Page 120 - 无损检测2024年第十期

刘 雨，等：

复合材料修理区域的超声检测

伤深度、挖补斜率（坡面与板平面夹角）、附加铺层 金制作的金属配板）黏接在母板上，在补片与母板
搭接尺寸等。目前复合材料修理主要采用胶接的方 间形成薄层胶黏剂界面，其优点是补片制备容易，
式，其按照母板与补片的构型又可分为贴补法和挖 内部质量高（对复合材料补片而言），施工简单，一
补法。笔者使用3种挖补法修理工艺来制作试件， 般适合于平面或曲率较小的结构。湿法修理是指
再用超声检测法对试件分别进行A扫，B扫，C扫， 在结构的损伤区域铺设一定层数和取向的预浸料
验证超声检测对复合材料修理区域的检测有效性， 或手糊浸透纤维织物（具体由设计确定），通过共固
并分析检测结果以探讨其修补质量，进而改善修理 化使补片一次成型，而使结构恢复使用功能的修补
工艺。 方法。湿法修理的优点在于其不受损伤结构曲率
大小的限制。
1 超声检测原理
挖补修理按固化温度分为室温固化修理和热
超声波在介质中沿直线传播，当介质中存在缺 固化修理。其中室温固化修理是指清除损伤后，
陷或异常时，超声波会发生反射和透射，能量也随之 进行湿铺贴，然后在室温下固化的修理方式。为
变化，根据接收到的超声信号的特点，可以对被检工 了加速固化，减少固化时间和得到较高的修理质
件进行质量评定。 量，一般使用适当的加热手段，即热固化修理，
1.1 延迟块探头检测技术 但同时由于在补片局部区域加热，造成整个复合
超声直探头常匹配脉冲反射法对被检工件进行 材料结构热分布不均，修理结构中会存在残余
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检测。其检测原理是在被检工件的一侧放置一个直 应力 。
探头，该探头既作为发射探头又作为接收探头。当 3 试件制作
被检工件中有缺陷时，超声波传播至缺陷处会发生
反射和透射，反射的超声波被探头接收，形成缺陷回 3.1 修理区域试件制作
波。在直探头与工件之间，插入与复合材料声阻抗 笔者按照湿法阶梯形挖补热固化修理工艺对模
基本相匹配的延迟块（如有机玻璃），可以在一定程 拟损伤的复合材料层压板的损伤区进行修理，采用
度上抑制上表面界面波，减小检测盲区，更好地发挥 的3种修理工艺及试验材料数据如表1所示，每种工
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直探头的检测优势 。 艺再根据不同的挖补斜率、附加层数、附加搭接尺寸
1.2 相控阵超声检测原理 来制作试件，总共制作了180张试件。试件板材采
相控阵超声的基本原理来源于相控阵雷达技 用热压制备工艺，制备压力为0. 6 MPa，最高温度为
术，相控阵超声探头由多个晶片按一定的规律分布 130 ℃， 材料为东丽T300型编织预浸料，采用层叠铺
排列（通常是线阵列），通过软件可以单独控制每个 层方式，层数为16层，厚度约为3. 2 mm，外形尺寸
晶片的激发时间，从而控制发射波束的形状和方向， 为700 mm×200 mm（长×宽）。3种试件的普通光
实现超声波束的扫描、偏转和聚焦 。 学相机影像如图1所示。
[3]
3.2 含分层缺陷修理区域试件制作
2 挖补修理原理
设计制作含分层缺陷的CFRP层压板，制备
挖补修理是一种打磨去除复材板的损伤部位， 工艺和 3. 1 节相同，层数同为 16 层。其尺寸为
然后再补以新材料的胶接修理方法。去除损伤的方 200 mm×100 mm（长×宽），于内部不同深度处
式可以采用阶梯形和斜面形。挖补法是一种较先进 埋入 3 个直径为 12 mm的聚四氟乙烯薄膜制备分
的修理方法，适用于修理面积较大、情况较严重的损 层缺陷，埋深约为2. 4 mm（12层），1. 6 mm（8层），
伤，对于修理曲率较大或有气动外形要求的表面具 0. 8 mm（4层），缺陷尺寸及分布如图2所示。
有一定的优越性，而且该方法具有以最小的质量增 制作完成的试件实物如图3所示，该试件用于A
加，最大限度地恢复结构强度的特点，特别适用于民 扫，B扫，C扫检测时的设备校准。
用航空器上的复合材料修理。
4 检测过程
复合材料挖补修理按照补片成型技术可分为
干法和湿法修理两类。干法修理补片采用预固化 4.1 A扫检测
好的复合材料层压板（也可以是钛、铝、不锈钢等合 超声A扫检测采用的是频率为5 MHz，带有延
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2024 年 第 46 卷 第 10 期
无损检测