[发明专利]用于复合材料工件的制孔边缘分层缺陷分析的试块及方法

说明书

本发明涉及一种用于复合材料工件的制孔边缘分层缺陷分析的试块，试块由与复合材料工件相同的材料构成，其中，在试块中埋置有一个或多个圆形的人工预制缺陷和与人工预制缺陷同心的通孔，其中人工预制缺陷的直径(Ф)大于通孔的直径在通孔中填充有低温固化树脂。本发明还涉及一种制造用于复合材料工件的制孔边缘分层缺陷分析的试块的方法和用于复合材料工件的制孔边缘分层缺陷分析的检测方法。通过本发明，能够精确模拟缺陷信号，从而能够准确调整设备灵敏度，保证实际孔边微小缺陷的信号检出，并且制作简单易行、成本较低。

技术领域

本发明涉及一种用于复合材料工件的制孔边缘分层缺陷分析的试块，其可用于在超声检测复合材料工件的制孔边缘的分层缺陷时对检测设备的灵敏度进行调节以及对缺陷进行定量分析的试块，其特别可用于航空领域中复合材料工件的超声无损检测。本发明还涉及一种制造用于复合材料工件的制孔边缘分层缺陷分析的试块的方法和一种用于复合材料制工件的孔边缘分层缺陷分析的检测方法。

背景技术

在航空领域中，大量使用由复合材料制成的工件并且经常需要在这些工件中穿孔。对于复合材料工件制孔的工艺与对于传统金属合金工件制孔的工艺相比，差别主要体现在复合材料具有硬度高、强度大、导热性差、各向异性等特点。特别是对于由碳纤维复合材料制成的工件，在工件中碳纤维复合材料通常为分层的结构并且层间强度较低低，因此在制孔过程中的钻削轴向力容易导致层间应力超过基体材料的强度，引起分层缺陷。另一方面，由于碳纤维复合材料属各向异性，碳纤维的定向对制孔质量有很大影响，例如对单向层板制孔时，钻孔处的应力集中极易引起孔边缘劈裂等缺陷。目前对制孔过程中产生的缺陷的检测，主要是采用肉眼或者放大镜辅助的目视检查方法，在边缘处敞开形式的缺陷较易被发现，而在层间贴合度较高的分层缺陷的检出率几乎为零。

为此可以采用超声检测，其利用超声波具有的折射、反射、衍射、衰减等特性，通过观察显示在超声检测仪上的超声波穿过被检材料或工件时发生的传播变化所导致的特定波形，来判定被检工件的内部或表面是否存在制孔缺陷，从而在不破坏被检材料和工件的情况下，评估其质量和使用价值。目前对于孔边缘缺陷的超声检测仅局限于发现分层缺陷，无法进行准确的定量分析，而且检测灵敏度的确定也受到孔边结构对超声波声束直径的影响，导致存在缺陷漏检的可能。

试块，特别是标准试块，是以特定方法检测特定工件时用作对比的参照物，它与受检工件的材料声学特性相似或完全相同，例如由与受检工件相同的材料构成。在试块内设置有明确限定了尺寸的一个或多个参考反射体，使用超声检测设备对试块进行超声扫描并根据扫描结果调节超声检测设备的参数状态，保证超声扫描的灵敏度足以发现具有所要求的尺寸与取向的缺陷，并根据超声检测设备在扫描受检工件时实际获得的参数状态来计算得到受检工件中存在的缺陷的实际尺寸。通常，对于复合材料工件领域中使用预埋聚有四氟乙烯薄膜作为人工缺陷的试块，基于该类试块的大面积分层、夹杂缺陷的发现和定量分析均较为准确，而对于孔边缘分层缺陷的边界信号提取不具代表性，通常孔边缘分层缺陷的特点是自孔边向外延伸仅1-2mm量级，这导致了普通标准试块根本无法准确标定设备灵敏度来进行缺陷信号捕捉，更无法定量分析其尺寸大小。

发明内容

相对于此，根据本发明提出一种用于复合材料工件的制孔边缘分层缺陷分析的试块、一种制造用于复合材料工件的制孔边缘分层缺陷分析的试块的方法和一种用于复合材料制工件的孔边缘分层缺陷分析的检测方法，由此解决现有技术中存在的复合材料制孔边缘分层缺陷的超声检测以及定量分析问题。

为了实现以上发明目的，根据本发明的用于复合材料工件的制孔边缘分层缺陷分析的试块可以由与复合材料工件相同的材料构成，其中，在试块中埋置有一个或多个圆形的人工预制缺陷和与人工预制缺陷同心的通孔，其中人工预制缺陷的直径大于通孔的直径，在通孔中填充有低温固化树脂。

根据本发明的一种优选技术方案，多个人工预制缺陷具有不同的直径和/或设置在试块内的不同深度处。