CN109406629A - 一种用于复合材料结构超声检测的r角试块及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于复合材料结构超声检测的R角试块及制作方法，所述R角试块为一个“R角层压板阶梯”的结构，在五个厚度台阶中中间厚度区和近表厚度区分别预制了人工缺陷，以模拟实际工作中可能自然产生的分层缺陷。人工缺陷缺陷共10个，其中试块外形尺寸为长300mm，两边各宽50mm，R角曲率半径为5mm，缺陷尺寸为3mm×3mm，缺陷呈错位等间隔排布。本发明的R角试块能真实的模拟分层缺陷，可以用于超声检测方法对不同结构、不同厚度整体化复合材料结构检测适用性的验证研究、缺陷的定量评定分析，还可以用于实际工作时对检测设备有效性的验证，从而保证产品质量。

Description

一种用于复合材料结构超声检测的R角试块及制作方法

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，更具体地说，本发明涉及纤维树脂基复合材料结构超声检测技术领域。

背景技术

整体化复合材料结构具有很高的受压稳定性，可以承受很高的载荷，是机身结构型式的发展趋势，如最新研制的波音B787、空客A350都采用这种结构形式。整体化复合材料结构是由蒙皮和长桁为主体单元组成的薄壁结构，通常采用共固化成形制造方案，这是一种整体化制造方法，将若干不同的复合材料零件设计成一个较大的整体件，在热压罐内一次固化中同时完成固化和胶结过程的工艺。共固化方法可以减少复合材料零件数量，减少连接件和连接过渡区域的附加重量。

整体化复合材料的长桁和蒙皮连接转角处，有T型、Ω型和J型等R角，由于外载荷的作用，会存在较大的应力集中，对飞机的安全飞行有着至关重要的影响，为此，必须进行超声检测以确保产品质量。而超声检测的方法与检测设备是否可靠，能否检查发现出设计对R角规定大小的缺陷，必须事先制作出超声检测对比试块，并在每次检测前用该试块对超声检测的方法与检测设备进行性能验证。无损检测对比试块制作中对缺陷的人工模拟是一项关键技术，而对分层缺陷的真实模拟则是试块制作的难点所在。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种用于整体化复合材料结构超声检测的R角试块，可用于各种超声检测的方法与检测设备的验证，并可重复制作，确保高质量水平，从而确定超声检测的方法与检测设备是否可靠；另通过不同厚度阶梯的预制缺陷对比，用于不同检测对象的评判分析。

本发明一种用于复合材料结构超声检测的R角试块，所述R角试块为带转角的复合材料的层压板，层压板包括两段平板，两段平板之间由转角圆弧过渡，层压板厚度呈台阶状增加；层压板设有五个厚度台阶，每个台阶的转角圆弧中心区域的中间厚度区和近表层厚度区分别预制有人工缺陷；所述人工缺陷在层压板的过渡圆弧中心区域呈错位排布；所述人工缺陷为双层聚四氟乙烯膜片

所述双层聚四氟乙烯膜片为方形。

所述双层聚四氟乙烯膜片的方形尺寸为3mm×3mm。

所述双层聚四氟乙烯膜片表面涂有胶粘剂。

所述层压板的每段平板的尺寸为长300mm、宽50mm，转角圆弧的半径为5mm。

所述层压板的五个厚度台阶，初始厚度为1mm，依次增加0.5mm，台阶最大厚度3mm。

所述人工缺陷的厚度为0.058 mm 。

所述R角试块的转角为90°。

另一方面，本发明的一种用于复合材料结构超声检测的R角试块的制作方法，步骤为：

S1 R角试块铺层:

复合材料预浸料下料;按0°、45°、90°-45°四个方向交叉铺叠，避免弯曲和抗冲击损伤；在铺叠贴膜面第2层与第3层之间预埋人工缺陷；在铺叠中间厚度处分别预埋人工缺陷;

S2 试块成型

将完成铺叠的R角试块在工装上真空密封打袋，送入热压罐进行固化成型;

S3 试块加工

铣切试块四周各25mm的余量，R角试块外形尺寸为长300mm、两边各宽50mm，转角圆弧半径为5mm;

S4试块鉴定

无损检测试块中否存在自然缺陷、预埋人工缺陷是否可检测、缺陷显示尺寸与实际尺寸差异，判别要求为：不允许有自然缺陷、所有预埋人工缺陷均可检测，缺陷显示尺寸与实际尺寸差异在±25%范围内，试块合格有效；否则，重新制作。

本发明的有益效果是：将厚度为0.058 mm的带胶双层聚四氟乙烯方形膜片人工缺陷预埋在复合材料各台阶中，方形膜片区别与传统圆形膜片：避免耦合差异及缺陷形状引起误判。所得到的人工缺陷能够更加真实的模拟分层缺陷，且能固定位置，完全符合设计图纸要求，避免人工缺陷与自然缺陷混淆，并可重复制作；由于模拟缺陷与自然缺陷声阻抗相近似，可以更加真实有效地验证超声检测方法以及各类检测设备的检测能力的有效性；人工缺陷在不同厚度区采用错位等间隔排列，可以分别验证超声检测方法对分层缺陷的检测能力。

附图说明

图1是本发明的R角试块缺陷排布示意图。

图2是本发明的R角试块立体布示意图。

图3是本发明R角试块预设近表层人工缺陷示意图。

图4是本发明R角试块预设中间层人工缺陷示意图。

图5是本发明R角试块铺层及检测分区示意图。

图6是A区超声相控阵检测数据。

图7是B区超声相控阵检测数据.

图8是C区超声相控阵检测数据。

图9是A区优区A扫波形。

图10是A区1号缺陷A扫波形。

图11是C区优区A扫波形。

图12是C区9号缺陷A扫波形。

具体实施方式：

下面结合附图和实例对本申请进一步说明。

实施例1

见图1至图5，本发明一种用于复合材料结构超声检测的R角试块，所述R角试块为带转角的复合材料的层压板，层压板包括两段平板，两段平板之间由转角圆弧过渡，转角为90°，层压板厚度呈台阶状增加；层压板设有五个厚度台阶，每个台阶的转角圆弧中心区域的中间厚度区和近表层厚度区分别预制有人工缺陷；所述人工缺陷在层压板的过渡圆弧中心区域呈错位排布；所述人工缺陷为双层聚四氟乙烯方形膜片，方形尺寸为3mm×3mm。双层聚四氟乙烯膜片表面涂有胶粘剂，以利于位置固定；双层聚四氟乙烯方形膜片的厚度为0.058mm 。

所述层压板的每段平板的尺寸为长300mm、宽50mm，转角圆弧的半径为5mm；层压板的五个厚度台阶，初始厚度为1mm，依次增加0.5mm，台阶最大厚度3mm。

实施例2

见图1至图5，本发明一种用于整体化复合材料结构超声检测的R角试块，所述对比试块为一个“R角层压板台阶”的结构，在五个厚度台阶中中间厚度区和近表厚度区分别预制了人工缺陷，以模拟实际工作中可能自然产生的分层缺陷。缺陷共10个，其中试块外形尺寸为长300mm、两边各宽50mm，曲率半径为5mm，缺陷尺寸为3mm×3mm，缺陷呈错位等间隔排布。对比试块可以用于超声检测方法对整体化复合材料结构检测适用性的验证研究、缺陷的定量评定分析，还可以用于实际工作时对检测设备有效性的验证，从而保证产品质量。

实施例3

见图1至图5，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明试块的制作方法，实施步骤（但不限于）如下：：

①试块铺层

复合材料预浸料下料，尺寸为350mm×150mm（8块）、265mm×150mm（4块）、205mm×150mm（4块）、145mm×150mm（4块）、85mm×150mm（4块）。

按0°、45°、90°-45°四个方向交叉铺叠，避免弯曲和抗冲击损伤；且按设计图纸进行相应全铺层和局部铺层。在铺叠贴膜面第2层与第3层之间预埋1、3、5、7、9号人工缺陷；在铺叠中间厚度处分别预埋2、4、6、8、10号人工缺陷。

考虑方便现场减重中携带，切取试样面积不易过大。

②试块成型

将完成铺叠的试块在工装上真空密封打袋，送入热压罐进行固化成型。

③试块加工

数控铣切试块四周各25mm的余量，试块最终尺寸为300mm×50mm×50mm。

④试块鉴定

无损检测试块中否存在自然缺陷、预埋人工缺陷是否可检测、缺陷显示尺寸与实际尺寸差异，判别要求为：不允许有自然缺陷、所有预埋人工缺陷均可检测，缺陷显示尺寸与实际尺寸差异在±25%范围内，试块合格有效；否则，重新制作。

实施例4

按图5的A、B、C分区进行检测：

见图6至图12，将制作好的R角试块用来分别验证相控阵检测方法和超声A扫描检测方法方法的有效性，优区是指无缺陷区域，两种检测方法均发现了所有预埋的10个人工缺陷，结果表明采用本发明所制作的涂层复合材料结构超声检测对比试块可以有效地验证各类超声检测方法的适用性和检测灵敏度。

以上所述实例仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于复合材料结构超声检测的R角试块，其特征在于，所述R角试块为带转角的复合材料的层压板，层压板包括两段平板，两段平板之间由转角圆弧过渡，层压板厚度呈台阶状增加；层压板设有五个厚度台阶，每个台阶的转角圆弧中心区域的中间厚度区和近表层厚度区分别预制有人工缺陷；所述人工缺陷在层压板的过渡圆弧中心区域呈错位排布；所述人工缺陷为双层聚四氟乙烯膜片。

2.根据权利要求1所述一种用于复合材料结构超声检测的R角试块，其特征在于，所述双层聚四氟乙烯膜片为方形。

3.根据权利要求2所述一种用于复合材料结构超声检测的R角试块，其特征在于，所述双层聚四氟乙烯膜片的方形尺寸为3mm×3mm。

4.根据权利要求1、2、3之一所述一种用于复合材料结构超声检测的R角试块，其特征在于，所述双层聚四氟乙烯膜片表面涂有胶粘剂。

5.根据权利要求1所述一种用于复合材料结构超声检测的R角试块，其特征在于，所述带R角的层压板的每段平板的尺寸为长300mm、宽50mm，转角圆弧的半径为5mm。

6.根据权利要求1、2、3、5、之一所述一种用于复合材料结构超声检测的R角试块，其特征在于，所述层压板的五个厚度台阶，初始厚度为1mm，依次增加0.5mm，台阶最大厚度3mm。

7.根据权利要求1、2、3、5、之一所述一种用于复合材料结构超声检测的R角试块，其特征在于，所述人工缺陷的厚度为0.058 mm 。

8.根据权利要求1、2、3、5、之一所述一种用于复合材料结构超声检测的R角试块，其特征在于，所述R角试块的转角为90°。

9.一种用于复合材料结构超声检测的R角试块的制作方法，其特征在于，步骤为：

S1 R角试块铺层:

复合材料预浸料下料;按0°、45°、90°-45°四个方向交叉铺叠，避免弯曲和抗冲击损伤；在铺叠贴膜面第2层与第3层之间预埋人工缺陷；在铺叠中间厚度处分别预埋人工缺陷;

S2 试块成型

将完成铺叠的R角试块在工装上真空密封打袋，送入热压罐进行固化成型;

S3 试块加工

铣切试块四周各25mm的余量，R角试块外形尺寸为长300mm、两边各宽50mm，转角圆弧半径为5mm;

S4试块鉴定

无损检测试块中否存在自然缺陷、预埋人工缺陷是否可检测、缺陷显示尺寸与实际尺寸差异，判别要求为：不允许有自然缺陷、所有预埋人工缺陷均可检测，缺陷显示尺寸与实际尺寸差异在±25%范围内，试块合格有效；否则，重新制作。