铝蒙皮蜂窝夹层结构的各种无损检测方法

　　蜂窝夹层结构由于具有较高的比强度和较好的隔热、耐冲击等优点在航空、航天、土建等许多领域得到广泛应用。蜂窝夹层结构一般由蒙皮材料与中间层的蜂窝芯构成。蒙皮一般采用弹性模量(E)较大、强度较高的薄板材料,如胶合板、纤维板、铝合金板、玻璃钢板等[1-4]。具有一定高度的轻质蜂窝芯一般采用纸、玻璃布、铝合金、芳纶纸等材料制成,利用其将面板隔开,使蜂窝夹层结构具较大的横断面惯性矩,及较高的比强度和比刚度。航天器的很多部件和飞机机身、机翼等均由蜂窝结构材料制成。这些零部件的检测质量直接影响产品质量,因此选择适当、便捷的无损检测方法尤为重要。

　　1　试块设计

　　1.1　实际缺陷类型

　　蜂窝夹层结构中存在的主要缺陷类型包括:间隙型缺陷、紧贴型缺陷、弱胶接和芯子缺陷。其中间隙型缺陷是指被粘接物与胶层间或胶层中存在间隙的缺陷,包括:空洞、气泡和脱粘等。目前蜂窝夹层结构在实际检测中遇到最多的缺陷类型为脱粘缺陷,对于碳纤维蒙皮材料同时易出现分层缺陷。蜂窝夹层结构试件由蒙皮层、胶层和蜂窝芯子三大部分组成,脱粘缺陷可能出现在蒙皮与胶层之间、胶层与蜂窝芯子之间;由于制作过程中胶层不均匀或压制抽真空过程中的不当操作,容易形成蒙皮与蜂窝芯子之间缺少胶层而导致脱粘缺陷。

　　1.2　模拟缺陷试件

　　针对上述脱粘缺陷出现的不同位置,设计制作了四种人工模拟脱粘缺陷。选择蒙皮材料为铝,蒙皮厚度为0.4mm;蜂窝芯材料为铝,蜂窝芯格边长为5mm,高度为15mm。试件上模拟脱粘缺陷排列如图1所示。

　　其中第一排为在蒙皮与胶层间加两层聚四氟乙烯薄膜,形成空气隙,模拟脱粘缺陷;第二排为在胶层与蜂窝芯子之间加两层聚四氟乙烯薄膜,形成空气隙,模拟脱粘缺陷;第三排为去除蒙皮与蜂窝芯子之间的胶层,模拟脱粘缺陷;第四排为取出蒙皮与蜂窝芯子之间的胶层后加两层聚四氟乙烯薄膜,形成空气隙,模拟脱粘缺陷。聚四氟乙烯薄膜厚度为0.02mm,胶层厚度为0.15mm～0.25mm。

　　1.3　材料热物理参数

　　模拟缺陷试件中涉及到的材料有两种:铝和聚四氟乙烯[1],两种材料与空气的热物理性能如表1所示。

　　2　脉冲红外热波检测方法

　　2.1　试验装置

　　试验采用美国TWI公司生产的红外热波检测系统,包括脉冲热源、红外热像仪和数据分析软件三部分。其中红外热像仪为FLIR公司生产的ThermaCAMTMSC3000型,图像大小为(320×240)像素,工作波段为8μm～9μm,利用Echo Therm软件进行数据处理。加热源为大功率闪光灯[5]。检测系统如图2所示。