一种复合材料R角结构超声检测用对比试块的制作方法

本发明涉及一种复合材料R角结构超声检测用对比试块，属于无损检测技术领域。

背景技术：

复合材料R角结构是军用飞机结构中的一种常见结构形式，舰载机的舱门、壁板等制件中均有R角结构，其他一些复杂结构制件也可能包含有小曲率结构。该结构在固化成型过程中，较平面部位更容易因为树脂流动不均匀或固化程度不足等原因引起孔隙、分层、脱粘等缺陷，在纤维填塞区还容易因为纤维填塞不足或树脂流动不好而形成孔洞缺陷。并且，当R角结构内部及附近出现缺陷时，制件受力后，缺陷的扩展速率要大于缺陷位于层板中的扩展速率。因此，对复合材料R角结构的质量控制十分重要。美、英等航空强国，不断发展先进的无损检测技术对R角结构进行质量把关，并对其制定了严格的验收标准。我国虽然也认识到整体化接头质量检测的重要性，但重视程度和技术水平远远落后于英美国家，已不能满足我国复合材料制件快速发展的需要。尽快提升我国R角结构检测技术水平，扭转检测技术与材料发展不匹配的被动局面，迫在眉睫。

设计制作R角检测用对比试块，可以用来调节检测灵敏度，判定缺陷埋深和尺寸，是保证可靠、准确检出缺陷的必要条件。目前各检测标 准中对复合材料对比试块中人工缺陷的规定通常为圆形或正方形形状，该形状的人工缺陷在制作过程中容易产生位置偏离，从而导致R角结构的弧度部位没有人工缺陷；并且，圆形和正方形缺陷尺寸有限，不易覆盖整个R角结构的圆弧区域，从而造成某些角度圆弧部位检测时没有人工缺陷进行比对，给检测灵敏度调节带来误差。

技术实现要素：

本发明正是针对上述R角结构检测准确性和可靠性需求而设计了一种复合材料R角结构超声检测用对比试块，其目的是用于R角结构超声检测时灵敏度调节和缺陷埋深、尺寸的评定，并保证检测的准确性和可靠性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明是一种复合材料R角结构超声检测用对比试块，所述R角结构为连接两个平板平面(1)的单曲率圆弧面(2)，单曲率圆弧面(2)的圆弧曲率半径大于3mm，小于25mm，单曲率圆弧面(2)的圆弧开口角度大于30°，小于180°，所述单曲率圆弧面(2)沿圆弧方向的截面称为圆弧截面(3)，圆弧截面(3)的厚度与平板平面(1)的厚度相同，该圆弧截面(3)与上述两个平板平面(1)垂直，其特征在于：针对该R角结构超声检测用的对比试块(4)的材料、R角结构和制备工艺与被检测的R角结构相同，在对比试块(4)内部设置三块长方形的人工缺陷薄膜(5)，该人工缺陷薄膜(5)为两层聚四氟乙烯薄膜叠加而成，单层聚四氟乙烯薄膜的厚度小于0.05mm，该三块长方形的人工缺陷薄膜(5)在对比试块(4)内部的位置分别为上表面2～3层预浸料之间、两中间层预浸料之间、下表面2～3层预浸料之间， 相邻的人工缺陷薄膜(5)之间沿对比试块(4)R角结构的单曲率圆弧面(2)延伸方向(6)的距离大于25mm；

该三块长方形的人工缺陷薄膜(5)的长边与对比试块(4)R角结构的单曲率圆弧面(2)圆弧方向(7)一致，且长边的两端均超出单曲率圆弧面(2)的圆弧截面(3)两端至少5mm，该三块长方形的人工缺陷薄膜(5)的短长与对比试块(4)R角结构的单曲率圆弧面(2)延伸方向(6)一致，且短边的长度为被检测的R角结构对应验收级别中规定的最大可存在缺陷尺寸。

在对比试块(4)中制作人工缺陷的方法是参照GJB 1038.1A-2004完成，该种人工缺陷在对比试块(4)的制作过程中即使发生一定位置的偏移，也仍能最大可能的保证缺陷仍处于R角弧度上，另外，该种人工缺陷可以覆盖整个R角弧度区域，为整个弧度检测灵敏度的调整和缺陷判定提供依据。经验证，采用该长方形人工缺陷调节的检测灵敏度，与圆形和正方形人工缺陷相同。

本发明技术方案具有的优点和有益效果是：

1、这种形状的缺陷在对比试块制作过程中，即使发生一定位置的偏移，也仍能最大可能的保证缺陷仍处于R角弧度上；

2、该缺陷可以覆盖整个R角弧度区域，为整个弧度检测灵敏度的调整和缺陷判定提供依据；

3、提高检测准确性和可靠性；

4、可用于常规超声检测和超声相控阵检测。

附图说明

图1是本发明设计的R角结构对比试块圆弧截面与平板平面位置关 系侧视图

图2是针对实施例一曲率半径为5mm，R角开口弧度为90°的复合材料R角结构设计的对比试块，该R角结构验收条件中规定允许存在的最大缺陷为3mm；

图3是针对实施例二曲率半径为8mm，R角开口弧度为60°的复合材料R角结构设计的对比试块，该R角结构验收条件中规定允许存在的最大缺陷为6mm；

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图所示，采用本发明技术方案对两种复合材料R角结构进行对比试块设计。图2所示为针对实施例一设计的复合材料R角结构对比试块，该R角结构为连接两个平板平面(1)的单曲率圆弧面(2)，单曲率圆弧面(2)的圆弧曲率半径为5mm，单曲率圆弧面(2)的圆弧开口角度为90°，所述单曲率圆弧面(2)沿圆弧方向的截面称为圆弧截面(3)，圆弧截面(3)的厚度与平板平面(1)的厚度相同，为2mm，该圆弧截面(3)与上述两个平板平面(1)垂直。该R角结构中预制人工缺陷薄膜(5)的短边为3mm，长边为18mm。

图3所示为针对实施例二设计的复合材料R角结构对比试块，该R角结构为连接两个平板平面(1)的单曲率圆弧面(2)，单曲率圆弧面(2)的圆弧曲率半径为8mm，单曲率圆弧面(2)的圆弧开口角度为60°，所述单曲率圆弧面(2)沿圆弧方向的截面称为圆弧截面(3)，圆弧截面(3)的厚度与平板平面(1)的厚度相同，为5mm，该圆弧截面(3)与上述两个平板平面(1) 垂直。该R角结构中预制人工缺陷薄膜(5)的短边为6mm，长边为22mm。

实施例一与实施例二中对比试块(4)制作过程为：选择与被检测R角结构相同的材料和制作工艺制作R角结构对比试块(4)，采用两层单层厚度为0.05mm的聚四氟乙烯薄膜叠加制成人工缺陷薄膜(5)，在制作对比试块(4)铺放预浸料的过程中，分别将人工缺陷薄膜(5)放置在上表面2～3层预浸料之间、两中间层预浸料之间、下表面2～3层预浸料之间，相邻的人工缺陷薄膜(5)之间沿对比试块(4)R角结构的单曲率圆弧面(2)延伸方向(6)的距离d为25mm，该三块长方形的人工缺陷薄膜(5)的长边与对比试块(4)R角结构的单曲率圆弧面(2)圆弧方向(7)一致，且长边的两端均超出单曲率圆弧面(2)的圆弧截面(3)两端至少5mm，该三块长方形的人工缺陷薄膜(5)的短边与对比试块(4)R角结构的单曲率圆弧面(2)延伸方向(6)一致。

按上述要求制作好的对比试块(4)分别用于实施例一和实施例二中R角结构制件的检测。检测时，将检测用探头放置于单曲率圆弧面(2)表面，分别找到放置于对比试块(4)中的三个人工缺陷薄膜(5)，并调整探头声束入射角度，使每个人工缺陷薄膜(5)反射信号幅度达到最高，调节仪器增益，使各人工缺陷薄膜(5)最高反射信号幅度均达到检测仪显示屏满刻度的80％，此时的检测灵敏度作为相应R角结构制件的检测灵敏度。采用检测灵敏度对R角结构进行检测，将检测结果中出现的异常信号显示与人工缺陷薄膜(5)的反射信号相比较，对检测到的异常信号的埋深和尺寸做出评判。