蜂窩夾芯結構的無損檢測技術
發布時間：2022-08-03瀏覽次數：966返回列表
蜂窩夾芯結構的無損檢測技術
1 聲學檢測法 1.1 脈沖反射法
外場檢測時通常結構不可拆卸，此時只能從單側蒙皮對結構進行檢測，脈沖反射法尤其適用于該種情況下的檢測。
1.1.1 高頻超聲脈沖反射法
蜂窩夾芯結構蒙皮偏薄，對蒙皮自身的分層或蒙皮與蜂窩芯脫粘類缺陷，高頻超聲的檢測效果較好。鑒于蜂窩夾芯結構的特點，高頻超聲只能穿透蒙皮，所以顯示屏上只能看見單層蒙皮的面波與底波。蒙皮分層缺陷超聲波形信號表現為蒙皮自身底波消失，原面波與底波間出現明顯缺陷回波。
對蒙皮與蜂窩芯脫粘類缺陷，要針對蜂窩格的尺寸選擇合適聲束直徑的探頭，通常聲束直徑要小于蜂窩格尺寸。在實際檢測中，采用聲束直徑1mm的聚焦探頭可以有效檢出被檢面的板芯脫粘。檢測中，當超聲聲束入射至A區（圖2）的正上方，聲波一部分被蜂窩芯吸收，繼續向下傳播，另一部分在蒙皮底部直接被反射，此時屏幕上可以看到蒙皮底部的反射回波；當超聲聲束入射至B區的正上方，聲波到達蒙皮底部遇到空氣層，直接反射回來，由于沒有蜂窩芯對聲波能量的吸收，B區的反射回波要明顯高于A區（圖3）。對于沒有缺陷的結構，檢測過程中，超聲波形信號表現為底波波幅時高時低呈規律性跳動。檢測時，設置合適的閘門高度，使B區底波超過閘門而A區底波低于閘門。如果材料無異常，此時檢測過程中看到的報警指示燈忽明忽暗，呈規律性閃爍；如果材料出現脫粘缺陷，會出現報警指示燈長明現象，據此即可判斷結構中的缺陷情況。但檢測過程中應嚴格控制檢測速度和掃查間距，避免缺陷的漏檢。
超聲C掃描檢測蜂窩夾芯結構的檢測結果比較直觀。2MHz陣列式聚焦探頭能滿足大部分結構的檢測要求，但如果蒙皮厚度過厚，蜂窩格成像質量相對較差。對曲面結構，陣列式探頭耦合不良，單晶片聚焦探頭可很好的解決耦合問題（圖4）。
圖4 陣列式聚焦探頭檢測結果
1.1.2 低頻超聲脈沖反射法
低頻超聲通常采用1MHz 以下具有能量高、穿透力強的較大晶片直徑的探頭，它可以穿透結構全厚度，缺點是探頭直徑尺寸偏大、分辨力低、較小缺陷容易漏檢。采用低頻超聲檢測蜂窩夾芯結構時，蒙皮分層、脫粘、蜂窩芯塌陷等缺陷都會造成底波波幅突降或消失（見圖5），對缺陷的定性、定量存在一定難度。低頻超聲常用于對結構質量進行快速篩查，以發現結構中存在的較大尺寸的缺陷，檢測速度較高。
1.2 脈沖穿透法
在結構生產過程中或結構可拆卸的情況下，脈沖穿透法是常用的檢測方法。脈沖穿透法通常配合機械自動掃查系統，極大提高了掃查速度，節省了人力。工廠車間或大型實驗室的機械自動掃查系統通常采用兩個同步的機械臂帶動探頭同步移動，一側探頭發射聲波，另一側探頭接收聲波，探頭與檢測件之間采用水柱耦合，檢測結果以C掃描形式顯示出來，形象直觀，見圖6。
1.3 發射-接收法（導波法）
常規的脈沖法是逐點對檢測件進行檢測，超聲導波可以在材料中傳播較遠的距離，實現了線掃描檢測，大大提高了檢測效率。導波檢測一般采用兩個斜探頭，發射探頭以一定的角度發射超聲波進入蜂窩結構。蒙皮一般比較薄，所以超聲波一部分能量被蜂窩芯吸收，一部分能量在蒙皮內以漏蘭姆波形態向前傳播，接收探頭與發射探頭在同一直線上，接收蒙皮內的漏蘭姆波能量。當出現脫粘情況時，能量向下傳播受阻，大部分能量橫向傳播被接收探頭接收，聲波波幅較高；若蒙皮與蜂窩芯粘接完好，由于大部分能量沿蜂窩芯傳播，蒙皮內的漏蘭姆波能量減少，接收信號較弱，聲波波幅較低[2]。
膠接檢測儀的發射- 接收模式同樣利用上述原理。發射- 接收模式使用的是雙晶、點接觸型、干耦合的超聲探頭。在該模式下，一系列的脈沖聲能由一個晶片發送至測試工件，在工件中傳播的聲波由另一個晶片接收。探頭晶片下的粘接狀態將影響在尖端間傳播的聲能，見圖7（a）。這些聲能特性通過相位和波幅的變化顯示出來。在良好的粘接狀態下，一部分聲能被檢測表面下的結構吸收，此時信號波幅較低。在脫粘情況下，聲波在發射接收的傳播過程中幾乎不受蜂窩芯影響，此時信號波幅較高。粘接良好區域與脫粘區域的波幅比較見圖7（b）和圖7（c）。
2 機械阻抗法
機械阻抗法也叫聲阻法，它是通過測量結構件被測點振動力阻抗的變化來確定是否有異常結構的存在。機械阻抗法使用單個尖端的雙晶探頭。驅動晶片發出可聽見的聲波進入試件。圓錐體底部接收晶片的負載受到試件剛度的影響，從粘接良好的區域到脫粘區域，負載由高到低變化，接收晶片的負載將影響信號的波幅及相位，見圖8（a）。缺陷區域的剛度取決與脫粘的尺寸和厚度。該模式下，無需耦合劑，接觸面積小，尤其適用于不規則的或彎曲的表面。檢測中當探頭位于正常結構區時，漂點位于屏幕十字交叉線的中心；而當探頭處于脫粘缺陷區時，漂點飛離十字交叉線的中心，越過圓形閘門，見圖8（b）、圖8（c）。
3 敲擊檢測法
3.1 常規輕質量物體敲擊檢測
該方法一般使用小錘、螺絲刀把手或硬幣等質量較輕的物體，對被檢測對象進行逐點敲擊檢測。其主要原理是當試件中存在缺陷時，人耳所聽到的由敲擊產生的聲音會比較沉悶，否則聲音清脆。該敲擊檢測方法是膠接結構和復合材料結構檢測中常用的一種檢測方法，可有效檢測蜂窩材料內部的脫粘、蒙皮的分層[3]。
3.2 敲擊檢測儀敲擊檢測
電子敲擊檢測儀通過比較敲擊探頭與被檢件表面的撞擊持續時間來判斷被檢件的粘接質量好壞。所謂撞擊持續時間是指當敲擊頭敲擊在被檢件上，記錄起始時間，敲擊頭彈起脫離表面，記錄結束時間，這一過程為敲擊頭工作的撞擊持續時間。
根據能量轉換關系，敲擊在無損傷區的撞擊持續時間比有損傷區的撞擊持續時間短。在實際工作時探頭敲擊試件良好部位的撞擊持續時間作為標準參考值T0，敲擊被檢結構其它部位的撞擊持續時間記為T，將比值R=（T -T 0）/T0×作為判斷被檢部位脫粘程度的依據, 終儀器通過一串發光二級管和聲音同時進行聲光報警來表征材料的脫粘程度。
4 紅外檢測法
紅外熱成像檢測技術就是根據紅外輻射原理，利用紅外熱像儀掃描記錄被測物體的表面紅外輻射（熱輻射）情況，并根據測得的被測物體表面熱圖，通過分析進而來判別結構內部是否有損傷的一種的無損檢測技術。
紅外熱成像檢測技術在實施過程中有多種形式，按照其有無激勵可分為被動熱成像和主動熱成像兩種形式。航空結構領域檢測所采用的一般為主動熱成像方式，即檢測時需對被測對象外加激勵（熱激勵、聲激勵、振動激勵等）。對蜂窩夾芯材料，在反射式主動熱成像方式下，調制激勵鎖相熱成像所得到的檢測結果較為令人滿意[4]。
5 射線檢測法
當射線穿過被檢測件時會發生衰減，衰減程度除了和射線本身的能量有關，還與被檢物體的性質、厚度、密度有關。如果被檢件在透照方向存在一定的厚度差，那么透射射線強度就會產生一定的差異，將散射比控制在一定范圍內，這種差異便會在膠片上體現出來。X射線垂直蒙皮方向透照被檢件，可以有效地檢出蜂窩芯內部積水、蜂窩節點開裂，蜂窩芯缺損等缺陷。
常規射線照相技術需要實時現場操作，耗費大量膠片，暗室處理耗費大量時間，計算機射線照相技術（CR）及數字化實時成像技術（DR）已經很好地解決了上述問題，且分辨率甚至優于常規射線照相技術。
各種檢測方法比對分析
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