CN113848247B - 复合材料层压结构制孔区检测方法、试块及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种复合材料层压结构制孔区检测方法、试块及制作方法，其中该试块制作方法包括：获取待检测复合材料层压结构的层数，并提供与所述待检测复合材料层数相同的试块铺层；提供多个缺陷膜片，并将所述多个缺陷膜片设于所述试块铺层之间；按照与所述待检测复合材料层压结构相同的铺叠工艺将所述缺陷膜片和所述试块铺层进行铺叠；利用超声波检测设备对所述试块进行检测，并记录所述试块中的缺陷位置；按照所述缺陷位置，采用与所述待检测复合材料层压结构制孔区原始制孔相同的制孔工艺及制孔参数在所述缺陷位置进行制孔。利用该试块来对检测设备、检测工艺、检测技术以及检测人员等检测能力进行评估时更加的准确。

Description

复合材料层压结构制孔区检测方法、试块及制作方法
技术领域
本发明涉及无损检测领域，特别涉及一种复合材料层压结构制孔区检测方法、试块及制作方法。
背景技术
在由复合材料制成的机翼、机身等零部件在制造和装配过程中，大多需要对其进行机械制孔，以实现不同零部件之间的连接和装配，为了确保这些连接孔周围的质量，需要对连接孔周围进行100％无损检测。目前超声检测是复合材料层压结构制孔区缺陷检测的主要方法，为了评价超声检测方法、检测工艺、检测仪器设备、检测人员等对连接孔周围缺陷的综合检出能力和检测的可靠性及检测准确性，通常都需要设计制备试块，通过对试块进行检测，来判断检测方法、检测工艺、检测仪器设备、检测人员等的检测能力。
而现有的试块大多通过在试块上加工不同深度的“台阶孔”或者“平底孔”或者“刻槽”的方式来模拟待检测复合材料层压结构制孔区的缺陷，但是上述试块的制作方法均没有考虑到，复合材料层压结构的特点，相邻两个铺层通常不会在同一平面深度位置，而且也不能反应层压结构在制作过程中产生的缺陷行为。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种复合材料层压结构制孔区检测方法、试块及制作方法，旨在解决上述背景技术提到的问题。
为实现上述目的，本发明提出的复合材料层压结构制孔区试块制作方法，包括：获取待检测复合材料层压结构的层数，并提供与所述待检测复合材料层数相同的试块铺层；
提供多个缺陷膜片，并将所述多个缺陷膜片设于所述试块铺层之间；
按照与所述待检测复合材料层压结构相同的铺叠工艺将所述缺陷膜片和所述试块铺层进行铺叠；
利用超声波检测设备对所述试块进行检测，并记录所述试块的缺陷位置；
按照所述缺陷位置，采用与所述待检测复合材料层压结构制孔区原始制孔相同的制孔工艺及制孔参数在所述缺陷位置进行制孔。
可选地，将所述多个缺陷膜片设于所述试块铺层之间包括：沿所述试块铺层由上至下设置至少三层所述缺陷膜片。
可选地，将所述多个缺陷膜片设于所述试块铺层之间包括：将所述缺陷膜片设于所述试块铺层由上至下的第1层的下侧；
和/或，第层的下侧，或第/>层的上侧；
和/或，第N层的上侧；
其中N为所述试块铺层的总层数。
可选地，将所述多个缺陷膜片设于所述试块铺层之间还包括：
同一层的所述缺陷膜片按照与所述待检测复合材料层压结构制孔区的原始制孔相同的分布规则进行排布。
可选地，将所述多个缺陷膜片设于所述试块铺层之间还包括：获取所述待检测复合材料层压结构制孔区的多个原始制孔的孔心间距；
同一层的所述缺陷膜片按照所述多个原始制孔的孔心间距的最小值均匀排布。
可选地，获取所述待检测复合材料层压结构制孔区的原始制孔的数量mp并按照下式确定位于同一所述试块铺层上的缺陷膜片的数量ms；
ms＝mp×K％，1≤K≤30，
且，当按照上式计算所得的ms大于30，或小于9时，则将ms取值为30。
可选地，所述方法还包括获取所述待检测复合材料层压结构的制孔区的原始制孔的孔径dp；
获取所述待检测复合材料层压结构的质量验收阈值Δdt；
则所述缺陷膜片的直径dd＝dp+Δdt。
可选地，所述缺陷膜片采用厚度不大于0.1mm的耐高温聚合物薄膜。
本发明还提出一种复合材料层压结构制孔区试块，采用上述任一项方法制成。
本发明还提出一种复合材料层压结构制孔区检测方法，包括：
制作待检测复合材料层压结构制孔区的试块；
采用不同频率的超声波对所述试块进行检测；
记录所述试块的制孔区的缺陷信息，所述模拟信息包括缺陷大小、缺陷位置以及缺陷的深度。
可选地，所采用的不同频率的超声波的检测盲区和深度方向的分辨率均能达到单个复合材料铺层的厚度。
本发明技术方案利用提供与待检测复合材料相同层数的试块铺层和缺陷膜片，利用相同的铺层工艺进行试块的制作，从而可以准确的模拟出复合材料层压结构的缺陷物理特征和分布特征，以及制孔区缺陷行为，能够得与待检测复合材料层压结构制孔区更加接近的试块，从而利用该试块来对检测设备、检测工艺、检测技术以及检测人员等的检测能力进行评估时更加的准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结果获得其他的附图。
图1为本发明的复合材料层压结构制孔区试块制作方法一实施例的步骤图；
图2为本发明一实施例中的待检测复合材料层压结构的结构示意图；
图3为本发明的复合材料层压结构制孔区试块制作方法一实施例中的铺叠试块铺层和缺陷膜片的示意图；
图4为本发明的复合材料层压结构制孔区试块制作方法一实施例中的试块铺叠完毕后的截面图；
图5为本发明的复合材料层压结构制孔区试块制作方法一实施例中的试块制孔后的截面图；
图6为本发明的复合材料层压结构制孔区检测方法一实施例的步骤图。
附图标号说明：
100-试块；110-原始制孔；120-试块铺层；140-缺陷膜片；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，其他材料也可以采用本发明专利实时多频超声检测。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改多时，则该方向性指示也相应地随之改多。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参照图1，本发明提出一种复合材料层压结构制孔区试块制作方法，包括以下步骤：
步骤S100：获取待检测复合材料层压结构的层数，并提供与所述待检测复合材料层数相同的试块铺层；
步骤S200：提供多个缺陷膜片，并将所述多个缺陷膜片设于所述试块铺层之间；
步骤S300：按照与所述待检测复合材料层压结构相同的铺叠工艺将所述缺陷膜片和所述试块铺层进行铺叠；
步骤S400：利用超声波检测设备对所述试块进行检测，并记录所述试块的缺陷位置；
步骤S500：按照所述缺陷位置，采用与所述待检测复合材料层压结构制孔区原始制孔相同的制孔工艺及制孔参数在所述缺陷位置进行制孔。
具体地，在步骤S100中，根据实际待检测的复合材料层压结构的层数确定试块铺层的层数N，使二者保持相同，而且使用的试块铺层的材料与待检测符合材料层压结构的材料保持完全一致。
在步骤S200中，提供缺陷膜片，可以采用耐高温的聚合物薄膜，例如：聚四氟乙烯薄膜、脱模布薄膜，其厚度不超过0.1mm。
其中步骤S200中还包括以下步骤：
步骤S210：计算缺陷膜片的直径获取待检测符合材料层压结构，并测量其制孔区上的原始制孔的孔径大小dp，以及获取所述待检测复合材料层压结构的质量验收阈值Δdt，那么缺陷膜片直径的大小则为dd＝Δdt+dp计算得到，具体操作时质量验收的阈值Δdt可以取多个。
步骤S220：计算缺陷膜片的数量。其中又可以分为：
步骤S221：计算位于同一层缺陷膜片的数量；
步骤S222：确定设置缺陷膜片的层数；
步骤S223：计算全部缺陷膜片的数量。
其中在步骤S221中，首先获取所述待检测复合材料层压结构制孔区的原始制孔的数量mp；
然后根据ms＝mp×K％，1≤K≤30，来计算位于同一铺层的缺陷膜片数量小；其中K为制孔区取样系数；需要说明的时，当按照上述公式计算得到的缺陷膜片的数量ms大于30，或者小于9时，则将ms取值为30，除此之外，则按照上述计算公式计算得到数值的进行取值。比如，K取值为10，待检测复合材料层压结构制孔区的原始制孔数量mp为100，那么ms＝100*10％＝10，计算得到了ms位于在9-30之间，则最终按照计算的结果取值为10；
若是K取值为10，待检测复合材料层压结构制孔区的原始制孔数量mp为500，那么ms＝500*10％＝50，计算得到了ms的值大于了30，则最终将ms取值为30。
然后进行步骤S222，确定设置几层缺陷膜片。本发明优选设置三层缺陷膜片，在步骤S100中已经确定了试块铺层的层数N，那么此时可以根据试块铺层的层数N来确定设置几层缺陷膜片，以及将缺陷膜片设置在第几试块铺层上。本实施例提供三种设置方式：
第一种，将缺陷膜片设置在第1层试块铺层和第2层试块铺层之间；
第二种，将缺陷膜片设置在第层试块铺层的下侧，此时的N为偶数，N为奇数时，则将缺陷膜片设置的第/>层试块铺层的上表面；
第三中，将缺陷膜片设置在第N层试块铺层的上侧，即最底层的上表面。
其中，上述三种方式分别代表了三种缺陷膜片深度的优选方式，在具体操作的过程中，可以选择在任意一种深度设置一层缺陷膜片，或者在任意多种深度均设置缺陷膜片，也可以除了上述三种深度之外的任意深度设置，本发明对具体在什么深度设置缺陷膜片不做限制。
在步骤S221中计算了同一层的缺陷膜片的数量；在步骤S222确定了设置缺陷膜片的层数；故而在步骤S223只需将二者相乘，就能够得到所需要提供的缺陷膜片的总数量。
从而在获取上述总数量的缺陷膜片后，即可将上述缺陷膜片分别设置向对应的试块铺层上，在同一试块铺层上设置缺陷膜片时，各个缺陷膜片的排布方式还可以分为以下两：
步骤S224：均匀排布缺陷膜片。
步骤S225：按照待检测复合材料层压结构制孔区原始制孔的分布方式排布缺陷膜片。
对于步骤S224来说，需要获取待检测复合材料制孔区的多个原始制孔彼此之间的孔径间距，获取原始制孔的孔径间距之后，按照最小的孔径间距作为缺陷膜片均匀排布的间距来进行设置。比如，测量得到待检测复合材料层压结构制孔区原始制孔原始制孔的孔径间距为10mm、50mm、100mm三种，那么，则按照10mm的间距，将缺陷膜片均与排布设置在相应的试块铺层上，按照最小间距排布，从而可以将待检测复合材料制孔区每个原始制孔在制作过程中产生的缺陷最大化的模拟出来。
对于步骤S225来说，则是将每一层的缺陷膜片均按照和待检测复合材料层压结构制孔区原始制孔一样的方式排布，从而提高模拟的相似度。
在步骤S300中，按照与所述待检测复合材料层压结构相同的铺叠工艺将所述缺陷膜片和所述试块铺层进行铺叠。其中，铺叠工艺包括了铺叠时采用的温度、固化压力、以及固化的时间等，采用相同的工艺参数，最大程度还原待检测复合材料层压结构在原始制作过程中的物理特征和分布特征。
对于步骤S400，利用超声波检测设备对所述试块进行检测，并记录所述试块的缺陷位置。在此步骤中，可以采用超声波检测设备对上述试块进行缺陷检测，其中从上述的试块的表层垂直向检测，检测区域翻盖整个表层区域，那么在检测过程中，就能检测到设置在试块铺层中间的缺陷膜片，当检测到缺陷时，记录此位置，可以直接在试块的表层使用标记记录，标记时标记缺陷区域的圆心即可。
最后进行步骤S500：按照所述缺陷位置，采用与所述待检测复合材料层压结构制孔区原始制孔相同的制孔工艺及制孔参数在所述缺陷位置进行制孔。在制孔时，按照在步骤S210测量的原始制孔的孔径dp进行，采用相同的制孔参数和制孔工艺，从而最大程度的还原出具有待检测复合材料层压结构制孔区的试块。
结合具体实施例，进一步阐述；
其中，在本实施例中，如图2，待检测复合材料层压结构具有5层，故而需要提供5层试块铺层120，即N＝5，待检测复合材料层压结构的制孔区设有10个原始制孔110，即mp＝10，K取值为30
ms＝10×30％＝3，明显可以看出小于9，
故而最终将ms取值为30；
测量待检测复合材料层压结构的制孔区的原始制孔的最小间距，然后按照该最小间距，在三种深度位置均均匀设置30个缺陷膜片130，如图3所示，在第一层和第二层之间、中间第三层上方以及最底层的上方均设置缺陷膜片130。
而后将上述缺陷膜片130和5层试块铺层120按照同样的铺叠工艺进行铺叠，如图4所示，得到铺叠完毕的试块。
然后使用超声波检测设备从上一步铺叠得到的试块的表层向下进行缺陷检测，并在表面标记处缺陷的中心位置，而后使用同样的制孔工艺，按照同样的制孔参数在标记位置在标记位置，进行制孔，就得到了最终的试块100，如图5，图中截面的制孔的个数仅为参考。
本发明技术方案利用提供与待检测复合材料相同层数的试块铺层，以及一定数量层数的缺陷膜片，利用相同的铺层工艺进行试块的制作，从而可以准确的模拟出复合材料层压结构的缺陷物理特征和分布特征，以及制孔区缺陷行为，能够得与待检测复合材料层压结构制孔区更加接近的试块，从而利用该试块来对检测设备、检测工艺、检测技术以及检测人员等的检测能力进行评估时更加的准确。
本发明还提出一种复合材料层压结构制孔区试块，采用上述方法制成，故而包含了上述方法所带来的所有有益效果，在此不一一赘述。
本发明还提出一种复合材料层压结构制孔区检测方法，如图6，包括如下步骤：
步骤S510：制作待检测复合材料层压结构制孔区的试块。
步骤S520：采用不同频率的超声波对所述试块进行检测，记录所述试块的制孔区的缺陷信息，所述模拟信息包括缺陷大小、缺陷位置以及缺陷的深度；
步骤S530：按照所述缺陷信息对用于检测的检测设备进行调试；
步骤S540：使用调试过的所述检测设备对所述待检测复合材料层压结构进行缺陷检测。
其中，在步骤510中使用了上述实施例中的试块的制作方法，故而具有上述实施例中的全部有益效果，具体试块的制作方法不一一赘述。由于采用了上述方法制作试块，故而能够最大程度的模拟待检测复合材料层压结构制孔区在铺叠过程中、以及制孔过程中产生的缺陷的物理特征、及分布特征，故而只用此试块对检测设备进行调试，能够起到提高检测能力的作用，因而使用调试过的检测设备对待检测复合材料层压结构制孔区进行检测时，其检测结果更加的进准。
需要说明的是，在步骤S520中，所采用的不同频率的超声波的检测盲区和深度方向的分辨率均能达到单个复合材料铺层的厚度，以便能够清晰，准确的将试块中的全部缺陷检测出来。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构多换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合材料层压结构制孔区试块制作方法，其特征在于，包括：
获取待检测复合材料层压结构的层数，并提供与所述待检测复合材料层数相同的试块铺层；
提供多个缺陷膜片，并将所述多个缺陷膜片设于所述试块铺层之间；
按照与所述待检测复合材料层压结构相同的铺叠工艺将所述缺陷膜片和所述试块铺层进行铺叠；
利用超声波检测设备对所述试块进行检测，并记录所述试块中的缺陷位置；
按照所述缺陷位置，采用与所述待检测复合材料层压结构制孔区原始制孔相同的制孔工艺及制孔参数在所述缺陷位置进行制孔；
其中将所述多个缺陷膜片设于所述试块铺层之间包括：
获取所述待检测复合材料层压结构制孔区的多个原始制孔的孔心间距；
同一层的所述缺陷膜片按照所述多个原始制孔的孔心间距的最小值均匀排布，从而将待检测复合材料制孔区每个原始制孔在制作过程中产生的缺陷最大化的模拟出来。
2.如权利要求1所述的复合材料层压结构制孔区试块制作方法，其特征在于，其中将所述多个缺陷膜片设于所述试块铺层之间包括：
沿所述试块铺层由上至下设置至少三层所述缺陷膜片。
3.如权利要求2所述的复合材料层压结构制孔区试块制作方法，其特征在于，包括：
将所述缺陷膜片设于所述试块铺层由上至下的第1层的下侧；
和/或，第N/2层的下侧，或第(N+1)/2层的上侧；
和/或，第N层的上侧；
其中N为所述试块铺层的总层数。
4.如权利要求1所述的复合材料层压结构制孔区试块制作方法，其特征在于，其中将所述多个缺陷膜片设于所述试块铺层之间还包括：
同一层的所述缺陷膜片按照与所述待检测复合材料层压结构制孔区的原始制孔相同的分布规则进行排布。
5.如权利要求1-4任一项所述的复合材料层压结构制孔区试块制作方法，其特征在于，还包括：
获取所述待检测复合材料层压结构制孔区的原始制孔的数量mp，并按照下式确定位于同一所述试块铺层上的缺陷膜片的数量ms；
ms＝mp×K％，1≤K≤30，
且，当按照上式计算所得的ms大于30，或小于9时，则将ms取值为30。
6.如权利要求1所述的复合材料层压结构制孔区试块制作方法，其特征在于，还包括：
获取所述待检测复合材料层压结构的制孔区的原始制孔的孔径dp；
获取所述待检测复合材料层压结构的质量验收阈值Δdt；
则所述缺陷膜片的直径dd＝dp+Δdt。
7.如权利要求1所述的复合材料层压结构制孔区试块制作方法，其特征在于，其中，所述缺陷膜片采用厚度不大于0.1mm的耐高温聚合物薄膜。
8.一种复合材料层压结构制孔区试块，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的方法制成。
9.一种复合材料层压结构制孔区检测方法，其特征在于，包括：
制作待检测复合材料层压结构制孔区的试块，所述试块采用权利要求1-7任一项所述的方法制成；
采用不同频率的超声波对所述试块进行检测；
记录所述试块中的制孔区的缺陷信息，所述缺陷信息包括缺陷大小、缺陷位置以及缺陷的深度；
按照所述缺陷信息对用于检测的检测设备进行调试；
使用调试过的所述检测设备对所述待检测复合材料层压结构进行缺陷检测。
10.如权利要求9所述的复合材料层压结构制孔区检测方法，其特征在于，其中，所采用的不同频率的超声波的检测盲区和深度方向的分辨率均能达到单个复合材料铺层的厚度。
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