[發明專利]用于復合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的試塊及方法

有效

• 申請號: 201810164794.3
• 申請日: 2018-02-27
• 公開（公告）號: CN110196287B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 周暉;劉奎;于光;張繼敏;肖鵬;王旭
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司;上海飛機制造有限公司
• 主分類號: G01N29/30
• 分類號: G01N29/30;G01N29/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

本發明涉及一種用于復合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的試塊，試塊由與復合材料工件相同的材料構成，其中，在試塊中埋置有一個或多個圓形的人工預制缺陷和與人工預制缺陷同心的通孔，其中人工預制缺陷的直徑(Ф)大于通孔的直徑在通孔中填充有低溫固化樹脂。本發明還涉及一種制造用于復合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的試塊的方法和用于復合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的檢測方法。通過本發明，能夠精確模擬缺陷信號，從而能夠準確調整設備靈敏度，保證實際孔邊微小缺陷的信號檢出，并且制作簡單易行、成本較低。

技術領域

本發明涉及一種用于復合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的試塊，其可用于在超聲檢測復合材料工件的制孔邊緣的分層缺陷時對檢測設備的靈敏度進行調節以及對缺陷進行定量分析的試塊，其特別可用于航空領域中復合材料工件的超聲無損檢測。本發明還涉及一種制造用于復合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的試塊的方法和一種用于復合材料制工件的孔邊緣分層缺陷分析的檢測方法。

背景技術

在航空領域中，大量使用由復合材料制成的工件并且經常需要在這些工件中穿孔。對于復合材料工件制孔的工藝與對于傳統金屬合金工件制孔的工藝相比，差別主要體現在復合材料具有硬度高、強度大、導熱性差、各向異性等特點。特別是對于由碳纖維復合材料制成的工件，在工件中碳纖維復合材料通常為分層的結構并且層間強度較低低，因此在制孔過程中的鉆削軸向力容易導致層間應力超過基體材料的強度，引起分層缺陷。另一方面，由于碳纖維復合材料屬各向異性，碳纖維的定向對制孔質量有很大影響，例如對單向層板制孔時，鉆孔處的應力集中極易引起孔邊緣劈裂等缺陷。目前對制孔過程中產生的缺陷的檢測，主要是采用肉眼或者放大鏡輔助的目視檢查方法，在邊緣處敞開形式的缺陷較易被發現，而在層間貼合度較高的分層缺陷的檢出率幾乎為零。

為此可以采用超聲檢測，其利用超聲波具有的折射、反射、衍射、衰減等特性，通過觀察顯示在超聲檢測儀上的超聲波穿過被檢材料或工件時發生的傳播變化所導致的特定波形，來判定被檢工件的內部或表面是否存在制孔缺陷，從而在不破壞被檢材料和工件的情況下，評估其質量和使用價值。目前對于孔邊緣缺陷的超聲檢測僅局限于發現分層缺陷，無法進行準確的定量分析，而且檢測靈敏度的確定也受到孔邊結構對超聲波聲束直徑的影響，導致存在缺陷漏檢的可能。

試塊，特別是標準試塊，是以特定方法檢測特定工件時用作對比的參照物，它與受檢工件的材料聲學特性相似或完全相同，例如由與受檢工件相同的材料構成。在試塊內設置有明確限定了尺寸的一個或多個參考反射體，使用超聲檢測設備對試塊進行超聲掃描并根據掃描結果調節超聲檢測設備的參數狀態，保證超聲掃描的靈敏度足以發現具有所要求的尺寸與取向的缺陷，并根據超聲檢測設備在掃描受檢工件時實際獲得的參數狀態來計算得到受檢工件中存在的缺陷的實際尺寸。通常，對于復合材料工件領域中使用預埋聚有四氟乙烯薄膜作為人工缺陷的試塊，基于該類試塊的大面積分層、夾雜缺陷的發現和定量分析均較為準確，而對于孔邊緣分層缺陷的邊界信號提取不具代表性，通常孔邊緣分層缺陷的特點是自孔邊向外延伸僅1-2mm量級，這導致了普通標準試塊根本無法準確標定設備靈敏度來進行缺陷信號捕捉，更無法定量分析其尺寸大小。

發明內容

相對于此，根據本發明提出一種用于復合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的試塊、一種制造用于復合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的試塊的方法和一種用于復合材料制工件的孔邊緣分層缺陷分析的檢測方法，由此解決現有技術中存在的復合材料制孔邊緣分層缺陷的超聲檢測以及定量分析問題。

為了實現以上發明目的，根據本發明的用于復合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的試塊可以由與復合材料工件相同的材料構成，其中，在試塊中埋置有一個或多個圓形的人工預制缺陷和與人工預制缺陷同心的通孔，其中人工預制缺陷的直徑大于通孔的直徑，在通孔中填充有低溫固化樹脂。

根據本發明的一種優選技術方案，多個人工預制缺陷具有不同的直徑和/或設置在試塊內的不同深度處。