航空復合材料結構的無損檢測技術

1、在役航空復合材料結構的無損檢測技術口關鍵詞：航空復合無損檢測隨著航空制造技術的不斷發(fā)展，復合材料以其高的比強度、比剛度及良好的抗疲勞 性和耐腐蝕性獲得廣泛的應用。由于影響復合材料結構完整性的因素甚多，許多工藝參數(shù)的 微小差異都會導致其產生缺陷，使得產品質量呈現(xiàn)明顯的離散性，這些缺陷嚴重影響構件的 機械性能和完整性，必須通過無損檢測來鑒別產品的內部質量狀況，以確保產品質量，滿足 設計和使用要求。在役飛機的無損檢測是確保飛行安全的必要手段，對復合材料部件尤為重要。在役飛機 復合材料部件的檢測與生產制造中的檢測有較大的差別，其特點為：（1）在位檢測，即檢測對象不動，檢測圍繞檢測對象來進行，檢測設備都

2、是移動式或 者便攜式檢測設備；（2）檢測對象都是部件，多為中空結構，只能從外部進行單側檢測；（3）外場檢測，空中作業(yè)多，檢測工作實施不便。航空復合材料結構類型及其缺陷航空結構中常用的復合材料結構主要有纖維增強樹脂層板結構和夾芯結構。纖維增強樹 脂層板結構按照材料的不同又分為碳纖維增強樹脂結構（CFRP）和玻璃纖維增強樹脂結構 （GFRP）；夾芯結構主要是蜂窩夾芯結構、泡沫夾芯結構和少量的玻璃微珠夾芯結構。復合材料構件在使用過程中往往會由于應力或環(huán)境因素而產生損傷，以至破壞。復合材 料損傷的產生、擴展與金屬結構的損傷擴展規(guī)律有比較大的差異，往往在損傷擴展到一定的 尺度以后，會迅速擴展而導致結構失

3、效，所以復合材料在使用過程中的檢測，就顯得極為重 要，也越來越受到人們的重視。1纖維增強樹脂層板結構中存在的主要缺陷纖維增強樹脂層板結構在成型過程中往往會由于工藝原因而產生缺陷，人為操作的隨機 性會產生夾雜、鋪層錯誤等缺陷；固化程控不好會產生孔隙率超標、分層、脫膠等缺陷；在 制孔過程和裝配中會形成孔邊的分層缺陷；使用中由于受載荷、振動、濕熱酸堿等環(huán)境因素 的綜合作用會導致初始缺陷（如分層、脫膠）的擴展和分層、脫膠、斷裂等新的損傷和破壞 的發(fā)生。2夾芯結構中存在的主要缺陷夾芯結構在成型過程中也會由于工藝原因而產生某些缺陷;為操作誤差等會產生蜂窩芯 的變形、節(jié)點脫開、因為蜂窩芯過低導致的弱粘接等缺

4、陷，固化程控不好會導致局部的貧膠 或富膠、弱粘接、發(fā)泡膠空洞等缺陷；使用中會導致初始缺陷（如弱脫膠）的擴展和脫膠、 進水、蜂窩芯壓塌等新的損傷和破壞的發(fā)生。泡沫夾芯結構會產生脫膠、芯子開裂等類型的 缺陷。復合材料結構外場無損檢測方法在復合材料結構的生產過程中，為了確定其技術指標是否達到設計要求，在生產的各個 環(huán)節(jié)中，都會通過不同的無損檢測手段來檢驗產品質量，以確保產品的最終質量。其中有些方法也被移植應用于外場的檢測，這些方法包括目視法、敲擊法、聲阻法、聲 諧振法、超聲檢測技術、射線檢測技術等。1目視法目視檢查法是使用最廣泛、最直接的無損檢測方法。主要借助放大鏡和內窺鏡觀測結構 表面和內部可達區(qū)

5、域的表面，觀察明顯的結構變形、變色、斷裂、螺釘松動等結構異常。它 可以檢查表面劃傷、裂紋、起泡、起皺、凹痕等缺陷；尤其對透光的玻璃鋼產品，可用透射 光檢查出內部的某些缺陷和定位，如夾雜、氣泡、搭接的部位和寬度、蜂窩芯的位置和狀態(tài)、 鑲嵌件的位置等。2敲擊法敲擊檢測是膠接結構的最快捷和有效的檢測方法之一，被廣泛地應用于蜂窩夾芯結構、 板板膠接結構的外場檢測，檢測速度快，準確性高。敲擊檢測分為：硬幣敲擊(CoinTapping)； 專用工具敲擊，如空中客車公司推薦的敲擊工具PN98A57103013 ;自動敲擊檢測工具，如日 本三井公司生產的電子敲擊檢測儀WP-632.3聲阻法聲阻儀是專為復合材料

6、板-板膠接結構件與蜂窩結構件的整體性檢測發(fā)展起來的便攜式 檢測儀器。聲阻法就是利用聲阻儀，通過蜂窩膠接結構粘接良好區(qū)域與粘接缺陷區(qū)的表面機 械阻抗有明顯差異這一特點來實現(xiàn)檢測的，主要用于檢測鋁制單蒙皮和蒙皮加墊板的蜂窩膠 接結構的板芯分離缺陷檢測。它能檢測結構件的脫粘缺陷，不能檢測機械貼緊缺陷。聲阻法被國內的西飛公司生產中 粘接質量檢測和美國波音公司飛機蜂窩部件的外場檢測廣泛采用。此方法操作簡單，效果良 好，能滿足設計和使用要求。4聲諧振法聲諧振法是利用膠接檢測儀，通過聲波傳播特性的測試實現(xiàn)對膠接結構的無損檢測。適 用于檢測曲率半徑在500mm以上的金屬蜂窩膠接結構，能檢測單側蒙皮和帶墊板的金

7、屬蜂 窩結構的脫粘缺陷。該方法被國內外的多家制造企業(yè)和航空公司作為外場檢測的手段和規(guī) 范。5超聲檢測技術超聲檢測法是無損檢測最主要的手段之一，主要包括脈沖反射法、穿透法、反射板法等， 它們各有特點，可根據(jù)材料結構的不同選用合適的檢測方法。超聲檢測技術，特別是超聲C掃描，由于顯示直觀、檢測速度快，已成為飛行器零件 等大型復合材料構件普遍采用的檢測技術。由于大型超聲C掃描系統(tǒng)需要噴水耦合，且多 數(shù)為超聲穿透法檢測，只能在大的檢測實驗室進行。而使用中的飛機復合材料部件多為中空結構，超聲穿透法對其無能為力。因而外場的復合材料超聲檢測多數(shù)為傳統(tǒng)的人工超聲波A 掃描檢測。人工超聲波A掃描檢測可以逐點覆蓋檢

8、測結構件的所有檢測面，設備簡單，實施方便； 缺點是檢測可靠性低，主要取決于檢測者的技術水平和敬業(yè)精神。6射線檢測技術對于復合材料結構而言，射線檢測仍然是最直接、最有效的無損檢測技術之一，特別適 合于檢測纖維增強層板結構中的孔隙和夾雜等體積型缺陷和夾芯結構中的芯子變形、開裂、 發(fā)泡膠發(fā)泡不足以及鑲嵌物位置異常等缺陷的檢測。射線檢測對垂直于材料表面的裂紋也具 有較高的檢測靈敏度和可靠性，但對復合材料結構中的分層缺陷不敏感。該方法被國內外的 軍方和多家航空公司作為外場檢測的手段和規(guī)范。復合材料結構外場無損檢測新技術、新方法1外場在位檢測的便攜式超聲C掃描系統(tǒng)IUCS-II型便攜式智能超聲C掃描儀IU

9、CS-II型便攜式智能超聲C掃描儀由中國飛機強度研究所研制，是國內研制的唯一可 用于外場飛機復合材料結構檢測的設備。該設備基于超聲脈沖反射法，一代產品以CTS-23A 超聲探傷儀為平臺研制開發(fā)，外加定位系統(tǒng)、專用數(shù)據(jù)采集和處理軟件筆記本電腦等部分組 成。外接真空吸盤裝置，可檢測立面、頂面等狀態(tài)的復合材料。超聲探頭采用自主研發(fā)的聚 焦水囊探頭，具有很高的檢測分辨率，可以定位損傷所處的層；且無需噴水耦合，可用于平 面、曲面及裝配后結構件的檢測。拉線式大位移傳感器掃描定位系統(tǒng)可在800mm/s的探頭運 動速度下實現(xiàn)缺陷的精確定位。針對不同的材料和結構形式，可按需要進行回波距離方式和 回波幅度方式成像

10、，檢測結果實時按照與實際尺寸1 : 1的顯示比例顯示輸出。正研發(fā)中的二 代升級產品，基于工業(yè)控制計算機和數(shù)字超聲卡的平臺，實現(xiàn)數(shù)字超聲儀和計算機的高度集 成，實現(xiàn)產品數(shù)字化，縮小產品體積，更便于外場使用。系統(tǒng)緊湊小巧，能精確定位損傷的水平面位置、大小及埋深，適用于在復雜環(huán)境下工作。 可檢測復合材料加筋板結構的分層、脫膠、疏松、氣孔及蜂窩夾層結構的貧膠、富膠、弱粘 接等缺陷。主要應用于碳纖維和玻璃纖維的層板、加筋板結構及蜂窩結構的在位檢測。2X射線非膠片成像技術X射線非膠片成像技術是近年來無損檢測技術發(fā)展最快的專業(yè)之一，超小型、電池供電 的X射線機、射線計算機照相(ComputerRadiogr

11、aphy,CR)成像技術、數(shù)字式輻射成像技術 (DigitalRadiation,DR)等逐漸由實驗室走向實際應用。用可以反復使用的CR成像板(IP板)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膠片，用CR掃描儀可快捷獲取到 結構內部信息的數(shù)字影像，省去了暗室處理的過程、時間和費用；由于IP板具有高靈敏度， 因而只需要很少的曝光時間，提高了檢測效率。CR成像系統(tǒng)系統(tǒng)由射線機、IP板、PCS掃描設備和計算機系統(tǒng)組成。DR成像系統(tǒng)是一種可以在外場應用的X射線實時成像系統(tǒng)，被美國軍方應用于在役飛 機的復合材料結構無損檢測，尤其是蜂窩結構的進水檢測。它可以直接在計算機上成像，沒 有中間環(huán)節(jié)。而且系統(tǒng)組成簡單輕巧，靈敏度高，曝光時間

12、短，檢測效率高，適合外場作業(yè)。電池供電的脈沖式射線機是射線照相技術發(fā)展的另一個新產品，重量只有12lb，約5.5kg 的脈沖式的輻射X射線，輻射總量不大（可滿足CR和DR成像所需），但穿透力卻足夠強 （270kV），是外場無損檢測X射線數(shù)字成像檢測的好搭檔。3紅外熱成像技術紅外熱成像是利用熱像儀以熱圖的方式非接觸地測定被檢工件表面的溫度分布及等溫 線輪廓的技術?？捎跈z測層板結構中存在的分層、沖擊損傷、脫粘和夾芯結構中的板芯脫粘、進水等缺 陷。由于其非接觸、成片快速檢測、可應用于外場和原位檢測等優(yōu)點，近年來受到廣泛關注。根據(jù)熱激勵方式的不同，分為脈沖加熱法、調制加熱法和超聲波激勵加熱法。其中，美

13、 國紅外熱波檢測（TWI）公司的脈沖閃光紅外熱成像檢測系統(tǒng)已經被美國軍方等應用于在役 飛機的檢測，主要檢測蜂窩結構的進水、脫粘和層板結構的沖擊損傷和分層類損傷。紅外熱成像檢測技術也被空中客車公司作為其A300系列飛機的檢測方法之一，它的熱 激勵不僅包括恒溫箱、紅外燈、熱空氣槍、電弧燈等熱激發(fā)方式，還包括冷空氣槍、低溫流 體、冰箱等冷卻方式。檢測的損傷類型有層板的分層、脫膠和夾雜，夾芯結構的脫膠和液體 滲入，金屬膠接件的脫膠和腐蝕等。結束語復合材料結構在飛機結構中的應用比例越來越高，應用量的增加帶來了應用中損傷的增 加。既要保證飛機的出勤率，又要保證飛機的飛行安全。這意味著外場的無損檢測時間不能

14、 太長，最好是在原位進行、不拆卸，檢測速度還要快；檢測的可靠性要有保證，超標缺陷不 能漏檢。上述許多先進的檢測手段在國外已經應用多年，在我國仍然是新事物，需要進一步 學習國外復合材料無損檢測的先進技術，提高我國復合材料結構的無損檢測水平。齒輪箱故障診斷-油液監(jiān)測更新時間：2009-5-30【字體：小大】齒輪減速箱是應用廣泛的機械設備，大部分是主作業(yè)線上的傳動部件，由于它 們的制造工藝復雜、制造周期長、而且成本高，要求它們能在壽命限度內可靠地 工作。因此監(jiān)測齒輪箱的工況，并進行故障診斷（振動、溫度、油液監(jiān)測三種方 式）是很有必要的我司客戶中有一臺1800t/h的卸料機，我們對卸料機橫行海側減速機

15、進行了光譜和 鐵譜分析。它是強制潤滑的減速機，08年3月18號對該減速機箱油樣分析時發(fā)現(xiàn)光 譜數(shù)據(jù)分析鐵元素的質量分數(shù)達到1432.50X10 - 6,直讀鐵譜數(shù)據(jù)分析Dl=21360， Ds=7280，磨損嚴重指數(shù)Is達到驚人的40325X104定性分析我們進一步對油樣作定性分析,我們發(fā)現(xiàn)磨粒多數(shù)是層狀磨粒和疲勞磨粒，層狀磨 粒尺寸在80四mX30四m左右磨粒大多數(shù)呈藍紫色，且最大尺寸150pm以上，是有 齒輪表面疲勞磨損剝落的產物，它具有光滑的表面和隨機曲折的痕跡。在顯示開 裂的過程中，這類磨粒的最大尺寸可大100pm以上。通常情況下受拉伸應力較大 的摩擦副表面，如齒輪的輪齒容易產生片狀疲

16、勞剝離磨粒。另外，還有一定數(shù)量的黑色氧化物磨粒存在，外觀為表面粗糙不平的堆聚物，局 部區(qū)域具有藍色或桔黃色，此黑色氧化物磨粒表面摩擦副之間有異常磨損，黑色 氧化物磨粒是由于摩擦副嚴重潤滑不良或缺油并伴隨著高溫而產生的，且磨粒表 面局部有高溫的回火色彩，說明潤滑油性能下降。我們發(fā)現(xiàn)大量的棕褐色和紅褐 色的摩擦聚合物，表明齒輪箱具有超負荷作業(yè)，使原動小齒輪在節(jié)園上產生于表 面拉應力交叉的裂紋，這就造成吃面點蝕加劇及潤滑油防腐蝕性能下降，于是提 出警告，我們提出清洗系統(tǒng)，檢修時注意檢查齒輪的磨損狀況。由于該設備當時的工作任務相對緊，現(xiàn)場無法停機處理，所以只有更換新油來維 持，在此我們進行一系列的跟蹤。在年修中