CN109406630A - 一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块及其制作方法，对比试块为一个“涂层＋复合材料”的两层结构，在涂层与复材蒙皮之间、复材蒙皮上、中、下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脱粘、分层缺陷。人工缺陷共10个，其中涂层与复材蒙皮之间的有1条，尺寸为20mm×250mm，复材蒙皮有9个圆形人工缺陷，尺寸分别为Ф3mm、Ф10mm和Ф19mm，缺陷呈错位间隔排布。本发明对比试块可以用于超声检测方法对涂层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

一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块及其制作 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的超声检测技术领域。

背景技术

涂层技术作为提高武器作战效能的一种有效手段，受到世界各国的高度重视。飞机使用涂层材料后，可大大减小自身信号特征，提高生存能力。典型的涂层复合材料结构一般采用“涂层＋复材蒙皮”的多层结构设计。

涂层复合材料结构质量的好坏，如复材蒙皮是否存在分层、涂层与复材蒙皮是否脱粘等缺陷，对飞机的安全飞行有着至关重要的影响，因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、脱粘缺陷的真实模拟则是试块制作的难点所在。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块，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，并评判产品质量。

本发明一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块，包括涂层和复合材料，所述复合材料中分布设置人工缺陷，涂层和复合材料之间设置人工缺陷；所述复合材料中的人工缺陷为至少两组，每组人工缺陷的直径不同；所述复合材料中人工缺陷，每一组均有人工缺陷设置于复合材料的上表层、中间层和下表层，且相互错位不重叠。

所述复合材料中人工缺陷为3组，3组人工缺陷的直径依次为3mm、Ф10mm和19mm。

所述人工缺陷的材料为聚四氟乙烯膜片。

所述聚四氟乙烯膜片为双层聚四氟乙烯膜片。

所述人工缺陷表面涂有胶粘剂。

所述涂层和复合材料之间的人工缺陷尺寸为20mm×250mm。

所述试块尺寸为250×250mm正方形，厚度3.5mm。

本发明一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块的制作方法，步骤为：

S1 试块铺层:

复合材料预浸料下料，尺寸为300×300mm正方形;按0°、45°、90°-45°四个方向交叉铺叠;在铺叠贴膜面第1层与第2层之间预埋不同直径的人工缺陷；在铺叠中间厚度处分别预埋不同直径的人工缺陷；在袋面第1层与第2层之间预埋不同直径的人工缺陷；

S2 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；

S3 试块加工：

铣切试块四周各25mm的余量，试块最终尺寸为250×250mm正方形；

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，进行下一步；否则，重新制作；

S5 试块表面处理：

对试块表面进行喷涂，形成涂层，模拟实际零件的表面状态。

本发明的有益效果是：预埋在复合材料中的人工缺陷能够更加真实的模拟分层、脱粘缺陷，且能固定位置，完全吻合设计图纸要求，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；双层的聚四氟乙烯膜片，在较低的厚度下，提高了人工缺陷的可识别性；人工缺陷在不同厚度区采用错位排列，可以分别验证超声检测方法对分层、脱粘缺陷的检测能力；对比试块可以用于超声检测方法对涂层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；结构简单，体积小、重量轻、携带方便，用于从事整机喷涂后的原位超声波检测工作，方便现场使用。

附图说明

图1是本发明的对比试块缺陷排布的示意图。

图2是各种超声检测方法对涂层复合材料对比试块的验证结果示意图：

a)试块优区结果（D扫两条平行线）;

b）1号人工缺陷结果（D扫平行线上端位置新增点）;

c)4号人工缺陷结果（D扫平行线中间位置新增点）;

d)7号人工缺陷结果（D扫平行线下端位置新增点）。

图3 为喷水式穿透C扫检测结果示意图。

图4是超声A扫描检测方法结果示意图：

a）涂层试块1号人工缺陷检测结果；

b）涂层试块优区A扫描检测结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块，包括涂层和复合材料，复合材料中分布设置人工缺陷，涂层和复合材料之间设置人工缺陷；复合材料中的人工缺陷为3组，3组人工缺陷的直径不同；复合材料中人工缺陷，每一组均有人工缺陷设置于复合材料的上表层、中间层和下表层，且相互错位不重叠。人工缺陷为聚四氟乙烯膜片为双层聚四氟乙烯膜片。

所述人工缺陷表面涂有胶粘剂。

见图1，本发明的对比试块为一个“涂层＋复材蒙皮”的两层结构，在涂层与复材蒙皮之间、复材蒙皮上、中、下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脱粘、分层缺陷。缺陷共10个，其中涂层与复材蒙皮之间的有1条，尺寸为20mm×250mm，复材蒙皮有9个圆形人工缺陷，尺寸分别为Ф3mm（1、4、7号人工缺陷）、Ф10mm（2、5、8号人工缺陷）和Ф19mm（3、6、9号人工缺陷），缺陷呈错位间隔排布。对比试块可以用于超声检测方法对涂层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。

下面结合附图对本发明进一步描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明，实施步骤（但不限于以下步骤）如下：

①试块铺层

复合材料预浸料下料，尺寸为300×300mm正方形。

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1层与第2层之间预埋1～3号人工缺陷；在铺叠中间厚度处分别预埋4～6号人工缺陷；在袋面第1层与第2层之间预埋7～9号人工缺陷。人工缺陷距离试块最终尺寸边缘不小于50mm，人工缺陷之间中心距为75mm。

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250×250mm正方形。

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，进行下一步；否则，重新制作。

⑤试块表面处理

对试块表面进行喷涂，形成涂层，模拟实际零件的表面状态。

将制作好的对比试块用来分别验证相控阵检测方法、超声穿透C扫描检测和超声A扫描检测方法方法的有效性，检测结果详见图2、3、4所示，优区是指无缺陷区域，三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。

Claims (8)

1.一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块，其特征在于，包括涂层和复合材料，所述复合材料中分布设置人工缺陷，涂层和复合材料之间设置人工缺陷；所述复合材料中的人工缺陷为至少两组，每组人工缺陷的直径不同；所述复合材料中人工缺陷，每一组均有人工缺陷设置于复合材料的上表层、中间层和下表层，且相互错位不重叠。

2.根据权利要求1所述一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块，其特征在于，所述复合材料中人工缺陷为3组，3组人工缺陷的直径依次为3mm、Ф10mm和19mm。

3.根据权利要求1所述一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块，其特征在于，所述人工缺陷的材料为聚四氟乙烯膜片。

4.根据权利要求1或3所述一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块，其特征在于，所述人工缺陷为双层聚四氟乙烯膜片。

5.根据权利要求1至3之一所述一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块，其特征在于，所述人工缺陷表面涂有胶粘剂。

6.根据权利要求1所述一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块，其特征在于，所述涂层和复合材料之间的人工缺陷尺寸为20mm×250mm。

7.根据权利要求1、2、3、6所述一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块，其特征在于，所述试块尺寸为250×250mm正方形，厚度3.5mm。

8.一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块的制作方法，步骤为：

S1 试块铺层:

复合材料预浸料下料，尺寸为300×300mm正方形;按0°、45°、90°-45°四个方向交叉铺叠;在铺叠贴膜面第1层与第2层之间预埋不同直径的人工缺陷；在铺叠中间厚度处分别预埋不同直径的人工缺陷；在袋面第1层与第2层之间预埋不同直径的人工缺陷；

S2 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；

S3 试块加工：

铣切试块四周各25mm的余量，试块最终尺寸为250×250mm正方形；

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，进行下一步；否则，重新制作；

S5 试块表面处理：

对试块表面进行喷涂，形成涂层，模拟实际零件的表面状态。