航空復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)及其進(jìn)展
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航空復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展展望
1 由定性檢測(cè)向定量檢測(cè)轉(zhuǎn)化
為了提高定量檢測(cè)的能力，美國、英國等發(fā)達(dá)國家開始大力發(fā)展和研究各種成像技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)以及分析計(jì)算缺陷的新方法。以超聲檢測(cè)技術(shù)為例，英國超聲波科學(xué)有限公司（USL）為英國宇航系統(tǒng)公司提供的17 軸全自動(dòng)超聲C 掃描檢測(cè)系統(tǒng)能夠在0.5m/s 的掃描線速度下，檢測(cè)出復(fù)合材料約4mm×4mm 的制造缺陷，并且擁有最高可達(dá)2μm 的分辨率，最高可重復(fù)性亦可達(dá)5μm，能夠準(zhǔn)確標(biāo)注缺陷位置，提高了定量檢測(cè)缺陷的能力以及定量分析的精度。
國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)在定量檢測(cè)方面，也取得了一定成果。北京航空制造工程研究所利用超聲自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)，對(duì)典型RTM 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊損傷進(jìn)行了檢測(cè)，通過直觀的圖像方式，再現(xiàn)了被檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的詳細(xì)分布和整個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部質(zhì)量情況，進(jìn)而得到缺陷的量化分布情況，能夠進(jìn)行缺陷量化評(píng)估。
2 設(shè)備的自動(dòng)化水平進(jìn)一步提高
自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)比手工操作能夠提供更好的重復(fù)性和結(jié)果的一致性，可減少隨機(jī)誤差和人為誤差的概率，降低對(duì)檢測(cè)人員操作技術(shù)熟練程度的要求，還能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜并且全面的檢測(cè)，迅速處理檢測(cè)數(shù)據(jù)，從而大大提高工作效率。
作為具有更高效率和適應(yīng)性的自動(dòng)化超聲掃描系統(tǒng)，麥克唐納飛機(jī)公司的AUSS 檢測(cè)系統(tǒng)，可以在掃描某個(gè)零件的同時(shí)繪制前一個(gè)零件的數(shù)據(jù)圖，而操作者還可以在視頻終端評(píng)估數(shù)據(jù)的某些細(xì)節(jié)，從而大大提高效率。檢測(cè)F-15 飛機(jī)水平尾翼扭矩盒的蒙皮- 蜂窩芯部位所需工時(shí)已從手工檢測(cè)的72 小時(shí)縮短到不超過2小時(shí)。歐洲Airbus 公司已將128通道的超聲自動(dòng)掃描技術(shù)用于大型復(fù)合材料壁板的快速無損檢測(cè)，從而顯著提高檢測(cè)效率。USL 公司的全自動(dòng)超聲C 掃描檢測(cè)系統(tǒng)配備了高速、復(fù)雜曲面跟蹤系統(tǒng)，具有高自動(dòng)化、高強(qiáng)度、高機(jī)械精度等特點(diǎn)，最高掃描速率高達(dá)1m/s，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)航空復(fù)合材料構(gòu)件快速有效的檢測(cè)。UltraPAC 公司的超聲C 掃描成像系統(tǒng)裝備了由高性能數(shù)控電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多軸、多自由度、高速（可達(dá)0.5m/s）、高精度（可達(dá)0.05mm 位置精度）的水槽掃描系統(tǒng)。
北京航空制造工程研究所成功開發(fā)了不同系列的復(fù)合材料超聲自動(dòng)化掃描檢測(cè)系統(tǒng)，如用于平面類復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的MUI-20E 超聲自動(dòng)化無損檢測(cè)系統(tǒng)，采用超聲反射法，一次最大掃描面積可達(dá)1500mm×1500mm，具有極佳的信噪比，可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的A、B、C、T 自動(dòng)掃描檢測(cè)；用于非曲面類復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的MUI-21 超聲自動(dòng)化無損檢測(cè)系統(tǒng)，采用超聲穿透法和反射法，一次最大掃描面積可達(dá)4000mm×2500mm，具有很好的同步掃描技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的B、C、T 自動(dòng)掃描檢測(cè)；此外，還有CUS-22 超聲自適應(yīng)檢測(cè)設(shè)備、CUS-2F 復(fù)合材料纏繞超聲自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備等。
3多功能綜合檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展
無論哪種無損檢測(cè)方法，都有其特點(diǎn)，同時(shí)也存在著各自的不足，不管哪種方法都不是萬能的。為了更準(zhǔn)確、可靠地全面檢測(cè)與評(píng)價(jià)材料與產(chǎn)品的質(zhì)量與性能，除了不斷改進(jìn)常規(guī)無損檢測(cè)儀器與器材的性能外，還應(yīng)該重視由多種方法組成的多功能綜合檢測(cè)系統(tǒng)的研究開發(fā)。
Sonic Bondmaster 粘接質(zhì)量檢驗(yàn)器綜合了聲阻法、諧振法、導(dǎo)波法以及聲- 超聲法，擴(kuò)大了檢測(cè)范圍，使檢測(cè)性能大大提高。其中聲阻法主要用來檢測(cè)脫粘、內(nèi)芯變形以及材料構(gòu)件內(nèi)部深度超過6.3mm 的缺陷，小機(jī)械阻抗探頭能夠檢測(cè)彎曲表面；諧振法一般用來檢測(cè)板- 板粘接、纖維編織和蜂窩結(jié)構(gòu)材料中的分層和脫粘，并能夠確定缺陷的位置和深度；導(dǎo)波法用于掃描更深的脫粘，包括內(nèi)芯變形以及石墨環(huán)氧材料的內(nèi)部損傷；聲- 超聲法用于檢測(cè)蜂窩結(jié)構(gòu)。
結(jié)束語
隨著航空飛行器越來越多地使用復(fù)合材料，更加豐富的檢測(cè)手段將被使用，檢測(cè)的能力和范圍也將進(jìn)一步擴(kuò)大。無損檢測(cè)將不再局限于制造過程和地面維修，還能夠提供實(shí)時(shí)的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)信息，同時(shí)，軟件可以利用數(shù)據(jù)綜合技術(shù)來處理從傳感器發(fā)來的信息，給出實(shí)時(shí)的檢測(cè)報(bào)告，從而最大程度地保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的安全使用。
評(píng)論