复合材料结构修理-5.2 复合材料结构损伤检测(3)

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5.2.4 X-射线检查 X-ray Inspection
Ｘ射线是一种电磁波，波长范围为 101.9～0.0006nm。飞机结构损伤Ｘ射线检 测中通常使用的波长约为0.31～ 0.0006nm。 Ｘ射线具有波长短、能量高、穿透力强等特 点，能够穿透大多数固体材料。当Ｘ射线穿 过一定密度的物质后，能量将因为被吸收或 散射而削弱，Ｘ射线强度将降低。物质密度 不同，吸收或者散射Ｘ射线的能力不同。密 度越高，吸收或者散射Ｘ射线的能力越强。
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优点
超声波具有穿透力强、检测灵敏度高、检 测方便、对人体无害等主要优点，可用于复 合材料结构的分层、脱胶等损伤或缺陷的检 测，尤其适合层压板内部分层检查。
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种类
超声波检测方法有很多种类，大多数检测 方法均需要通过耦合剂将超声波输送进入结 构件。复合材料结构的超声波检测方法主要 有以下四种： （1）外场检测 （RDC） （2）脉冲反射法 （3）超声穿透法（ＴＴＵ） （4）粘接面检测法
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（4）粘接面超声检测
粘接面检测法适用于蜂窝夹芯结构内部缺 陷检测，分为高频和低频两种检测方法。 高频粘接面超声检测包含一个或者多个超 声波发射器，通过耦合剂将超声波发射进入 构件中，用以检测尺寸不小于0.5英寸的面板 内部分层或者蜂窝芯缺失，但是不能检查发 现面板与蜂窝芯之间胶结面的脱胶以及面板 内部孔隙。
敲击法是一种采用硬币、专用敲击棒、敲 击锤或者敲击仪等轻轻敲击复合材料结构表 面，通过辨听敲击构件时的声音变化来确定 损伤的检测方法。 敲击检查常用于检测发现复合材料构件内 部的分层、脱胶，尤其适合确定分层区域。 敲击法具有成本低、简便易行，一般作为其 他特殊无损检测方法的前期检测或补充检测 手段，具有较高的实用价值。
超声穿透法（是依据脉冲波或连续波穿透 构件之后的能量损失来判断复合材料结构内 部损伤或缺陷的一种方法。 超声穿透法常采用两个探头，一个用作发 射超声波，另一个用作接收超声波，分别放 置在被测构件的两侧进行检测，如图5.11所 示。该法也具有检测灵敏度高的优点，可以 检测发现尺寸超过0.5英寸的构件内部缺陷。 但是需同时接触构件的两面。
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检查步骤
目视检查的第一步是总体目视检查指定区 域的清洁度、构件安装是否出现松脱以及是 否存在明显损伤。然后，再执行以下检查步 骤: • 接近被检查区域 • 按需清洁被检查区域的结构表面 • 为被检查区域准备合适的光源 • 仔细检查指定区域 • 记录检查发现的相关缺陷
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目视检查种类
• 总体目视检查General Visual/ (Surveillance)/ (GVI) • 详细目视检查Detailed Visual (DVI)
敲击检查方法
使用敲击棒进行敲击检测时，敲击方式分 为矩阵式和圆周式两种。其中，矩阵式适用 于没有修理过的结构区域分层/脱胶检测，圆 周式适用于修理过的结构区域分层/脱胶检测。 敲击检查时，敲击点之间间距不得超过构件 允许损伤极限尺寸的1/3。
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分层敲击检测仪
根据敲击构件时的声音分析判断损伤原理， 目前人们研制出了分层敲击检测仪。分层敲 击检测仪以恒定敲击力度敲击构件表面，然 后通过接收并分析敲击声音判断构件损伤情 况，并通过警告灯、发声手段等提醒检查人 员。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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5.2.3 超声波检测 (Ultrasonic inspection)
超声波检测首先利用压电传输元件将超声 波以脉冲形式传入被测构件中。当超声波遇 到构件内部损伤或缺陷时，会在缺陷界面产 生反射，或者引起声速和能量衰减变化。通 过接收、分析这些超声波信号及其变化，可 以确定损伤或缺陷位置及其范围。复合材料 结构超声波检查的检测频率一般在１～１０ ＭＨｚ范围，常用的检查频率为５ＭＨｚ。
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详细目视Detailed Visual(DVI)
详细目视用于检查飞机上结构或者系统指 定部位可能存在的损伤、失效或者其它异常 情况。检查区域的光照条件必须满足检验员 详细目视检查要求。检查过程中可能需要使 用反光镜、放大镜等辅助检查工具，并可能 需要表面清洁以及进一步拆装相关构件。
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目视检查的局限性
脉冲反射法通过超声波探头发射脉冲波进 入被测构件内，然后根据反射波的能量损失 和时间迟滞确定构件内部损伤或缺陷。反射 波损失的初始能量百分比和时间迟滞，可以 通过显示器以二维坐标或者二维图形形式显 示出来。反射波迟滞时间还可以转化为缺陷 的深度位置或者构件的厚度。
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优点
脉冲反射超声法可以检查发现实心铺层内 部的分层、裂纹、孔隙、水分以及实心铺层 之间胶结面的脱胶，具有检测灵敏度高、定 性定量准确、检测方便（只需要从一侧接近 被测结构）等特点，可以检测发现尺寸超过 0.5英寸的构件内部缺陷。所以，它是一种普 遍用于复合材料层合结构内部损伤检测的无 损检测方法。
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• 除了外场超声波检测之外，其余三种超声 波检查方法需要经过超声波检测专业培训 人员解读检测信号。
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（1）外场检测仪
Ramp damage checker（RDC）
外场损伤检测仪采用脉冲回声原理：通过 对比检测区域与未带损伤基准区域的回波信 号时间差确定损伤：如果检测区域回波信号 时间比基准区域回波信号早，说明被检测区 域存在分层或者厚度减小，检测仪将会发出 报警信号。 外场检测主要用于目视检查发现复合材料 结构表面存在损伤之后，确定结构内部是否 存在损伤以及内部损伤的大致范围。
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最小检测区域原则
复合材料结构损伤的实际检测区域，应该 包含以结构表面损伤区域长轴两边至少扩大 100 mm后的长度作为直径的圆形检测区域。 该区域称为最小检测区域。
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5.2.1 目视检测 （ Visual inspection）
目视检测是最简单、成本最低的无损检查 方法(NDI) ，用于检查发现复合材料结构表面 的冲击损伤和过热、雷击等损伤。 目视检测是飞机结构最常用和最基本的损 伤检测方法。绝大部分结构损伤均通过目视 检测检查发现。
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损伤判断方法
采用硬币、敲击棒或者敲击锤敲击复合材 料结构表面时，未分层或者脱胶区域的声音 比较清脆，而分层或者脱胶区域的声音则比 较沉闷。
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敲击检查的局限性
敲击法检测结构是否存在分层或者脱胶时， 要求周围环境比较安静。嘈杂环境对损伤检 测结果有一定影响。除此之外，检查者的工 作经验对检测结果的影响也比较大。 当铺层数复合材料构件铺层数超过3层之 后，敲击检查结果并不一定可靠。因此，敲 击法适用于铺层数不超过３层的层合板分层 损伤检测。但是，无论构件铺层数多少，敲 击法均适用于构件的雷击损伤检测。
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低频粘接面超声检测包含两个超声波发射 器，不需要通过耦合剂将超声波发射进入构 件中。低频粘接面超声检测用以检测尺寸不 小于1.0英寸的面板内部分层和孔隙、蜂窝芯 缺失以及面板与蜂窝芯之间胶结面的脱胶。 但是，低频粘接面超声检测无法判断面板与 蜂窝芯之间胶结面脱胶位于蜂窝夹芯结构的 那一面。
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缺点
脉冲反射超声法的主要缺点，是无法检查 发现蜂窝夹芯结构面板与蜂窝芯之间粘接面 脱胶等缺陷。
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种类
• • A-扫描脉冲反射法（A-scan） C-扫描脉冲反射法（C-scan）
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A-扫描脉冲反射法
A-扫描脉冲反射超声波检测法的显示器纵 坐标或者y轴代表反射波的能量强度，横坐标 或者x轴代表反射波的时间迟滞，即超声波在 构件中的行程时间。反射波的时间迟滞可以 转化为深度位置。 A-扫描脉冲反射法适用于未修理过区域实 心层合结构内部缺陷检查。
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主要用途——蜂窝芯积水检查
飞机维修中，Ｘ射线主要用于检查蜂窝夹芯结 构的蜂窝芯是否有积水。水会大量吸收Ｘ射线能量 穿过这部分的Ｘ光就强些，胶片感光显影后相应部 位的黑度就比其他部位低。因此如果蜂窝芯中存在 积水，将使得感光胶片相应区域存在白色影像区域。 蜂窝夹芯结构的面板和蜂窝芯之间胶结面的胶 膜或者树脂在固化过程中，可能会在蜂窝格边缘溢 出，从而导致感光胶片的蜂窝格边缘区域存在类似 于蜂窝积水的白色影像区域。与蜂窝积水导致胶片 白色影像区域不同的是，胶膜或者树脂形成的白色 影像区域一般位于蜂窝格边缘区域，而水分导致的 白色影像区域却会填满整个蜂窝格区域。
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基准区域与检测区域厚度是否相同，是影 响外场损伤检测仪检测结果准确性的关键因 素。外场损伤检测仪属于损伤的初始阶段检 测方法。通过外场损伤检测仪发现检测区域 存在疑似分层或者脱胶之后，往往还需要通 过脉冲超声波检测或者超声穿透法（TTU） 进一步检查确认损伤。
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（2）脉冲反射法 Pulse Echo Ultrasonic Inspection
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关键因素
目视检查的基本要求和关键，是清楚被检 查区域结构可能存在的缺陷类型，并知道各 种结构损伤的外部特征或迹象： • 冲击损伤——擦伤、划伤、穿孔、裂纹、 漆层开裂或脱落、压痕以及构件边缘分层和 脱胶。 • 过热或雷击——漆层变色、鼓包，构件烧 蚀等。
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辅助检查工具
目视检查时，由于检查者视线可达性和视 力局限性，可能需要根据目视检查的种类， 借助一些简单的辅助工具实施目视检查。常 用辅助检查工具包括： • 手电筒 • 反光镜 • 放大镜 • 孔探设备
第５章 飞机复合材料结构 常见损伤及其检测
5.2 复合材料结构损伤检测
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常用检测方法
1. 2. 3. 4. 5. 目视检测 Visual inspection 敲击法检测 Tap test 超声波检测 Ultrasonic inspection Ｘ射线检测 X-ray inspection 红外热成像检测 Infrared thermography
总体目视和详细目视检测既无法检测发现 复合材料构件内部分层、脱胶，蜂窝夹芯塌 陷、积水和腐蚀等损伤，也无法确定复合材 料构件内部损伤的损伤程度和范围。复合材 料构件内部损伤或者缺陷需要采用敲击法 、 超声波 、Ｘ射线 、红外热成像等特殊无损检 测方法(SDET)检测发现。