CN113125566A - 一种孔边径向分层对比试块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种孔边径向分层对比试块，属于无损检测技术领域。该孔边径向分层对比试块，包括与工件的材料及工艺参数均相同的层压板，其上开设有多组分层孔组，每组分层孔组包括至少一个分层孔，分层孔包括沿层压板厚度方向设置的贯穿层压板的孔部和孔部周向上设置的凹槽；每组分层孔组的凹槽深度尺寸不同；分层孔组的每个分层孔的凹槽在周向上的尺寸不同。本发明的孔边径向分层对比试块，通过设置不同深度和周向上不同大小的凹槽，可实现孔边径向分层尺寸的精确非破坏性评价，易于定量评价真实缺陷；提高检测的方便性及检测效率。

Description

一种孔边径向分层对比试块
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种孔边径向分层对比试块。
背景技术
复合材料层压板由两种或多种性质不同的材料轧制或粘合在一起制成的，其广泛应用于飞机结构中。在层压板制作过程中，会出现分层缺陷，目前技术人员主要采用目视的方法对孔边表面肉眼可见的分层及劈裂等进行判定；对于内部可能产生的分层，技术人员采用的是直径为6mm、9mm、12mm三个等级的圆形预埋缺陷来模拟分层，最小可评判直径6mm级别的分层，对于6mm以下的分层无法定量评定，判定精确度低，难以保障零部件的使用安全。
超声波是检测复合材料层压板分层缺陷的一种有效技术手段，用纵波检测时，粘合质量好的，产生的界面波会很低，而底波幅度会较高；当粘合不良时，则相反。检测人员通常以平板区建立的灵敏度在孔边缘进行扫查，有指示信号即上报；或者采用孔边缘分层对比试块检测的方法，在对比试块上设置孔的同心圆分层缺陷，通过检测对比试块上的同心圆超声波数值，与检测中的数值做对比，以判定层压板是否存在分层缺陷，然而层压板在实际加工时，分层缺陷极少出现同心圆的情况，因此这制约了超声波检测对机加孔边缘分层缺陷的评定的准确度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种孔边径向分层对比试块，可实现孔边径向分层尺寸的精确非破坏性评价，易于定量评价真实缺陷；提高检测的方便性及检测效率。
为实现此目的，本发明采用以下技术方案：
一种孔边径向分层对比试块，用于检测工件的分层缺陷，包括层压板，层压板与工件的材料及工艺参数均相同；层压板上开设有多组分层孔组，每组分层孔组包括至少一个分层孔，分层孔包括沿层压板厚度方向设置的贯穿层压板的孔部和孔部周向上设置的凹槽；
每组分层孔组的凹槽深度尺寸不同；
分层孔组的每个分层孔的凹槽在周向上的尺寸不同。
可选地，凹槽包括矩形槽。
可选地，凹槽还包括尖角，矩形槽包括两个侧壁，两个侧壁在与孔部相对的一端连接并形成尖角。
可选地，尖角的夹角为锐角。
可选地，凹槽沿孔部的周向尺寸为1mm-6mm。
可选地，凹槽沿孔部的径向尺寸为1mm-6mm。
可选地，孔边径向分层对比试块包括三组分层孔组，三组分层孔组的凹槽的开设方向均相同，且三组所述分层孔组的凹槽的槽底分别靠近层压板的上表面、中间层和下表面。
可选地，层压板上还开设有沿层压板的厚度方向贯穿层压板的对比孔，对比孔的孔径尺寸与孔部的孔径尺寸相同。
可选地，相邻两个孔部的间距不小于30mm，和/或孔部的中心与层压板边缘的间距不小于25mm。
可选地，层压板的材质为CFRP，和/或分层孔通过减材制造。
本发明的有益效果为：
本发明提供的孔边径向分层对比试块，通过在层压板上设置分层孔的凹槽，在检测时提供比对以便判定层压板孔边径向的分层缺陷，适用于超声穿透法、超声脉冲反射法及C扫成像，可实现孔边径向分层尺寸的非破坏性评价；通过凹槽沿层压板厚度方向的深度不同，以便检测层压板不同深度处的孔边径向的分层缺陷；通过分层部在孔部周向的大小不同，检测出孔边不同径向的周向不同尺寸缺陷，提高了检测精度，且凹槽按深度和周边尺寸大小不同分的越精细，检测精度越高，更易于定量评价真实缺陷，可实现孔边强噪声干扰区微小缺陷的精确评价；孔部可根据不同检测需求设计成不同尺寸，检测方便，提高了检测效率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的孔边径向分层对比试块结构示意图；
图2是图1的A-A截面图；
图3是本发明具体实施方式提供的分层孔的结构示意图；
图4是本发明具体实施方式提供的另一个孔边径向分层对比试块结构示意图。
图中：
100-层压板；
1-分层孔；2-对比孔；
11-孔部；12-凹槽；
121-矩形槽；122-尖角。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在飞机结构上包括大量孔结构的复合材料，由于复合材料会因制造缺陷或层间残余应力等引起复合材料铺层之间的脱黏现象，尤其是孔部11的边缘会出现分层或撕裂缺陷。为实现飞机的结构安全，需保证复合材料的孔结构安全，实现孔结构质量的可控和可监测。对比试块是在无损检测中，通过超声波检测，用以评价产品内部质量的试块，可以用于评价孔部11的边缘内部是否存在径向一定大小的分层，可用于制孔工艺开发阶段，优化制孔工艺，避免产生大于径向一定大小的分层缺陷；也可以用于复合材料制件装配制孔阶段，判定是否产生了径向大于一定尺寸的分层缺陷。
本实施例提供一种孔边径向分层对比试块，用于检测工件的分层缺陷。如图1和图2所示，其包括层压板100，层压板100与工件的材料及工艺参数均相同；层压板100上开设有多组分层孔组，每组分层孔组包括至少一个分层孔1，分层孔1包括沿层压板100厚度方向设置的贯穿层压板100的孔部11和孔部11周向上设置的凹槽12；每组分层孔组的凹槽12深度尺寸不同；分层孔组的每个分层孔1的凹槽12在周向上的尺寸不同。通过在层压板100上设置分层孔1的凹槽12，在检测时提供比对以便判定层压板100孔部11径向的分层缺陷，适用于超声穿透法、超声脉冲反射法及C扫成像，可实现孔边径向分层尺寸的非破坏性评价；通过凹槽12沿层压板100厚度方向的深度不同，以便检测层压板100不同深度处的孔部11径向的分层缺陷；通过分层部在孔部11周向的大小不同，检测出孔部11不同径向的周向不同尺寸缺陷，提高了检测精度，且凹槽12按深度和周边尺寸大小不同分的越精细，检测精度越高，更易于定量评价真实缺陷，可实现孔边强噪声干扰区微小缺陷的精确评价；孔部11可根据不同检测需求设计成不同尺寸，检测方便，提高了检测效率；孔边径向分层对比试块结构简单小巧，便于携带与运输。
继续参照图2，可选地，孔边径向分层对比试块包括三组分层孔1组，三组分层孔组的凹槽12的开设方向均相同，且三组分层孔组的凹槽12的槽底分别靠近层压板100的上表面、中间层和下表面设置，代表模拟分层缺陷的埋深，用于检测孔部11三个深度的分层缺陷，可有效覆盖不同埋深真实缺陷。可选地，在孔部11径向分层对比试块对应分层孔1的位置上分别标识“上”“中”“下”字样，便于检测使用。
本实施例中，层压板100上还开设有沿层压板100的厚度方向贯穿层压板100的对比孔2，对比孔2的孔径尺寸与孔部11的孔径尺寸相同，周边无任何模拟分层的对比孔2，可以保证分层孔1和对比孔2的检测扫描图像对比，确定孔部11边缘效应的影响程度，判定检测扫描设备在孔部11边界处的分辨力，避免声波在孔部11侧壁处散射等引起的声晕干扰；对比孔2的设置使孔边径向分层对比试块对缺陷本身能够进行自我评定，适用于工业CT(industrial computerized tomography)即工业用计算机断层成像技术的校准。
可选地，相邻两个孔部11的间距D不小于30mm，保证减去孔径后仍可以放置普通检测扫描探头，可以有效避免孔与孔之间的干扰。孔部11的中心与层压板100边缘的间距E不小于25mm，保证孔部11的中心至试块边缘可以至少放置普通A扫探头，可以避免孔壁及试块侧壁的影响。
如图3所示，本实施例中，凹槽12包括矩形槽121，矩形结构规整，便于制造，且计算方便，方便用于评价分层缺陷。可选地，凹槽12还包括尖角，矩形槽121包括两个侧壁，两个侧壁在与孔部11相对的一端连接并形成尖角122，尖角122可以最大限度代表真实缺陷的形态。并且根据实践表明，孔部11的边缘分层或撕裂缺陷末端多呈现锐角，进一步可选地，尖角122的夹角为锐角，可进一步贴近真实缺陷的形态。
周向尺寸是指分层宽度最宽处尺寸，径向尺寸是指沿孔部11的径向方向孔部11至凹槽12的最长距离。参照图3，当凹槽12为矩形槽121时，周向尺寸为C，在实际应用中，可根据实际使用需求设置C的大小。为实现人工缺陷尺寸的精确控制，可选地，凹槽12沿孔部11的周向尺寸为1mm-6mm；当矩形槽121上设有尖角122时，径向尺寸为孔部11至尖角122尖端距离B，可选地，凹槽12沿孔部11的径向尺寸为1mm-6mm。
本实施例中，如图4所示，层压板100上开设有1个对比孔2和分为三列四行设置的十二个分层孔1；孔部11尺寸的大小根据实际使用需求确定，本实施例中，选用飞机上常用孔径；每列分层孔1的凹槽12深度相同，可选地，凹槽12的槽底分别靠近层压板100的上表面、中间层和下表面；每行分层孔1的凹槽12周向尺寸和径向尺寸相同；优选地，步长为0.8mm，即两个相邻大小的尺寸差为0.8mm；可选地，凹槽12尺寸大小用周向尺寸×径向尺寸表示，单位为mm，第一行凹槽12尺寸为3×6；第二行凹槽12尺寸为3×5.2；第三行凹槽12尺寸为2.2×6；第四行凹槽12尺寸为2.2×5.2；在其他实施例中，可多设置几组分层孔1，也可设置不同的步长，步长尺寸越小，设置分层孔1数量越多，判定结果精度越高。
碳纤维复合材料(Carbon Fibre Reinforced Plastics，CFRP)具有轻质高强等优点，广泛应用在飞机上。本实施例中，层压板100的材质为CFRP，便于应用于飞机制造领域装配阶段制孔质量评定。可选地，分层孔1通过减材制造，可以更加精确的控制缺陷尺寸，更易实现，更易定量评价真实缺陷，可用于工件的刀具制孔工艺开发阶段，辅助制孔工艺参数优化。
本实施例提供的孔边径向分层对比试块对脉冲反射法超声检测技术具备较好的适用性，下面以图1所示的孔边径向分层对比试块为例，具体说明脉冲反射法检测过程：
对于便携式脉冲反射法点扫描检测技术，点扫描即A扫描，是一种波形，横坐标表示时间(或声程)，纵坐标表示幅度。超声波在介质中传播遇到缺陷时会发生反射，将接收到的超声波信号处理成波形图像，根据波形的形状来判断缺陷的位置和大小。在屏幕上横坐标代表时间，纵坐标代表反射波的强度。超声A扫描表示的是一维数据，该数据反映被检物体内沿特定声程的性能特征，这种扫查能得到被扫查材料中关于不连续性的详细信息。
对于脉冲反射法水浸面扫描检测技术，面扫描即C扫描，C扫描表示被检工件的投影面的状况，在投影面上绘出缺陷的水平投影位置。具体操作为，
连接仪器、超声换能器；开机；选取孔边径向分层对比试块并施加耦合剂，在分层孔1处调节仪器灵敏度，将分层孔1信号幅度调至满屏的80％，在三个分层孔1处分别调节，以幅值最弱的达到满屏80％为准；调试好灵敏度后，在工件上进行扫查，扫查时可适当提高增益值；若发现不连续性，则重新校准仪器对其进行评判；检测完毕时、每间隔2个小时进行灵敏度复验。
开机，选择并安装超声换能器；将孔边径向分层对比试块及工件置于水槽中，在孔边径向分层对比试块上调试扫查参数，对孔边径向分层对比试块和工件进行自动扫查；扫查完毕对工件进行评定，若发现不连续性显示，则标记位置，采用便携式脉冲反射法点扫描技术和孔边径向分层对比试块对不连续性显示进行具体评价。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种孔边径向分层对比试块，用于检测工件的分层缺陷，其特征在于，包括层压板(100)，所述层压板(100)与所述工件的材料及工艺参数均相同；所述层压板(100)上开设有多组分层孔组，每组所述分层孔组包括至少一个分层孔(1)，所述分层孔(1)包括沿所述层压板(100)厚度方向设置的贯穿所述层压板(100)的孔部(11)和所述孔部(11)周向上设置的凹槽(12)；
每组所述分层孔组的凹槽(12)深度尺寸不同；
所述分层孔组的每个分层孔(1)的凹槽(12)在周向上的尺寸不同。
2.如权利要求1所述的孔边径向分层对比试块，其特征在于，所述凹槽(12)包括矩形槽(121)。
3.如权利要求2所述的孔边径向分层对比试块，其特征在于，所述凹槽(12)还包括尖角(122)，所述矩形槽(121)包括两个侧壁，两个所述侧壁在与所述孔部(11)相对的一端延伸连接并形成尖角(122)。
4.如权利要求3所述的孔边径向分层对比试块，其特征在于，所述尖角(122)的夹角为锐角。
5.如权利要求1-4任一项所述的孔边径向分层对比试块，其特征在于，所述凹槽(12)沿所述孔部(11)的周向尺寸为1mm-6mm。
6.如权利要求1-4任一项所述的孔边径向分层对比试块，其特征在于，所述凹槽(12)沿所述孔部(11)的径向尺寸为1mm-6mm。
7.如权利要求1-4任一项所述的孔边径向分层对比试块，其特征在于，所述孔边径向分层对比试块包括三组所述分层孔组，三组所述分层孔组的所述凹槽(12)的开设方向均相同，且三组所述分层孔组的所述凹槽(12)的槽底分别靠近所述层压板(100)的上表面、中间层和下表面设置。
8.如权利要求1-4任一项所述的孔边径向分层对比试块，其特征在于，所述层压板(100)上还开设有沿所述层压板(100)的厚度方向贯穿所述层压板(100)的对比孔(2)，所述对比孔(2)的孔径尺寸与所述孔部(11)的孔径尺寸相同。
9.如权利要求1-4任一项所述的孔边径向分层对比试块，其特征在于，相邻两个所述孔部(11)的间距不小于30mm，和/或所述孔部(11)的中心与所述层压板(100)边缘的间距不小于25mm。
10.如权利要求1-4任一项所述的孔边径向分层对比试块，其特征在于，所述层压板(100)的材质为CFRP，和/或所述分层孔(1)通过减材制造。
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