碳纤维复合材料热损伤涡流检测对比式样装置

1.本实用新型涉及碳纤维损伤检测技术领域，具体涉及一种碳纤维复合材料热损伤涡流检测对比式样装置。


背景技术：

2.近年来，碳纤维复合材料被广泛应用于航空航天飞行器，其已和铝、钢、钛发展成为四大航空结构材料之一。碳纤维复合材料因其重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、结构稳定、设计性好，并可进行大面积整体成型等优势，大量应用于航空航天等军民领域，如：大型客机、战斗机、直升机的机身和机翼，导弹弹头、发动机壳体、风力发电机叶片等。其中，美国四代战机f22碳纤维复合材料用量达全机结构的24%，空客a380复合材料的用量为25%左右，而波音787碳纤维复合材料的用量对外公布达50%以上。由此可见，复合材料，特别是碳纤维复合材料在航空领域将扮演越来越重要的角色。
3.碳纤维复合材料制造过程中，由于制造工艺参数难以精确控制，可能造成孔隙、外来物夹杂、纤维错位、铺层错位、富胶、贫胶、固化热损伤等制造缺陷。而在使用过程中，由于疲劳载荷、雷击、撞击以及腐蚀等物理化学原因，使其容易产生基体开裂、界面脱粘、纤维断裂、屈曲、分层、热损伤等使用缺陷。损伤的产生和扩展会加剧材料应力腐蚀和老化，造成材料强度和刚度严重下降，降低构件的使用寿命。
4.无损检测贯穿于飞机的设计、制造、定检、维修以及寿命评估等整个过程，对保障飞机安全飞行具有至关重要的作用。飞机服役过程中，由于发动机或者导弹排气、电气火灾以及闪电雷击等原因，容易使复合材料被不可逆地降解，即热损伤。热损伤容易使得材料性能发生变化，其后果可能是灾难性的。就雷击而言，一般1架飞机平均每3000飞行小时就有1次遭受雷击的机会，尤其是在多雷雨地区，频率会更高。雷击时，雷电以μs级的瞬间放出数十至数百kw
·
h的能量，可产生3万摄氏度的高温和10个以上的大气压力。雷击直接使飞机金属表面灼烧、熔化或者变色、复合材料表面灼烧、穿刺或者脱层，若要进行维修，需要对碳纤维复合材料损伤部分进行检测。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种碳纤维复合材料热损伤涡流检测对比式样装置，利用本实用新型的结构，便于取放对比式样，便于控制检测探头到对比式样的距离，能根据表面损伤区域检测到对比式样内部的损伤区域，为后续材料的维修提供比对参考。
6.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：碳纤维复合材料热损伤涡流检测对比式样装置，包括检测装置和对比式样，检测装置包括机架、检测工位、纵向移动装置、横向移动装置、竖直移动装置和检测探头，检测工位设置在机架的底部，纵向移动装置设置在机架的顶部，横向移动装置固定连接在横向移动装置上，竖直移动装置滑动的设置在横向移动装置上，检测探头设置在竖直移动装置上。
7.检测工位设置在机架上，检测工位上设有四个以上横向排列的检测槽，检测槽为
一端设有开口且其余方向闭合的槽，检测槽上方设有第一开口，检测槽的形状与对比式样的形状匹配；检测探头位于检测工位的上方。
8.对比式样的数量与检测槽的数量相同，位于检测工位左侧的一块对比式样未被损伤，其它的对比式样有损伤区域，位于检测工件上从左侧第二块向右到最后一块的对比式样上的损伤区域逐渐增大。
9.上述碳纤维复合材料热损伤涡流检测对比式样装置，首先根据检测槽的数量和尺寸制作对比式样坯料，然后用火焰在除一块以外的其他对比式样表面上灼烧，让对比式样表面的损伤区域逐渐增大；然后将处理好的对比式样按照左侧一块没有损伤、其它对比式样损伤区域逐渐增大从左到右依次从检测槽一端具有开口的位置放入到检测槽内，且让有损伤的表面朝下。通过纵向移动装置和横向移动装置将检测探头移动到第一块对比式样的上方，然后通过竖直移动装置将检测探头移动到对比式样上方预设定的距离，通过检测探头获取阻抗最大值，阻抗最大值反应了对比式样内部的损伤区域；通过对第一块对比式样检测的方法依次获取其它的对比式样的阻抗最大值。
10.以上碳纤维复合材料热损伤涡流检测对比式样装置，由于设置了检测槽，且检测槽的一端具有开口，因此，便于取放对比式样，同时利用检测槽便于对对比式样进行定位。由于设置了纵向移动装置和横向移动装置，因此，便于移动检测探头，由于设置了竖直移动装置，因此，便于控制检测探头到对比式样之间的距离。由于制作了多个对比式样，并获取了不同对比式样的阻抗最大值，阻抗最大值反应了对比式样的内部损失区域，这样，在对其它材料进行维修时，通过观察材料表面的损伤区域，利用该损伤区域与对比式样进行比对，从而可以获知材料内部损伤区域及范围，便于快捷准确的对材料进行维修。
11.进一步的，所述的纵向移动装置包括滑块和无杆气缸，在机架的左右两侧顶部分别滑动的设有滑块，在机架上设有无杆气缸，无杆气缸连接滑块。该装置，当无杆气缸工作时，无杆气缸会带动滑块运动，实现检测探头的纵向移动。
12.进一步的，横向移动装置包括横向电机、丝杆和螺母，丝杆的两端通过轴承分别连接两端的滑块，横向电机设置在滑块上，横向电机的输出轴连接丝杆，螺母啮合在丝杆上。该装置，当横向电机工作时带动丝杆旋转，丝杆的旋转让螺母实现运动，实现检测探头的横向移动。
13.进一步的，竖直移动装置包括安装座和竖直气缸，安装座固定在螺母上，竖直气缸固定连接安装座；检测探头的一端固定连接竖直气缸的输出轴上，检测探头上设有接近开关；在滑块上设有穿过安装座的导杆。该装置，竖直气缸工作，则带动检测探头上下运动，检测探头在运动过程中，向下运动的距离通过接近开关控制。
14.进一步地，所述检测探头为涡流检测探头，涡流检测探头上连接有eec
‑
35+多频涡流检测仪。
15.进一步地，所述对比式样为碳纤维复合材料板。
16.进一步地，所述检测槽两侧设有可旋转的夹持片。通过旋转夹持片，能可靠的夹持对比式样。
17.进一步的，对比式样为7块，7块对比式样避免的损伤区域的直径分别为0mm、8
‑
10mm、12
‑
15mm、20
‑
25mm、25
‑
30mm、 30
‑
40mm和50
‑
60mm。
附图说明
18.图1为本实用新型的主视结构示意图。
19.图2为碳纤维复合材料热损伤涡流检测对比式样装置去掉检测工位和对比式样的俯视图。
20.图3为本实用新型中的检测工位和对比式样的局部俯视结构示意图。
21.图4为图3中a
‑
a剖视图。
22.图5为图3中b
‑
b剖视图。
23.图6为对比式样1的照片图。
24.图7为对比式样2的照片图。
25.图8为对比式样3的照片图。
26.图9为对比式样4的照片图。
27.图10为对比式样5的照片图。
28.图11为对比式样6的照片图。
29.图12为对比式样7的照片图。
30.图13为对比式样1阻抗曲线图。
31.图14为对比式样2阻抗曲线图。
32.图15为对比式样3阻抗曲线图。
33.图16为对比式样4阻抗曲线图。
34.图17为对比式样5阻抗曲线图。
35.图18为对比式样6阻抗曲线图。
36.图19为对比式样7阻抗曲线图。
具体实施方式
37.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。
38.如图1和图2所示，碳纤维复合材料热损伤涡流检测对比式样装置，包括检测装置和对比式样10，检测装置包括机架1、检测工位2、纵向移动装置6、横向移动装置3、竖直移动装置4和检测探头5，检测工位2设置在机架1的底部，纵向移动装置6滑动的设在机架1的顶部，横向移动装置3固定安装在纵向移动装置6上，竖直移动装置4设置在横向移动装置3上，检测探头5设置在竖直移动装置4上。
39.所述的机架1包括底板11和从底板11两端向上延伸的支撑板12。
40.检测工位2固定在底板11上。
41.所述的纵向移动装置6包括滑块61和无杆气缸62，在支撑板的左右两侧顶部分别设有导轨63，滑块51滑动的设在导轨63上，在其中一支撑板上设有无杆气缸62，无杆气缸62连接滑块61。
42.横向移动装置3包括两个横向电机32、丝杆33和螺母（未示出），丝杆33的两端分别通过轴承安装在滑块61上，横向电机32设置在其中一支撑板上，横向电机32的输出轴与丝杆33连接，螺母啮合在丝杆33上。
43.竖直移动装置4包括安装座41和竖直气缸42，安装座41设置在螺母上，在滑块上安装有导杆31，导杆31滑动的穿过安装座41，这样，当安装座41在运动时对安装座具有导向作
用，竖直气缸42固定连接安装座41；检测探头5的一端固定连接竖直气缸42的活塞杆，检测探头5上设有接近开关。所述检测探头5为涡流检测探头，涡流检测探头上连接有eec
‑
35+多频涡流检测仪。
44.如图1、如图3至图5所示，检测工位2的表面上设有四个以上的检测槽21，检测槽21为一端设有开口且其余方向闭合的槽，检测槽21上方设有第一开口，检测槽21的形状与对比式样10的形状匹配，所述检测槽21两侧设有可旋转的夹持片22；检测探头5位于检测工位2的上方。
45.所述对比式样10为碳纤维复合材料板，对比式样10的数量与检测槽的数量相同，位于检测工位左侧的一块对比式样未被损伤，其它的对比式样有损伤区域，位于检测工件上从左侧第二块向右到最后一块的对比式样上的损伤区域逐渐增大。
46.在本实施例中，所述对比式样10共7块，通过丁烷气体极速火焰对碳纤维复合材料板喷射模仿热损伤，涡流检测仪连接eec
‑
35+多频检测探头5。
47.试件热损伤如下：
48.如图6所示，对比式样1：完好试件，未受热损伤。
49.如图7所示，对比式样2：小火焰，距离15mm，喷射时间3秒，肉眼可见损伤区域8
‑
10mm。
50.如图8所示，对比式样3：小火焰，距离15mm，喷射时间5秒，肉眼可见损伤区域12
‑
15mm。
51.如图9所示，对比式样4：小火焰，距离15mm，喷射时间10秒，肉眼可见损伤区域20
‑
25mm。
52.如图10所示，对比式样5：大火焰，距离25mm，喷射时间3秒，肉眼可见损伤区域25
‑
30mm。
53.如图11所示，对比式样6：大火焰，距离25mm，喷射时间5秒，肉眼可见损伤区域30
‑
40mm。
54.如图12所示，对比式样7：大火焰，距离25mm，喷射时间10秒，肉眼可见损伤区域50
‑
60mm。
55.上述碳纤维复合材料热损伤涡流检测对比式样装置，首先调校好eec
‑
35+多频涡流检测仪参数；然后根据检测槽的数量和尺寸制作对比式样坯料，然后按照以上7块的要求制作对比式样；然后将处理好的对比式样按照左侧一块没有损伤、其它对比式样损伤区域逐渐增大从左到右依次从检测槽一端具有开口的位置放入到检测槽内，且让有损伤的表面朝下，用夹持片夹持住对比式样。
56.通过纵向移动装置和横向移动装置将检测探头移动到第一块对比式样的上方，然后通过竖直移动装置将检测探头移动到对比式样上方预设定的距离，该距离通过接近开关控制，通过检测探头获取阻抗最大值，阻抗最大值反应了对比式样内部的损伤区域；通过对第一块对比式样检测的方法依次获取其它的对比式样的阻抗最大值。
57.如图13至19所示，依次为1
‑
7块对比式样的阻抗曲线图。
58.表1：7块对比式样阻抗曲线x轴最大所对应的采集点表
59.对比式样/数据对比式样1对比式样2对比式样3对比式样4对比式样5对比式样6对比式样7x10451018876633526526396
y87846714
‑4‑
30
‑
41
60.从上表数据可以看出，随着热损伤程度的增加，阻抗曲线x轴最大所对应的采集点（x、y值）呈逐渐减小趋势，通过阻抗最大值可以确定对比式样内部损伤的区域。
61.以上碳纤维复合材料热损伤涡流检测对比式样装置，由于设置了检测槽，且检测槽的一端具有开口，因此，便于取放对比式样，同时利用检测槽便于对对比式样进行定位。由于设置了纵向移动装置和横向移动装置，因此，便于移动检测探头，由于设置了竖直移动装置，因此，便于控制检测探头到对比式样之间的距离。由于制作了多个对比式样，并获取了不同对比式样的阻抗最大值，阻抗最大值反应了对比式样的内部损失区域，这样，在对其它材料进行维修时，通过观察材料表面的损伤区域，利用该损伤区域与对比式样进行比对，从而可以获知材料内部损伤区域及范围，便于快捷准确的对材料进行维修。