( 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] 。
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。
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
( 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。
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
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。
( 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。
( 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
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。
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。
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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 ∃
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。
( 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。
[ 2] Boeing Company. 767 NDT M annual ( document D634N301) [ Z] . 1999.
[ 3] Staveley Instrument Corp. Sonic bondmaster operation manual [ Z] .
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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∃
∃
能∃
∃
∃∃
∃
∃
∃
能∃ ∃
参考文献:
[ 1] Boeing Company Cust Sup Deboo. In service nondestructive inspection of advanced composite structures[ Z] . 1994.
( 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
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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。