復(fù)合材料芳綸蜂窩夾層結(jié)構(gòu)件特殊缺陷檢測(cè)

郝威，李明，王玨，徐瑩

沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司，沈陽(yáng) 110034

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)具比強(qiáng)度高、比剛度高、抗疲勞性能和阻尼減震性能較好等優(yōu)點(diǎn)，是航空、航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域重要的減重材料。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)由上下蒙皮和中間蜂窩芯3部分組成，蜂窩芯從基材上可分為金屬蜂窩和非金屬蜂窩，其中芳綸紙蜂窩芯材由于其突出的力學(xué)性能穩(wěn)定性、耐腐蝕性、阻燃性、耐環(huán)境性，已成為飛機(jī)復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的首選芯材。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)零件很容易在制造、服役等階段產(chǎn)生不同種類的缺陷，例如蒙皮-蜂窩芯界面脫粘、蒙皮中的分層、夾雜、蜂窩芯格變形、芯格塌陷、節(jié)點(diǎn)開裂、蜂窩積水等。為保障飛機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)零件要進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)，并對(duì)檢出的缺陷進(jìn)行定性和定位分析，最終按照相應(yīng)缺陷的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對(duì)零件進(jìn)行驗(yàn)收或拒收。

復(fù)合材料蜂窩類零件可采用超聲、射線、紅外、激光剪切散斑等方法進(jìn)行檢測(cè)。紅外和激光散斑是快速、非接觸的檢測(cè)方法，適合于檢測(cè)復(fù)合材料蜂窩夾層零件的蒙皮、膠膜缺陷，但檢測(cè)靈敏度隨缺陷深度增加而變差，紅外檢測(cè)還可以表征蜂窩芯格是否進(jìn)水。

超聲檢測(cè)基于聲波在材料中的彈性響應(yīng)和傳播行為對(duì)零件進(jìn)行缺陷檢測(cè)和判別，對(duì)分層、夾雜、脫粘類缺陷均較為敏感。噴水穿透法超聲C掃描和手動(dòng)反射法超聲A掃描是工業(yè)上應(yīng)用廣泛的兩種超聲檢測(cè)方法。噴水穿透法超聲C掃描設(shè)備可實(shí)現(xiàn)零件自動(dòng)化檢測(cè)，數(shù)字化顯示缺陷平面投影面積，但無(wú)法確定檢出缺陷的具體深度位置，也難以判斷缺陷的性質(zhì)，因此實(shí)際檢測(cè)中可采用手動(dòng)反射法超聲A掃描設(shè)備對(duì)穿透法超聲C掃描發(fā)現(xiàn)的疑似缺陷進(jìn)行二次檢測(cè)。其他的超聲檢測(cè)法例如水浸聚焦反射法超聲C掃描能有效減小近表面盲區(qū)，保證耦合效果一致性，也可準(zhǔn)確控制聚焦深度，提高檢測(cè)效率及分辨率；空氣耦合穿透法超聲C掃描檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)非接觸檢測(cè)。

射線檢測(cè)對(duì)平行于射線方向的缺陷較為敏感，因此適用于檢測(cè)蜂窩芯變形、芯格斷裂等體積型缺陷。在射線檢測(cè)過(guò)程中，由于射線以錐束形狀向外發(fā)射，導(dǎo)致一定的透照范圍外蜂窩芯格影像產(chǎn)生重疊，影響缺陷的識(shí)別。然而減小透照范圍又勢(shì)必增加透照次數(shù)，因此判定有效透照區(qū)十分關(guān)鍵。一般的射線照相檢測(cè)技術(shù)實(shí)施透照操作，是將物體的立體空間結(jié)構(gòu)信息壓縮為一幅平面圖像，而X-射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(X-ray Computed Tomography，X-CT)檢測(cè)可給出物體被掃描區(qū)域的虛擬“切片”，允許用戶不切割物體就看到物體的斷層圖像，避免芯格影像重疊等問(wèn)題。

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求采用超聲檢測(cè)蜂窩蒙皮分層、夾雜及界面脫粘等缺陷，采用X-射線檢測(cè)蜂窩芯缺陷。實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，若干芳綸蜂窩夾層共固化零件在進(jìn)行噴水穿透法超聲C掃描檢測(cè)時(shí)，在C掃描圖像中發(fā)現(xiàn)夾層區(qū)域的多個(gè)位置處存在疑似缺陷顯示，該處的超聲波衰減與鄰近區(qū)域差值較大。疑似缺陷區(qū)域采用手動(dòng)反射法超聲A掃描檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，因此無(wú)法對(duì)疑似缺陷進(jìn)行判定。疑似缺陷零件采用X-射線檢測(cè)時(shí)，僅有少部分零件可發(fā)現(xiàn)缺陷，且對(duì)X-射線檢測(cè)的透照角度要求較高，極易發(fā)生漏檢。本文針對(duì)該類蜂窩零件采用多種無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比分析，并對(duì)零件進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)特殊類型蜂窩芯缺陷；通過(guò)制造試驗(yàn)件模擬蜂窩內(nèi)部缺陷，驗(yàn)證超聲檢測(cè)結(jié)果，初步分析該類缺陷的產(chǎn)生原因，以期為相關(guān)檢測(cè)應(yīng)用提供參考價(jià)值。

1 試驗(yàn)方法

1.1 零 件

發(fā)生穿透法超聲C掃描超聲衰減大、反射法超聲A掃描檢測(cè)無(wú)缺陷情況的典型零件(以下簡(jiǎn)稱典型件)均由樹脂基碳纖維蒙皮和對(duì)位芳綸蜂窩構(gòu)成。產(chǎn)生缺陷的蜂窩芯有正六邊形和過(guò)拉伸型兩種。

1.2 無(wú)損檢測(cè)方法及設(shè)備

分別采用噴水穿透法超聲C掃描、手動(dòng)反射法超聲A掃描、相控陣便攜反射法超聲C掃描、水浸聚焦反射法超聲C掃描、反射法紅外、激光剪切散斑、空氣耦合穿透法超聲C掃描、數(shù)字成像射線(Digital Radiography，DR)檢測(cè)、X-CT檢測(cè)對(duì)典型件進(jìn)行檢測(cè)。主要設(shè)備信息及檢測(cè)參數(shù)如下：

噴水穿透法超聲C掃描采用英國(guó)超聲波科學(xué)有限公司生產(chǎn)的CG8-1.5-2.9噴水穿透法超聲C掃描檢測(cè)系統(tǒng)，超聲換能器為Imasonic的水浸平探頭，晶片直徑為19 mm，噴嘴直徑為6 mm，頻率為1 MHz。

手動(dòng)反射法超聲A掃描采用英國(guó)聲納Masterscan 380超聲探傷儀，超聲換能器為晶片直徑為6 mm、帶延遲塊的直探頭，頻率為5 MHz。

DR檢測(cè)采用SCAN-LM-160T3線陣列數(shù)字成像射線檢測(cè)系統(tǒng)，160 kV恒電位X-射線機(jī)，線陣列接收器型號(hào)為SEZ T3-160，規(guī)格為160 mm，有效長(zhǎng)度范圍為157 mm。

X-CT檢測(cè)試驗(yàn)設(shè)備為GE phoenix vltomelx C450 X-射線成像檢測(cè)系統(tǒng)，掃描管電壓為400 kV，電流為1 700 μA，積分時(shí)間為80 ms，放大比為2，像素尺寸為97 μm，切片厚度為0.4 mm，層間距為0.2 mm。

1.3 典型件解剖試驗(yàn)

采用砂帶打磨輪對(duì)典型件表面進(jìn)行打磨處理，打磨輪轉(zhuǎn)速為16 000 r/min，砂帶80目。逐一打磨蒙皮和膠膜，同時(shí)觀察蒙皮和膠膜內(nèi)是否有分層、夾雜或脫粘缺陷；露出蜂窩芯后繼續(xù)打磨，觀察蜂窩芯是否有變形、芯格斷裂等缺陷。

采用makita金剛石切割機(jī)對(duì)典型件穿透法超聲衰減大的部位進(jìn)行縱向切割，切割機(jī)轉(zhuǎn)速為13 000 r/min，在鋸切過(guò)程中防止震動(dòng)、碰撞等以避免引入新的缺陷，觀察典型件剖面形貌。

1.4 缺陷試驗(yàn)件制作

制造4種缺陷試驗(yàn)件：

1) 試驗(yàn)件A采用的材料牌號(hào)、規(guī)格、鋪貼工藝與第1類典型件一致，即上下蒙皮各為3層QY8911/CF3031預(yù)浸料、蜂窩為NRH-3-48芳綸蜂窩芯、膠膜為J-188；試驗(yàn)件A固化平臺(tái)溫度為190 ℃，高于典型件標(biāo)準(zhǔn)要求10 ℃。

2) 試驗(yàn)件B預(yù)先將NRH-3-48芳綸蜂窩芯放置在溫度為23 ℃、相對(duì)濕度為90%的恒溫恒濕箱內(nèi)儲(chǔ)存12 h以上，再采用與第1類典型件相同的預(yù)浸料及膠膜材料、鋪貼工藝及固化要求進(jìn)行制備。

3) 試驗(yàn)件C采用壓力機(jī)對(duì)第2類典型件(蜂窩為NH-1-1.8-48、預(yù)浸料為BA9916-Ⅱ/CF300、膠膜為J-116A)的無(wú)缺陷部位進(jìn)行壓縮，過(guò)屈服點(diǎn)后撤除外力。

4) 試驗(yàn)件D采用壓力機(jī)對(duì)第2類典型件的無(wú)缺陷部位進(jìn)行壓縮，過(guò)屈服點(diǎn)后繼續(xù)壓縮至蜂窩表面出現(xiàn)明顯凹坑后撤除外力。

2 結(jié)果與討論

2.1 無(wú)損檢測(cè)

選取的典型件噴水穿透法超聲C掃描檢測(cè)結(jié)果如圖1所示，2個(gè)典型件超聲衰減量最大值分別為20 dB和26 dB，將該處定義為疑似缺陷。實(shí)際檢測(cè)已通過(guò)調(diào)整掃描路徑、改變典型件放置位置、適當(dāng)打磨典型件表面疏水區(qū)域、更換噴水穿透法超聲C掃描設(shè)備、采用空氣耦合穿透法超聲C掃描設(shè)備等方法，排除設(shè)備、表面耦合、仿形方法等因素對(duì)掃描結(jié)果的影響。采用反射法超聲A掃描檢測(cè)疑似缺陷位置均無(wú)缺陷回波顯示。通過(guò)圖1可看出疑似缺陷區(qū)域無(wú)固定形狀，且出現(xiàn)在不同蜂窩夾層結(jié)構(gòu)典型件中的不同位置，包括蜂窩平板區(qū)和斜坡區(qū)。與典型件一同進(jìn)行檢測(cè)的對(duì)比試塊上，預(yù)埋分層缺陷位置的超聲衰減量一般為8～12 dB，疑似缺陷位置的超聲衰減量均大于或等于分層缺陷。

圖1 典型件噴水穿透法超聲C掃描圖像Fig.1 Water-squirting through-transmission ultrasonic C-scan images of typical parts

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求采用超聲檢測(cè)的缺陷有分層、脫粘、夾雜、空隙密集、疏松及富樹脂等。工業(yè)上通常采用穿透法超聲C掃描進(jìn)行自動(dòng)化快速檢測(cè)，先給出缺陷平面投影的位置和大小，再采用反射法對(duì)缺陷進(jìn)行判定，根據(jù)反射回波的特征對(duì)缺陷進(jìn)行定性定位分析。對(duì)于蜂窩零件，則需從兩側(cè)蒙皮進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)中反射回波始終處于周期性跳動(dòng)狀態(tài)，證明換能器依次在蜂窩壁正上方、膠瘤區(qū)域正上方及蜂窩格正上方移動(dòng)，未發(fā)現(xiàn)大面積反射回波信號(hào)。考慮到蜂窩孔格尺寸較小、“膠瘤”狀態(tài)復(fù)雜、蒙皮厚度較薄(最薄為0.46 mm)及蜂窩格孔造成的蒙皮表面不平整等問(wèn)題，為解決人工檢測(cè)及識(shí)別困難、準(zhǔn)確控制聚焦深度，提高檢測(cè)精度，采用相控陣便攜反射法超聲C掃描、水浸聚焦反射法超聲C掃描對(duì)典型件進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果均未出缺陷。試驗(yàn)還采用反射法紅外、激光剪切散斑檢測(cè)典型件，依然未發(fā)現(xiàn)缺陷。以上結(jié)果可判定典型件不存在蒙皮分層、夾雜、膠膜脫粘、蜂窩積水等缺陷。

為檢測(cè)蜂窩芯缺陷，采用DR檢測(cè)對(duì)典型件進(jìn)行檢測(cè)。由于X-射線以錐束形狀向外發(fā)射，導(dǎo)致一定的透照范圍外蜂窩芯格影像產(chǎn)生重疊，會(huì)影響缺陷的識(shí)別，因此需盡量減小透照范圍保證圖像清晰度。將疑似缺陷區(qū)域置于X-射線源正下方，使該區(qū)域蜂窩壁盡量與X-射線中心束平行，便于蜂窩孔格缺陷的觀察。部分典型件DR圖像如圖2所示，其余典型件疑似缺陷區(qū)域和周圍區(qū)域均無(wú)明顯區(qū)別。圖2中蜂窩格孔在疑似缺陷區(qū)域(標(biāo)識(shí)圈內(nèi))有變形和重影現(xiàn)象，而周圍區(qū)域格孔無(wú)重影現(xiàn)象，因此可初步判斷疑似缺陷域蜂窩格孔存在變形缺陷。盡管圖像周邊位置也有蜂窩格孔重影情況，這是蜂窩格孔與X-射線束不平行導(dǎo)致的。實(shí)際工作中要考慮檢測(cè)效率，透照范圍的減小勢(shì)必會(huì)增加透照次數(shù)，尤其當(dāng)零件具有一定曲率或零件擺放與X-射線源成一定角度時(shí)，局部圖像更會(huì)發(fā)生影像重疊與模糊，為缺陷識(shí)別帶來(lái)較大困難，此類蜂窩格孔的變形缺陷容易發(fā)生漏檢。

圖2 典型件的DR圖像Fig.2 DR image of typical part

為更加清晰地觀察缺陷信息，采用X-CT對(duì)典型件進(jìn)行檢測(cè)。X-CT檢測(cè)出的缺陷結(jié)果可分為兩大類，分別如圖3和圖4所示，標(biāo)注位置為疑似缺陷位置。從圖3中可看出自某一高度起，蜂窩壁開始發(fā)生分離，且分離程度逐漸增大，最大的情況為蜂窩壁的一邊僅由兩個(gè)端點(diǎn)連接，其他位置全部鼓起，分離程度再逐漸減小，將此類缺陷定義為第1類典型缺陷，即胞壁上的鼓泡缺陷。這種鼓泡缺陷不僅出現(xiàn)于蜂窩雙層壁上，也出現(xiàn)在蜂窩單層壁上，鼓泡缺陷最大橫向尺寸接近蜂窩格孔邊長(zhǎng)。一個(gè)蜂窩壁上可出現(xiàn)2～3個(gè)鼓泡缺陷。蜂窩鼓泡缺陷的位置和穿透法超聲C掃描像(圖1(a)典型件1)中疑似缺陷位置一一對(duì)應(yīng)，此類典型件中蜂窩鼓泡變形是造成穿透法超聲C掃描超聲衰減大的直接原因。

圖3 第1類典型缺陷X-CT照片F(xiàn)ig.3 X-CT images of Type 1 typical defects

圖4 第2類典型缺陷X-CT照片F(xiàn)ig.4 X-CT images of Type 2 typical defects

從圖4中可看出缺陷位置處的蜂窩格孔發(fā)生變形，不再是標(biāo)準(zhǔn)的六邊形，蜂窩壁發(fā)生彎曲，有的表現(xiàn)為蜂窩壁分離，但與鼓泡的圓弧形缺陷不同的是，該處蜂窩壁分離部位凸起更為尖銳。再結(jié)合圖4中蜂窩格孔變形而非節(jié)點(diǎn)分離的結(jié)果可知，此類缺陷不再是鼓泡缺陷，而是蜂窩塌陷缺陷，將此類缺陷定義為第2類典型缺陷，其缺陷位置也與典型件穿透法超聲C掃描圖像(圖1(a)典型件2)中疑似缺陷位置吻合。部分穿透法超聲C掃描超聲衰減大的典型件采用X-CT檢測(cè)也未發(fā)現(xiàn)缺陷，故解剖典型件研究典型件缺陷。

2.2 典型件解剖

對(duì)典型件進(jìn)行解剖，未發(fā)現(xiàn)蒙皮分層、夾雜、膠膜脫粘等缺陷，蜂窩芯處發(fā)現(xiàn)兩類缺陷。

第1類典型缺陷零件解剖結(jié)果如圖5所示，箭頭標(biāo)記處為鼓泡缺陷。相比于完好區(qū)域蜂窩壁的平整垂直狀態(tài)，疑似缺陷區(qū)域的蜂窩壁上有明顯鼓泡，組成蜂窩壁的芳綸紙分為兩部分，形成大小不同的空腔，空腔橫向最大長(zhǎng)度接近蜂窩壁邊長(zhǎng)，僅兩端節(jié)點(diǎn)相互連接。鼓泡缺陷可發(fā)生在蜂窩壁的不同高度上，也可發(fā)生在蜂窩六邊形的任意一個(gè)邊上。解剖發(fā)現(xiàn)的缺陷位置與穿透法超聲C掃描和X-CT檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的缺陷位置一致。

圖5 第1類典型缺陷放大剖面Fig.5 Enlarged sectiones of Type 1 typical defects

第2類典型缺陷零件剖面結(jié)果如圖6所示。圖6(a)中箭頭所指部位為典型的塌陷缺陷，該部位對(duì)應(yīng)圖4(b)中蜂窩壁分離的X-CT檢測(cè)結(jié)果和穿透法超聲C掃描檢測(cè)中的超聲衰減部位，零件剖面在該部位發(fā)生一定程度的凹陷，此塌陷缺陷較為嚴(yán)重；圖6(b)中箭頭所指部位可見(jiàn)蜂窩壁上已有明顯折痕，此缺陷與穿透法超聲C掃描檢測(cè)中的超聲衰減部位相對(duì)應(yīng)，但由于其蜂窩壁沒(méi)有明顯形態(tài)變化，因此在X-CT檢測(cè)中也較難發(fā)現(xiàn)此類缺陷。這類缺陷也屬于塌陷缺陷，但塌陷程度較小，蜂窩變形量很小，零件剖面形狀無(wú)明顯變化，然而仍可使超聲傳播發(fā)生明顯衰減。

圖6 第2類典型缺陷放大剖面Fig.6 Enlarged sections of Type 2 typical defects

2.3 缺陷分析

復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)零件的制造主要為先烘干銑切成型的芳綸蜂窩，后在蜂窩上下表面分別鋪貼膠膜，再鋪疊樹脂基碳纖維預(yù)浸料后進(jìn)罐固化，上下兩層蒙皮主要保障彎曲剛度及剪切剛度，中間的蜂窩芯在保障平面拉壓剛度的同時(shí)還為橫向剪流的傳遞提供路徑；芳綸蜂窩的制造一般采用拉伸擴(kuò)展的方法，生產(chǎn)工序主要分為涂膠、疊合、壓制、拉伸、定型、浸膠、固化和片切，此方法制造出的紙蜂窩不是等壁厚的，而是同時(shí)存在單層蜂窩壁和雙層蜂窩壁。

常見(jiàn)的缺陷可分為3類：復(fù)合材料蒙皮缺陷、蜂窩芯缺陷、蜂窩芯和蒙皮的界面缺陷。蜂窩芯常見(jiàn)的制造缺陷有蜂窩芯格變形、芯格塌陷、節(jié)點(diǎn)開裂等，其中芯格塌陷是在外力載荷作用下蜂窩芯壓縮失穩(wěn)失效造成的。蜂窩壓縮損傷一般從單個(gè)芯格萌生，局部蜂窩壁出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，由于蜂窩壁之間的不連續(xù)性，損傷會(huì)離散分布于各個(gè)蜂窩壁中，此時(shí)塌陷程度較小；隨著不斷地加載，褶皺在橫向迅速擴(kuò)展，新的蜂窩壁出現(xiàn)褶皺，當(dāng)大量褶皺連接到一起時(shí)，零件表面出現(xiàn)明顯凹陷，蜂窩芯失效。

鼓泡缺陷由兩層芳綸紙及內(nèi)含空腔構(gòu)成，可同時(shí)發(fā)生在單層蜂窩壁和雙層蜂窩壁上，且發(fā)生鼓泡的蜂窩壁兩端節(jié)點(diǎn)未分離。此類缺陷與已報(bào)道的芳綸蜂窩外觀缺陷不同，可能發(fā)生在蜂窩芯制造階段，即芳綸紙?jiān)诶於ㄐ蜁r(shí)發(fā)生局部破壞并分離，浸膠固化后分離的芳綸紙表現(xiàn)為內(nèi)含空腔的鼓泡缺陷；也可能發(fā)生在零件制造階段，由儲(chǔ)存條件或固化參數(shù)不當(dāng)導(dǎo)致，具體原因有待進(jìn)一步研究。

2.4 無(wú)損檢測(cè)方法比較

采用的無(wú)損檢測(cè)方法中，手動(dòng)反射法超聲A掃描、相控陣便攜反射法超聲C掃描、水浸聚焦反射法超聲C掃描、反射法紅外、激光剪切散斑可用來(lái)檢測(cè)蜂窩蒙皮缺陷及膠膜缺陷，紅外檢測(cè)還可發(fā)現(xiàn)蜂窩芯格是否進(jìn)水，但以上檢測(cè)方法均無(wú)法識(shí)別典型件中的蜂窩芯鼓泡和塌陷缺陷。

噴水穿透法超聲C掃描及空氣耦合穿透法超聲C掃描常用來(lái)檢測(cè)蜂窩蒙皮缺陷和膠膜缺陷，蜂窩芯的鼓泡缺陷和塌陷缺陷可造成透射超聲波的大幅度衰減，故可用穿透法超聲對(duì)此類缺陷進(jìn)行檢測(cè)。但由于此類方法僅能接收透射超聲波，所以僅能判斷缺陷的有無(wú)和相對(duì)大小，無(wú)法通過(guò)波形確定缺陷的性質(zhì)及深度位置，故還需配合其他檢測(cè)方法進(jìn)行輔助評(píng)判。

蜂窩芯缺陷多采用X-射線法進(jìn)行檢測(cè)，文獻(xiàn)[11-13]也對(duì)蜂窩節(jié)點(diǎn)脫開、蜂窩塌陷等檢測(cè)進(jìn)行了描述，但蜂窩胞壁鼓泡缺陷及其產(chǎn)生的原因未見(jiàn)報(bào)道。此外，由于X-射線以錐束形狀向外發(fā)射，導(dǎo)致一定的透照范圍外蜂窩芯格影像產(chǎn)生重疊，實(shí)際檢測(cè)中僅有嚴(yán)重的蜂窩塌陷缺陷才能由X-射線檢測(cè)識(shí)別，對(duì)鼓泡缺陷的識(shí)別也有一定的困難。

X-CT檢測(cè)圖像清晰，不存在影像重疊與模糊的問(wèn)題，圖像靈敏度比膠片照相技術(shù)高出1個(gè)數(shù)量級(jí)，可對(duì)鼓泡缺陷和嚴(yán)重塌陷缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)的定性定位。但X-CT檢測(cè)對(duì)零件尺寸有限制，且依然較難發(fā)現(xiàn)塌陷程度小的缺陷。

相比較而言，穿透法超聲檢測(cè)對(duì)蜂窩鼓泡缺陷和塌陷缺陷的檢測(cè)靈敏度更高。故建議先采用穿透法超聲檢測(cè)蜂窩類零件，對(duì)于疑似缺陷區(qū)域采用反射法超聲排除蒙皮及界面缺陷后，可初步確定鼓泡缺陷或塌陷缺陷的有無(wú)及相對(duì)大小。再將疑似缺陷區(qū)域置于X-射線源正下方進(jìn)行檢測(cè)，可使該區(qū)域蜂窩壁盡量與X-射線中心束平行，避免影像重疊與模糊，以便確定蜂窩孔格缺陷的性質(zhì)及形貌。對(duì)于個(gè)別零件穿透法超聲衰減大的部位可采用X-CT檢測(cè)進(jìn)行缺陷評(píng)判。

2.5 蜂窩缺陷試驗(yàn)件的模擬和表征

文獻(xiàn)[10,11,14]已給出分層、脫粘、蜂窩芯格孔分離等缺陷的制備方法，但其他類型的缺陷模擬試驗(yàn)件較難制備。為驗(yàn)證鼓泡缺陷的產(chǎn)生原因，制作了高于固化標(biāo)準(zhǔn)10 ℃的試驗(yàn)件A和高濕度儲(chǔ)存蜂窩試驗(yàn)件B。但試驗(yàn)件均未發(fā)生鼓泡缺陷。故此類缺陷的產(chǎn)生原因及其對(duì)蜂窩性能的影響程度還有待進(jìn)一步研究。

制備塌陷缺陷試驗(yàn)件以觀察剖面形貌并驗(yàn)證超聲檢測(cè)結(jié)果。圖7(a)為壓縮過(guò)蜂窩屈服點(diǎn)后撤除載荷的試驗(yàn)件C剖面圖，箭頭所指處可見(jiàn)橫向折痕，但整體無(wú)凹坑，與圖6(b)中典型件缺陷形貌類似；圖7(b)為試驗(yàn)件D加載直至表面有明顯凹坑時(shí)的剖面圖，此時(shí)蜂窩壁發(fā)生明顯彎折，與圖6(a)中典型件缺陷形貌類似。塌陷試驗(yàn)件的穿透法超聲C掃描圖像如圖7(c)所示，可見(jiàn)不同程度的塌陷缺陷均有明顯超聲衰減。其中1#缺陷平均衰減量為20 dB，其塌陷程度對(duì)應(yīng)圖7(a)；2#缺陷平均衰減量為29 dB，其塌陷程度對(duì)應(yīng)圖7(b)。對(duì)于塌陷程度較小的零件，雖蜂窩過(guò)屈服點(diǎn)后難以恢復(fù)到壓縮前狀態(tài)，但由于蒙皮具有一定的回彈性，導(dǎo)致外力撤除后零件蜂窩在厚度方向上無(wú)明顯變化，所以此類芯塌陷缺陷不易被X-CT及DR檢測(cè)發(fā)現(xiàn)。

圖7 試驗(yàn)件缺陷形貌及其穿透法超聲C掃描圖像Fig.7 Defect images and through-transmission ultrasonic C-scan images of test specimens

3 結(jié) 論

1) 對(duì)典型件進(jìn)行解剖，觀察缺陷位置及形貌可知，缺陷大致可分為兩類。一類是蜂窩芯胞壁鼓泡缺陷，由兩層芳綸紙及內(nèi)含空腔構(gòu)成，最大橫向尺寸接近蜂窩格孔邊長(zhǎng)，但兩端節(jié)點(diǎn)未發(fā)生分離；單層蜂窩壁和雙層蜂窩壁均可發(fā)生鼓泡缺陷，同一蜂窩壁上也可存在多個(gè)鼓泡缺陷。另一類是蜂窩芯格塌陷缺陷，塌陷嚴(yán)重的蜂窩壁發(fā)生明顯彎折，典型件剖面在該部位有一定程度的凹陷；塌陷程度小的蜂窩壁上僅有橫向折痕，典型件剖面無(wú)明顯變化。

2) 采用多種無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)典型件進(jìn)行檢測(cè)，其中噴水式穿透法超聲C掃描及空氣耦合穿透法超聲C掃描可發(fā)現(xiàn)全部典型件缺陷，但無(wú)法進(jìn)行缺陷定性和定位；DR檢測(cè)可發(fā)現(xiàn)部分鼓泡缺陷，但透照角度不當(dāng)容易造成缺陷漏檢；X-CT檢測(cè)可對(duì)典型件鼓泡缺陷和嚴(yán)重塌陷缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)定性定位，但較難識(shí)別塌陷程度小的缺陷。

3) 穿透法超聲對(duì)蜂窩鼓泡缺陷和壓塌缺陷的檢測(cè)靈敏度較高，故建議采用此方法判斷缺陷的有無(wú)和相對(duì)大小，并需要輔助DR檢測(cè)或X-CT檢測(cè)確定缺陷性質(zhì)。

4) 鼓泡缺陷的產(chǎn)生原因及其對(duì)蜂窩性能的影響程度還有待進(jìn)一步研究。