見缺陷有孔隙，分層，夾雜；蜂窩結構碳，纖維板或玻璃纖維板和蜂窩粘接時產生的脫粘缺陷；這些缺陷都是平面型缺陷，超聲波對這種類型缺陷有非常高的檢測靈敏度。

傳統超聲波是單點掃查，檢測效率低，檢測數據無法記錄，容易造成缺陷漏檢。

超聲相控陣掃查覆蓋面積廣，數據可視化，且可保存并記錄數據，檢測效率高，且可對檢測后的數據進行孔隙率分析，分析碳纖維板的孔隙率。

二 檢測設備

本次實驗采用OLYMPUS的超聲相控陣探傷儀OMNISCAN ,5MHz滾輪式探頭，全橡膠包裹，檢測時對工件表面無傷，不會產生劃痕，適用于檢測1-10mm厚復合材料。10MHz高分辨率探頭，適合檢測0.5-5mm厚復合材料。

三 檢測結果及分析

1· 2mm厚碳纖維預浸料板，預置1，3，6，9mm缺陷

檢測結果：

上圖劃分三種掃描視圖。

左上為A掃描圖，探頭探測截面單點波形圖?？v坐標信號幅度，幅度越高，缺陷越大；橫坐標聲程（聲波傳播路程），由橫坐標可知缺陷所在深度。

右上為S掃描圖，探頭探測截面，由61個A掃描編碼而成?？v坐標聲程，0mm為工件上表面，2.5mm為工件下表面；橫坐標單次掃查寬度，最左端為0，最右端60mm，即一次掃查寬度60mm。

下為C掃描圖，是一個兩維數據圖像，被測樣件的頂視圖?？v坐標掃查寬度；橫坐標掃查路程。

右邊三個黃紅色為缺陷3，6，9mm的圖像顯示，左邊一點藍色為1mm缺陷顯示。

2· 兩個碳纖維板膠粘試塊，碳纖維板厚約2mm

檢測結果：

紅色為脫粘信號顯示，一大片紅色區域是試塊制作不當出現的大面積脫粘。

3·玻纖，碳纖，銅網板，粘有9個方形缺陷

掃查結果：

第一幅圖中間7個黃色顯示是缺陷，左右兩邊各有一個淡藍的缺陷顯示。

第二幅圖中有9個明顯的缺陷顯示。

4·2.3mm厚玻纖，碳纖，銅網板

檢測結果：

紅色為缺陷顯示，上下兩排共十個缺陷。

實際工件檢測：小飛機機翼

第一幅有一個明顯的分層缺陷顯示。

第二幅圖中，藍色線以下的黃色顯示為缺陷顯示，該區域明顯脫粘，藍色線以上區域實際工件只有單層板，所以有脫粘信號顯示。

綜上，采用超聲相控陣對復合材料進行檢測可得到非常好的檢測效果。目前復合材料檢測的主要手段是超聲相控陣，復合材料使用廠商基本采用該方法進行缺陷探測。

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