对飞机的复合材料进行无损粘接检测

应用

要保证航天飞机的复合材料结构在整个在役过程中的完整性，材料的完好粘接状态至关重要。为此，我们开发了用于在维护过程中评估材料粘接质量的无损检测（NDT）方法。这则应用注释回顾了最近为提高检测的可靠性而开发的多种方法。

背景

目前在飞机制造过程中对复合材料的使用急剧增长。各大主要机身制造商，如：波音（Boeing）和空中客车（Airbus），在他们各自的商业飞机制造中，已经极大地增加了对复合材料的使用。Boeing 787的整个机身几乎都是由复合材料制成，而Airbus A380和A350也添加了大量的复合材料结构。支线和商用喷气式飞机制造商在制造各自的飞机时，也增加了对复合材料的使用。在飞机的制造上，也出现了同样的复合材料使用增长的现象，如：F22战斗机和A400运输机。

由于飞机的结构很容易受到撞击和雷击，因此需要使用一些可靠有效的无损检测方式（NDT），对飞机受到撞击后可能出现的损伤进行快速评估。这些由各地的NDT检测人员所使用的方法和仪器，一定要简单好用，以确保在飞机的维护核查过程中，获得一致性的检测结果。

飞机受到撞击后，可能会使其复合材料结构出现不同类型的损伤。损伤的情况会根据复合材料部件的特性、组成材料及密度而不同。复合材料层压结构受到撞击后产生的缺陷，主要是机身的各种层压材料之间以及与机翼蒙皮之间的分层缺陷。不过撞击也会引起蒙皮与加强筋之间的脱粘。这种脱粘情况会极大地伤害飞机结构的完整性。B787型和A350型飞机的机身主要为层压结构。

在层压碳皮之间的带有蜂窝夹芯（NOMEX等）的复合材料夹层结构中，撞击结果会表现为不同类型的损伤。在飞机遭到撞击后，可能会出现以下缺陷：

A型：平行于表面的外部CFRP蒙皮的多层材料之间出现分层缺陷

B型：外侧蒙皮与蜂窝芯之间的脱粘缺陷

C型：平行于检测表面的蜂窝芯出现裂纹

D型：平行区域的蜂窝芯被碾碎

E型：内侧蒙皮与蜂窝芯之间的脱粘缺陷

F型：蜂窝芯中有流体侵入

奥林巴斯的Bondmaster 600 是一款使用一发一收模式、机械阻抗分析（MIA）和谐振检测方式对复合材料进行检测的多模式超声粘接检测仪器。很久以前这款仪器就用于对大多数现有的飞机进行检测，只是最近又开发出了借助这款仪器完成的新的检测方式。

一发一收模式用于检测带有蜂窝结构的复合材料。发射器将声能传送到工件内，然后，接收器再接收反射回来的声能。在粘接完好的条件下，部分声能由于蜂窝结构的吸收而产生衰减。当探头被放置在脱粘区域上时，返回到接收器的声能会变得很大，并会引起波幅的变化。

这项技术最近得到了优化调整，可以可靠地探测到位于40毫米厚的蜂窝结构以下远端的（面积为25毫米 × 25毫米）脱粘缺陷，如：E型缺陷。针对困难且费时的空中客车（Airbus）飞机的检测，我们专门设计了一种新式差分高电压探头。在空中客车的维护公告中，现在记载着使用这种探头检测所获得的非同寻常的结果。

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