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1、复合材料蜂窝构件是飞机反推力门中的一个重要零件,其基本形状如图1所示。构件由复合材料蒙皮及铝制蜂窝构成。在制造过程中,先用碳布/环氧树脂预浸料及玻璃布环氧树脂预浸料单独铺覆成型外蒙皮,然后在固化了的蒙皮上放置胶膜,再将铝制蜂窝芯与蒙皮组装起来,并发泡胶膜固化成型。用L y 1 2硬铝制作的蜂窝芯为边长3 m m、壁厚0.0 7 m m的正六边形组成。从图1不难看出,用一般的超声横波、纵波探伤法来检测复合材料蒙皮与蜂窝芯的胶接质量是比较困难的。因此,本文采用板波透射法对复合材料与蜂窝结构的胶接质量进行了检测试验。1检测方法及检测原理采用超声穿透法对复合材料蜂窝结构件进行了检测试验。检测方法示意图
2、如图2所示,发射探头放在上蒙皮上,其轴线与蜂窝壁之间的倾角为7.1 2 5,此倾复合材料蜂窝夹芯构件胶接质量的超声检测杨思乾1,杨扬2,曹慧丽1,马铁军1(1.西北工业大学材料学院,西安7 1 0 0 7 2;2.成都飞机制造公司,成都6 1 0 0 9 2)摘要用超声透射法对复合材料蜂窝夹芯构件进行了检测试验,分析了在检测过程中板波传播的基本特点,并对检测部位进行了解剖验证。试验发现当粘合胶分布不均匀或产生脱胶现象时,会使透射的超声信号幅值降低,据此规律可对复合材料蜂窝构件的胶接质量进行无损检测。关键词复合材料;蜂窝构件;超声检测中图分类号 V 2 1 4.6文献标识码 B文章编号 1 0
3、0 3-5 4 5 1(2 0 0 6)0 4-0 0 4 2-0 3U l t r a s o n i c I n s p e c t i o nC e me n t i n gQ u a l i t yo fH o n e y c o mbC o r e C o n s t r u c t i o n a l E l e me n t o f C o mp o s i t e Ma t e r i a lY A N GS i-q i a n,Y A N GY a n g,C A OH u i-l i,e t a l(1.S c h o o l o f M a t e r i a l S c
4、 i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a l U n i v e r s i t y,X i a n7 1 0 0 7 22.C h e n g d uA i r c r a f t I n d u s t r y(G r o u p)C O.L T D,C h e n g d u6 1 0 0 9 2)A b s t r a c t T h e h o n e y c o m bc o r ec o n s t r u c t i o n a l e l e m e
5、 n t o f c o m p o s i t em a t e r i a l i s d e t e c t e dw i t hu l t r a s o n i ci n s p e c t i o n,t h ep r o p a g a t i o nf e a t u r eo f L a m bw a v ei sa n a l y z e d,t h ed e t e c t i o np o s i t i o n sa r ed i s s e c t e df o r v a l i d a t i o n.S o m er u l e sa r ed i s c o
6、 v e r e dw h e nt h eg l u ei sm a l d i s t r i b u t i o no rc o m e su n g l u e d,t h ea m p l i t u d eo f u l t r a s o n i cs i g n a l w i l l i n c r e a s e.B yu t i l i z i n gt h er e g u l a r i t yi t c a nc o n v e n i e n t l yr e a l i z e t h e n o n d e s t r u c t i v e i n s p
7、e c t i o no f h o n e y c o m bc o r e c o n s t r u c t i o n a l e l e m e n t a b o u t c o m p o s i t e m a t e r i a l.K e y w o r d s c o m p o s i t e m a t e r i a l;h o n e y c o m bc o r e c o n s t r u c t i o n a l e l e m e n t;u l t r a s o n i c i n s p e c t i o nA-A剖面(蜂窝放大)B-B剖面(蜂
8、窝放大)图1复合材料蜂窝夹芯构件示意图航空精密制造技术A V I A T I O NP R E C I S I O NM A N U F A C T U R I N GT E C H N O L O G Y2 0 0 6年8月第4 2卷 第4期A u g.2 0 0 6V o l.4 2 N o.4材料 热工艺4 2航空精密制造技术2 0 0 6年第4 2卷第4期角即为超声波的入射角。接收探头放在发射探头的下方,发射探头发射的超声波穿过上蒙皮,以板波(兰姆波)的形式经过蜂窝壁传播至下蒙皮并被接收探头所接收。若蜂窝芯与上、下复合材料与蒙皮之间出现脱胶等现象,则板波信号就不能有效地通过蜂窝壁传播到
9、下蒙皮,并为接收探头接收。从而使接收到的超声信号幅值及波形发生相应的变化,可根据这一变化规律来检查蜂窝芯与上、下蒙皮的胶接质量。X检测并解剖的位置图2检测方法示意图检测用的探头为直径 1 0 m m,频率1 0 M H z的纵波探头,经过对其发射的超声波形,用M a t l a b软件进行谱分析,获得了如图3所示的频谱图。从图可见,超声信号的最高频谱分量可达6 0 M H z。板波的相速度的一个波长B与透射声楔中纵波的一个波长A相对应时,存在如下关系 1:S i n i=A/B=C e/C p(1)式中,C e透声楔中的纵波速度;C p板波的相速度;i纵波入射角。C p可用下式表示:C p=2
10、 f C t (4 2f2-n22Ct2/2)-1/2(2)式中,f超声频率;板的厚度;C t板中的横波速度;n=0,1,2,3,.。从上式可以看出,板波的相对速度与板厚、频率及介质中的横波声速有关,并且还是n的函数。对于兰姆波来说,求解相速度比较复杂,但基本思路没有本质区别。兰姆波有对称型与非对称型两种,对应不同的n值,分别用S0,S1,S2对称.及A0,A1,A2非对称.等来表示。当超声频率f、板厚、介质种类一定时,板中产生的兰姆波的种类是一定的。发射探头的超声频率f与板厚(蜂窝壁厚)之间的乘积如表2所示。根据i=7.1 2 5 及表1中的数值,可从已有试验结果中 1 查出,检测时蜂窝壁中
11、应有4种波形,即A1、S1、A2、S2。图4示出了兰姆波检测原理及A、S两类形式兰姆波传播示意图。图3发射及接收探头的图4板波类型及传播示意图超声信号频谱表1频率f、板厚及其乘积(f/)的数值2检测结果与分析在试件上先选择两条等厚度线-及-,然后调节好水平比例,分别沿着两条线进行扫查。沿-线进行扫查时,发现除第2点位置的波形幅值较低以外,其余各点波形的形状与幅值均基本相同。沿-扫查时,各点的波形均与7、8两点基本相同。1、2、3、7、8共五点的信号波形如图5所示,各点波形最高波峰所对应的d B值如表2所示。表2超声信号最高波峰所对应的d B值检测点12378d B值1 21 01 31 41
12、3f/M H z/m mf /M H z m m1 00.0 70.71 50.0 71.0 52 00.0 71.43 00.0 72.14 00.0 72.85 00.0 73.56 00.0 74.27 00.0 74.94 3从图5还可看出,1、2、3号点的超声波形有4个峰,这与理论分析的结果是相符的。但7、8两点的波形有5个峰值点,造成这一现象的原因可能是试件的上表面有一定的弧度变化,从而造成-线所在位置的入射角发生了一定的变化。将检测试件按图6所示位置解剖。即先从a b、c d线作第一次解剖,然后再在砂纸上,沿o e及o f线将试件仔细磨到检测线,以保证复合材料与蜂窝之间原有的连接
13、状态不被破坏。1、2、3、7、8检测点的上、下蒙皮与蜂窝芯的胶接状况如图7所示。从图可以看出,1、3、7、8的胶接质量较好,但在2号点的上、下蒙皮的内表面,胶的分布是不均匀的(图7-(c)、(d)。这种不均匀分布会使胶接强度有所下降,并使超声信号产生较大衰减。在上述检测试验的基础上,对-、-两位置之间的区域进行了全面检测,发现当沿-线扫查时,5点的波形比4、6两点的波形明显偏低,其余位置的波形与4、6两点基本相同,故可认为5点位置存在一定程度的胶接质量问题。图5透过试件的超声信号波形图6试件解剖示意图4、5、6点的超声检测信号波形如图8所示,其最高峰值所对应的分贝值如表3所示。用同样的方法将-
14、位置的检测点解剖,其上、下两面连接位置的照片如图9所示。从图可清楚看到4、6两点的胶接状态良好,但5点的上面出现脱胶现象,从而造成了透射波幅的下降。表3超声信号最高峰值对应的d B值图7试件解剖后,胶结处的照片图8透过试件的超声波形图9试件解剖后,胶接处的照片检测456d B1 61 31 7a b、c d一次解剖线e f检测位置线(、)o e、o f二次解剖线(下转第4 8页)复合材料蜂窝夹芯构件胶接质量的超声检测4 43结论利用超声透射法产生的板波(兰姆波)信号,可检测复合材料蜂窝构件的胶接质量。当胶的分布不均或蜂窝与复合材料蒙皮产生脱胶时,透过的超声信号幅值会产生一定程度的下降。可依此来
15、判别复合材料蜂窝构件的胶接质量。参考文献:1 超声波探伤 编写组编著.超声波探伤 M,北京:水利电力出版社,1 9 8 0.1 1 2 美国无损检测学会 编,美国无损检测手册 译审委员会译,美国无损检测手册(超声卷)(下册)M .北京:世界图书出版公司,1 9 9 6(收稿日期2 0 0 5-0 9-1 6)到焊缝区。钎焊中,钎焊区的温度始终保持在6 5 0 左右,若温度超过7 5 0,钎剂中的氟硼酸钾分解很快,不利于保持它的活性。而且,温度愈高,不但能腐蚀1 G r 1 8 N i 9 T i,也会使钎缝中形成气孔。因此,为了保证钎焊区不过热,应采取以下措施:!加热时,微碳化焰的绿色尖子的长
16、度应保持2 5 m m。如果绿色火焰尖子缩短应及时调整乙炔流量控制开关。加大其流量,以免火焰能率突然提高而使钎焊区的加热温度升高,产生银蒸发而降低焊料的流布性,造成多孔性。#为了防止钎焊区温度升高,可将火焰尖子到焊缝间的距离适当拉长,其长度可在3 4 0 m m之间调整。改变火焰能率,达到减少焊接区热量积累的目的。但是火焰尖子离填充焊料熔化端的距离远后,将加长焊料熔化的时间,对缩短焊件钎焊时间不利。$用焊条熔化端调整钎焊区的温度场调整焊条与火焰、工件的角度,以焊条阻挡火焰对工件加热,使焊条熔化热量集中,又避免母材发红过热,这是保证钎焊质量的重要方法。在钎焊中,如果能灵活的使用以上方法,就可以保
17、证焊剂和焊接区不过热,避免产生气孔、砂眼、刀蚀、裂纹等,使钎料液体在焊接区均匀流布。避免银的蒸发,获得高质量的钎缝。在试生产和批量生产中,采用上述方法钎焊的产品,通过检验(包括X光检验),没有出现一件不合格产品。5结论经过几年的产品生产证实,以1 G r 1 8 N 9 T i为母材的弯管部件,采用银钎焊时,只要准备工作适当,焊剂和钎焊选择正确,钎焊温度要合理,能按下述几点去做,工件钎焊后,就能满足设计的要求和使用的要求。就不会出现废品。!焊接区的配合面不允许抛光,以免降低结合处的毛细作用。#采用氧乙炔火焰钎焊时,应采用微碳化焰。$不锈钢钎焊时,预热和钎焊过程中,不允许母材在焊接区出现红亮色,
18、更不允许出现亮黄色,以免产生刀蚀。预热时应以氟硼酸钾的熔化温度作为焊件预热温度。%为保证钎焊温度的稳定性,在钎焊过程中,应不断地调整焊条与焊接火焰,母材之间的角度、距离、以此来调整焊接区加热温度,使焊接区在焊接过程中的温度不超过6 5 0。实践证明,上述的钎焊原理和方法可在钎焊中广泛运用。参考文献:1 邹僖,魏月贞编著.焊接方法及设备(第四分册)M .北京:机械工业出版社,1 9 8 1 2 凌爱林主编.金属工艺学 M .北京:机械工业出版社,1 9 8 1 3 宇永福,张德生主编.金属材料焊接 M .北京:机械工业出版社,2 0 0 0 4 邓键编著.钎焊 M .北京:机械工业出版社,1 9 7 9(收稿日期2 0 0 6-0 4-2 4)(上接第4 4页)不锈钢弯管部件钎焊的研究4 8