[發(fā)明專利]用于復(fù)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810164794.3
• 申請(qǐng)日: 2018-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110196287B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周暉;劉奎;于光;張繼敏;肖鵬;王旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司;上海飛機(jī)制造有限公司
• 主分類號(hào): G01N29/30
• 分類號(hào): 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(fā)明涉及一種用于復(fù)合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的試塊，試塊由與復(fù)合材料工件相同的材料構(gòu)成，其中，在試塊中埋置有一個(gè)或多個(gè)圓形的人工預(yù)制缺陷和與人工預(yù)制缺陷同心的通孔，其中人工預(yù)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(shù)脂。本發(fā)明還涉及一種制造用于復(fù)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(fù)合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的檢測(cè)方法。通過(guò)本發(fā)明，能夠精確模擬缺陷信號(hào)，從而能夠準(zhǔn)確調(diào)整設(shè)備靈敏度，保證實(shí)際孔邊微小缺陷的信號(hào)檢出，并且制作簡(jiǎn)單易行、成本較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于復(fù)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(cè)復(fù)合材料工件的制孔邊緣的分層缺陷時(shí)對(duì)檢測(cè)設(shè)備的靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)以及對(duì)缺陷進(jìn)行定量分析的試塊，其特別可用于航空領(lǐng)域中復(fù)合材料工件的超聲無(wú)損檢測(cè)。本發(fā)明還涉及一種制造用于復(fù)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(fù)合材料制工件的孔邊緣分層缺陷分析的檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

在航空領(lǐng)域中，大量使用由復(fù)合材料制成的工件并且經(jīng)常需要在這些工件中穿孔。對(duì)于復(fù)合材料工件制孔的工藝與對(duì)于傳統(tǒng)金屬合金工件制孔的工藝相比，差別主要體現(xiàn)在復(fù)合材料具有硬度高、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性差、各向異性等特點(diǎn)。特別是對(duì)于由碳纖維復(fù)合材料制成的工件，在工件中碳纖維復(fù)合材料通常為分層的結(jié)構(gòu)并且層間強(qiáng)度較低低，因此在制孔過(guò)程中的鉆削軸向力容易導(dǎo)致層間應(yīng)力超過(guò)基體材料的強(qiáng)度，引起分層缺陷。另一方面，由于碳纖維復(fù)合材料屬各向異性，碳纖維的定向?qū)χ瓶踪|(zhì)量有很大影響，例如對(duì)單向?qū)影逯瓶讜r(shí)，鉆孔處的應(yīng)力集中極易引起孔邊緣劈裂等缺陷。目前對(duì)制孔過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷的檢測(cè)，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(kāi)形式的缺陷較易被發(fā)現(xiàn)，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(cè)，其利用超聲波具有的折射、反射、衍射、衰減等特性，通過(guò)觀察顯示在超聲檢測(cè)儀上的超聲波穿過(guò)被檢材料或工件時(shí)發(fā)生的傳播變化所導(dǎo)致的特定波形，來(lái)判定被檢工件的內(nèi)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(píng)估其質(zhì)量和使用價(jià)值。目前對(duì)于孔邊緣缺陷的超聲檢測(cè)僅局限于發(fā)現(xiàn)分層缺陷，無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析，而且檢測(cè)靈敏度的確定也受到孔邊結(jié)構(gòu)對(duì)超聲波聲束直徑的影響，導(dǎo)致存在缺陷漏檢的可能。

試塊，特別是標(biāo)準(zhǔn)試塊，是以特定方法檢測(cè)特定工件時(shí)用作對(duì)比的參照物，它與受檢工件的材料聲學(xué)特性相似或完全相同，例如由與受檢工件相同的材料構(gòu)成。在試塊內(nèi)設(shè)置有明確限定了尺寸的一個(gè)或多個(gè)參考反射體，使用超聲檢測(cè)設(shè)備對(duì)試塊進(jìn)行超聲掃描并根據(jù)掃描結(jié)果調(diào)節(jié)超聲檢測(cè)設(shè)備的參數(shù)狀態(tài)，保證超聲掃描的靈敏度足以發(fā)現(xiàn)具有所要求的尺寸與取向的缺陷，并根據(jù)超聲檢測(cè)設(shè)備在掃描受檢工件時(shí)實(shí)際獲得的參數(shù)狀態(tài)來(lái)計(jì)算得到受檢工件中存在的缺陷的實(shí)際尺寸。通常，對(duì)于復(fù)合材料工件領(lǐng)域中使用預(yù)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(fā)現(xiàn)和定量分析均較為準(zhǔn)確，而對(duì)于孔邊緣分層缺陷的邊界信號(hào)提取不具代表性，通常孔邊緣分層缺陷的特點(diǎn)是自孔邊向外延伸僅1-2mm量級(jí)，這導(dǎo)致了普通標(biāo)準(zhǔn)試塊根本無(wú)法準(zhǔn)確標(biāo)定設(shè)備靈敏度來(lái)進(jìn)行缺陷信號(hào)捕捉，更無(wú)法定量分析其尺寸大小。

發(fā)明內(nèi)容

相對(duì)于此，根據(jù)本發(fā)明提出一種用于復(fù)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(fù)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(fù)合材料制工件的孔邊緣分層缺陷分析的檢測(cè)方法，由此解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的復(fù)合材料制孔邊緣分層缺陷的超聲檢測(cè)以及定量分析問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，根據(jù)本發(fā)明的用于復(fù)合材料工件的制孔邊緣分層缺陷分析的試塊可以由與復(fù)合材料工件相同的材料構(gòu)成，其中，在試塊中埋置有一個(gè)或多個(gè)圓形的人工預(yù)制缺陷和與人工預(yù)制缺陷同心的通孔，其中人工預(yù)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(shù)脂。

根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，多個(gè)人工預(yù)制缺陷具有不同的直徑和/或設(shè)置在試塊內(nèi)的不同深度處。