铝蜂窝夹芯结构的数字成像检测研究

蜂窝夹芯结构常见缺陷有蒙皮与蜂窝芯脱粘、蜂窝芯变形、蜂窝芯节点开裂和蜂窝积水等,目前单一的无损检测方法还不能有效地解决蜂窝夹芯结构中的各种缺陷检测问题。针对铝蜂窝夹芯结构,首先制作了6种典型人工缺陷,利用射线DR(Digital Radiography)和计算机射线照相(Computed Radiography,CR)技术对夹杂、蜂窝芯变形、蜂窝芯格断裂、富胶等缺陷进行了数字射线成像检测,得到了高质量的缺陷数字检测图像,并进行了对比分析。针对蜂窝积水检测问题,采用射线DR技术进行了数字成像检测研究,表明积水量大小会影响图像灰度。对含有人工脱粘缺陷的铝蜂窝夹芯结构件,采用脉冲反射法对其粘接质量进行了超声C扫描成像检测研究,通过底波幅值成像得到了脱粘缺陷的超声C扫描数字图像。结果表明:数字射线成像和超声C扫描成像结合为蜂窝夹芯结构提供了一种数字化的无损检测方法。     

蜂窝结构钎焊接头的声阻法检测成像

利用声阻法对蜂窝结构钎焊接头质量进行了检测。按照相关标准制作了含人工缺陷的试件,根据声阻检测原理得到检测信号并确定了手动检测工艺。利用手写板提取探头位置信号,通过VC++.NET编写的检测程序与相应的检测信号结合生成声阻C扫描图像,并与超声C扫描检测结果进行对比。试验表明,声阻法工艺简单,检测速度快,可分辨蜂窝结构中约10mm的未焊合缺陷。声阻C扫描图像可显示缺陷位置及大小,且其精度达到检测要求。     

金属蜂窝钎焊结构焊缝质量的超声C扫描定量评价工艺

针对金属蜂窝钎焊结构超声C扫描检测工艺不规范,难以有效定量评价焊缝质量的问题,开展了超声C扫描定量评价工艺研究.建立了蜂窝钎焊结构表征模型,指出有效声束尺寸是影响检测的主要工艺参数.进行了多组工艺试验.结果表明,声束直径在蜂窝尺寸的0.7倍以下能够获得满足定量评价要求的C扫描图像,频率和扫描间距对图像质量也有一定影响.编制了定量评价软件实现了金属蜂窝钎焊结构焊缝质量的超声C扫描自动定量评价.     

采油树控制阀焊接层的超声检测

研制了检测采油树控制阀焊接层的超声检测系统。系统使用5 MHz超声直探头垂直入射超声波,液浸法耦合,采用Bore,Raster和Polar三种检测模式对试样的特定部位进行检测,4轴编码器给出三种模式的各自坐标位置,扫描成像结果可以直观显示检测部位的缺陷形貌。对试样的检测结果表明,该检测方法能够检测出焊接层中大小为φ3 mm的垂直圆孔人工缺陷,对检测类似形状的工件提供了一种可行的检测方法。     

玻璃钢蒙皮纸蜂窝材料的无损检测

玻璃钢纸蜂窝材料的蒙皮分层缺陷以及蒙皮与蜂窝之间的脱粘缺陷将直接影响蜂窝结构的机械性能和工作性能,必须对其进行无损检测。利用红外热成像系统及超声C扫描系统分别对玻璃钢纸蜂窝材料的蒙皮质量及胶结质量进行检测,两种方法各有忧劣：红外热成像系统检测过程时间短,效率高,分层缺陷及脱粘缺陷均能检测到,而超声C扫描系统可检测出所有脱粘缺陷,且纸蜂窝结构清晰,但只检测出了部分蒙皮分层缺陷。     

基于超声特征成像技术的铝硅热障涂层脱粘缺陷检测

基于超声特征扫描成像检测技术,提取铝硅热障涂层与基体粘接面的超声反射波参数,利用相位特征和幅值特征来判断缺陷,判断热障涂层与基体结合面是否脱粘。试验样品的涂层厚度为0.5mm,基体厚度为1.5mm。通过人工方法在粘接面处制作人工脱粘缺陷。成像结果表明:结合面脱粘处的回波与正常位置的回波相比,不仅回波幅值增大,相位也发生明显变化;通过相位特征和幅值特征能够准确判断出缺陷并进行成像。最后,通过金相试验验证了超声特征成像技术检测热障涂层粘接的准确性与直观性。     

基于超声无损检测的扩散连接界面缺陷尺寸评估

针对扩散连接界面缺陷的无损检测问题，开展了人工缺陷试样的水浸超声检测试验研究，提出了扩散连接界面缺陷超声响应模型，开发了一种通过超声检测评估界面缺陷厚向尺寸的检测手段. 首先利用扩散连接的方法制备了带有人工缺陷扩散连接试样，采用30 MHz的入射波频率，对试样进行水浸超声无损检测. 基于超声无损检测原理提出了未焊合缺陷的超声响应模型，引入扩散连接界面劲度系数K作为桥梁建立起超声反射波反射率与界面缺陷尺寸之间的联系. 通过特定检测位置的超声反射波数据和实际微观缺陷尺寸数据拟合确定超声响应模型常数，进而实现基于超声无损检测的界面缺陷厚向尺寸评估. 结果表明，传统超声C扫描一般只是定性地反映缺陷存在与否，而厚向尺寸评估方法的提出在一定程度上为超声C扫描做了补充，有助于缺陷尺寸的定量检测，实现缺陷危害等级的评估.     

典型钎焊结构超声检测用对比试样研制

针对蜂窝钎焊件、钎焊平板和钎焊雷达缝阵天线表层结构三种钎焊结构,设计制作了超声C扫描对比试样,试验了不同的人工缺陷的加工方法。通过对不同试样制作方法和人工缺陷加工方法的对比,确定了不同钎焊结构适用的对比试样制作方法。结果表明,制作平板钎焊结构对比试样时,应尽可能采用在平板状态钻出通孔后入炉焊接的方法。制作蜂窝钎焊结构对比试样时,采用焊后在蜂窝中注入固化剂固化,钻铣出平底孔后通过加热或化学方法去除将固化剂去除的方法效果较好。制作模拟天线表层钎焊结构对比试样时,采用焊后在下层板靠近筋条位置铣出条状缺陷的方法效果较好。     

基于希尔伯特变换的铝/铝胶接结构缺陷尺寸的超声测量

采用5 MHz和10 MHz的聚焦探头对胶接铝板进行超声水浸特征成像检测,以及对扫查数据进行Hilbert(希尔伯特)变换后的特征成像,测量了变换前后的人工脱粘缺陷尺寸,并比较了测量精度。试验结果表明:10 MHz探头检测结果比5 MHz探头的检测结果更好;对粘接层下界面成像与底波成像以及粘接层上界面成像进行对比,脱粘缺陷的检出率更高;10 MHz扫查特征成像经Hilbert变换可得到更好的成像结果,人工缺陷尺寸的测量精度进一步提高,测量结果相比实际缺陷尺寸的误差不大于5%。超声特征成像对铝板胶接层有很好的检出效果。     

超薄金属与陶瓷粘接件粘接质量的检测

采用透明玻璃粘接试块、人工缺陷对比试块验证了水浸超声脉冲回波反射法检测粘接件是完全可行的,通过设置闸门位置,能够采集不同位置的超声信号,有利于缺陷定位,并可检出最小1mm当量的人工缺陷。在此基础上,研究了水浸超声脉冲回波反射法对超薄金属与陶瓷粘接件粘接质量的检测,结果表明:能够有效检测出单个小气孔、密集小气孔和大面积脱粘等典型缺陷。     

声阻法胶接结构缺陷实时成像检测

为了有效检测胶接结构缺陷,构建了基于声阻法的成像检测系统. 系统包括声学信号采集、声学探头定位、数据处理及绘图三部分. 利用两轮式编码器,实现了动态扫查过程探头位置信息的采集;利用结合质量检测仪采集缺陷信息;采用C + + 编写了数据处理及图像绘制程序,实现了胶接结构缺陷声阻法实时成像检测. 利用声阻法及常规超声C扫描成像方法对铝合金/环氧树脂/铝合金三明治胶接结构进行了检测,并对检测结果进行了分析对比. 结果表明,声阻法能更有效识别胶接结构中的缺陷,且单面检测即可满足缺陷表征需求.     

金属蜂窝结构粘接缺陷的机械阻抗法检测

介绍了用机械阻抗法检测金属蜂窝结构脱粘缺陷的方法。描述了机械阻抗检测的原理、探头和仪器的结构,对检测参考试块人工缺陷的试验和结果,以及初步应用于产品检验的概况。结论认为,机械阻抗法检测金属蜂窝结构脱粘缺陷的灵敏度和可靠性都能满足有关技术文件的要求。指出了机械阻抗法的优缺点,以及单触点探头与双触点探头在应用方面的差异。     

Image fusion of ultrasonic and thermographic inspection of carbon/epoxy patches bonded to an aluminum plate

Inspecting damaged structures repaired with composite patches is one of the most challenging issues of different industries, especially in aeronautical vehicles. Various inspection methods such as ultrasonic (UT) and thermographic methods are commonly applied to the patches and bondings. Although, both ultrasonic and thermographic inspections have their own capabilities, they are also associated with some limitations especially in the inspection of complicated structures such as multilayers. Different data fusion techniques can be used to overcome these limitations, by exploiting the advantages of each inspection technique to achieve the goal to have a more precise and reliable defects assessment. In this paper, different image fusion algorithms are used to fuse the UT C-scan and thermal images obtained from thermographic inspection of carbon/epoxy patches bonded to an aluminum plate. The inspected specimen contained several delaminations of various sizes and locations along with some disbond defects which were artificially embedded in five samples of composite patches. The resulting images of 28 fusion algorithms and the input images have been quantitatively compared using Average Differences (AD) to clarify the efficiency of the fusion algorithm. Comparing results revealed that contrast pyramid was selected as the best image fusion algorithms which can be used for NDE fusion of carbon/epoxy patches bonded to an aluminum plate.     

搅拌摩擦焊接头超声无损检测研究

采用超声C扫描成像方法得到1060铝合金的搅拌摩擦焊接界面扫描图像，通过研究不同工艺参数条件下接头的内部形貌特征，得出深度方向接头的变化趋势。研究结果表明，在一定范围内旋转速度的提高改善了接头的接合质量，当旋转速度提高到1500r／min时基本上不存在隧道型孔洞，最后利用力学性能试样对分析结果进行了验证。     

金属钢板/陶瓷材料胶结缺陷超声波C扫描成像技术

采用超声C扫描成像技术对金属钢板/陶瓷材料胶接缺陷进行了检测,对金属钢板/陶瓷材料胶接的主要缺陷特征进行了描述。将超声C扫描成像技术与制造工艺相结合,可及时发现缺陷并改进生产工艺,对提高产品质量有较大的实际意义。     

Strength of fiber reinforced metal laminates with a circular hole

The effect of notching on fiber-reinforced metal laminates (FML) is studied 3-2 lay up carbon fiber aluminum laminates specimens containing a circular hole were employed in notch tests. The notch effect for a composite laminate was investigated and compared with carbon/epoxy composites and aluminum sheets. The degradation of notch strength for carbon fiber aluminum laminates was smaller than for carbon/epoxy composites. The point and average stress criteria were used in the notch strength analysis. A finite width correction factor was also used. The strength degradation models involve a single parameter that is a function of the hole size and the characteristic length. These models were compared with experimental data and good agreement was found.     

Analysis of “Kiss” Bonds Between Composite Laminates

One of the leading challenges to designing lightweight, cost-effective bonded structures is to detect low shear strength “kiss” bonds where no other defects such as voids and cracks exist. To develop a nondestructive testing method that is sensitive to kiss bonds, standards need to be fabricated with known strength values. In the current work, we attempt to create kiss bonds in between carbon fiber composite laminates that have been bonded with epoxy film adhesive and epoxy paste adhesive. Based on ultrasonic testing, when creating true kiss bonds using film adhesives, a complete disbond could not be avoided because of thermally induced stresses during the high-temperature cure. However, further work demonstrated that kiss bonds can be formed using room-temperature curable epoxy paste adhesives by creating an amine blush on the epoxy surface or applying a release agent on the bonding surfaces.     

纵扭复合超声振动切割铝蜂窝芯表面质量研究

铝蜂窝芯因具有特殊的薄壁网格状结构，传统加工方式往往伴随着变形和毛刺，这是限制铝蜂窝材料应用的关键因素。超声振动加工在减少加工缺陷方面具有很大的潜力。建立有限元模型并进行切削模拟，同时进行铝蜂窝芯切削实验，对铝蜂窝芯在不同振幅和不同主轴转速下切割的表面形貌进行探究，并对不同振幅下圆刀片的磨损程度进行对比。结果表明：与普通切削相比，纵扭复合超声振动切削能够获得更好的表面形貌，更有效地降低切削缺陷数目；随着振幅的增大，切削缺陷数目得到减少，刀具磨损程度得到降低，切削表面的均匀一致性也变得更好，但施加的超声振幅过高也会导致胞壁产生分离；主轴转速增大能够很好地改善胞壁变形和胞壁分离现象。同时，在1 350～2 700 r/min之内存在一个最佳转速，使得切削缺陷数目可以达到最少。