復合材料超聲檢測的質量控制

曹常印

摘要：提高檢測質量，保證檢測結果的可靠性是民用航空領域復合材料超聲檢測中不可回避的問題。本文從人員、設備、材料及工藝方法等方面對于復合材料超聲檢測控制要點進行分析，并指出實際生產中容易忽視的控制環節。

關鍵詞：質量控制;超聲檢測;復合材料

超聲檢測是利用超聲波對零件內部缺陷進行檢查的一種無損探傷方法。隨著復合材料在民用航空領域的廣泛應用，超聲檢測作為復合材料檢測的有效手段被越來越重視。

1超聲檢測的分類及應用

按照顯示方式分類超聲檢測可以分為A掃描和C掃描，A掃描是將超聲信號的幅度與傳播時間的關系以直角坐標的形式顯示出來，橫坐標為時間，縱坐標為信號幅度。C 掃描是試件的一個缺陷的俯視圖，探頭在試件表面做二維掃查，顯示屏的二維坐標對應探頭的掃查位置。按照檢測原理可以分為脈沖反射法和穿透法，脈沖反射法是檢測系統發射脈沖超聲波至被檢零件內，通過評價來自內部缺陷或界面的反射波來實現檢測的方法。穿透法是發射和接收探頭分別放置在被檢零件相對的兩端面，根據超聲波穿透零件后的能量變化來實現檢測的方法。

復合材料檢測中常用的檢測方法包括脈沖反射法A掃描，穿透法A掃描和穿透法C掃描。在實際檢測中優先選擇采用穿透法C掃描檢測，穿透法C掃描受限區域才可以選擇穿透法A掃描及脈沖反射法A掃描。

2 人員

航空領域無損檢測目前常用的人員鑒定與認證標準為NAS410或GB/T 36439;實施超聲檢測的單位需要按照相關標準建立相應的人員培訓及考核程序，并按相應程序進行鑒定與認證。其中在人員實操考試中，對于考試技術進行盡可能細分，如接觸式脈沖反射法A掃描與噴水式脈沖反射法A掃描需要進行分別進行考試。

3 設備

3.1超聲設備

檢測單位應建立設備校驗程序指導進行設備校驗。設備校驗一般分為標準校驗和系統校驗兩個部分。C掃描設備標準校驗包括超聲部分校驗和機械部分校驗，超聲部分校驗一般按照ASTM E317或EN12268進行，驗收指標一般包括垂直極限、垂直線性、水平極限、水平線性及增益（衰減）器等。機械部分無通用計量要求及驗收標準，各單位按照供應商推薦方式進行機械部分校準及驗收，驗收指標一般包括定位精度，重復定位精度及角度精度等。設備的系統校驗常采用對比試塊進行，用來驗證能否掃描出對比試塊中人工缺陷，掃描對比試塊的信噪比能夠滿足相關標準要求。C掃描設備還需要驗證設備缺陷定位精度，評判軟件的測量功能等。設備校驗的周期一般為每年或維修后。

3.2 超聲探頭

復合材料超聲檢測一般采用的探頭為平探頭，所用使用的探頭均應有編號。探頭應每年按照ASTM E1065 或EN 12668 檢驗。校驗的參數一般包括中心頻率，峰值頻率，頻帶寬度，聲束斷面等。

4材料

4.1 耦合劑

在超聲探傷中耦合劑是必不可少的，其作用于檢測面和探頭之間，起著排出和阻止探頭與工件之間的空氣，耦合工件和探頭，并改善探頭與工件之間的聲能傳遞，接觸法A掃描檢測中還能起到一定的潤滑作用。復合材料超聲檢測中對于耦合劑的要求為不能對零件及探頭有腐蝕作用，因此最常用的耦合劑為水。可使用的其他耦合劑一般在客戶規范中說明

4.2對比試塊

對比試塊用來校準設備靈敏度，指導零件缺陷評判，在復合材料超聲檢測中發揮重要作用。對比試塊一般分宏觀缺陷對比試塊和孔隙率對比試塊。一般孔隙率對比試塊由客戶提供，宏觀缺陷對比試塊由檢測單位制備。對比試塊可以是零件或零件某個部位的復制品，對比試塊相對于待檢零件，在工藝方法、蒙皮厚度、材料類型、膠接介質和基體結構方面應能代表被檢件的構造。一般客戶規范規定典型對比試塊的制作要求。對比試塊采用預埋聚四氟乙烯方式制作，在特殊情況下可采用外貼法制作。對于曲率半徑小于150mm零件，需要制造曲率對比試塊。對比試塊一般采用C掃描進行驗證，對比無法采用C掃描進行驗證的情況可以采用A掃描或者X射線進行驗證。對比試塊驗證合格后需要編號并進行永久標記，對比試塊需要妥善保存防止損傷。制作對比試塊的圖紙、制造大綱和驗證記錄，至少在對比試塊的使用期限內應保管存檔。

5超聲檢測工藝過程

5.1 工藝文件

超聲檢測單位應編制通用和專用程序用于復合材料超聲檢測。超聲檢測文件應包括：被檢零件、結構或試驗件表面準備方法;明確檢測中使用的所有儀器的制造廠和型號名稱，包括所有記錄設備、報警或監視設備、以及檢測夾具;控制和掃描設備的描述;檢驗計劃—掃描速度和最大掃描間距;用于零件或零件局部區域的驗收標準、對比試塊的編號。書面規程應經過超聲檢測專業三級人員批準。

5.2檢測零件準備

檢測零件前應檢查零件狀態，檢查被檢件表面應無灰塵、雜質、污染物;目視檢查被檢件有無邊緣分層、空隙、劃傷、隆起、皺折、翹曲或溢膠等。妨礙超聲檢驗的任何表面缺陷均應在檢驗前去除，若去除是不可能或不切合實際的，則該部位不適合做超聲檢驗，并對該部位標識和記錄。零件邊緣分層及其他易被水或耦合劑滲入的被檢件，要求送檢單位采取封閉措施。零件的受檢區域用合適的標記做參考點（或線），對于一次不能檢查完的大面積區域，應分段標記、檢查和記錄，以便形成一個零件的完整的圖像。

5.3設備調節

在超聲檢測前需要采用對比試塊進行設備調整，一般C掃描檢測需要能夠檢測出對比試塊中的人工缺陷面積在缺陷真實面積的±25%。A掃描檢測一般將底波調整到某一固定高度，且能夠檢測出對比試塊中的人工缺陷。

5.4零件掃查

零件掃查需要采用與對比試塊同樣的掃查參數（包括掃查速度，掃查間距，水距等），需要確保零件被100%掃查。

5.5零件評判

若采用C 掃描檢測，對比試塊的C 掃描圖中缺陷面積的顯示尺寸應控制在缺陷精確尺寸的±25%以內，據此來設定缺陷的信號水平。若采用A 掃描檢測零件，則使用6dB 法確定缺陷的邊緣。

5.6記錄

檢測記錄一般包括記錄應包括下列內容：檢驗單位和日期;零件名稱、件號、檢驗部位、數量;主要檢查參數;儀器和探頭型號;檢驗結果（不連續性顯示波幅和位置等）;操作、檢驗人員簽名（或蓋章）;檢驗日期。