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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