金属蜂窝压坑处胶接质量无损检测方法研究

　　金属蜂窝胶接结构由于具有良好的物理特性,被广泛地应用于航空、航天及民用工业。但金属蜂窝胶接产品在胶接过程中影响胶接质量的因素尚存在一定的不稳定因素,如胶粘剂质量、固化工艺(如固化温度、固化压力、时间等)、胶接表面预处理的质量等,致使产品质量离散性很大,易产生多种缺陷。金属蜂窝胶接产品中的缺陷主要可分为两类,一类是由于蜂窝结构本身在预处理、胶接、加工过程中产生的缺陷,主要有蜂窝变形、蜂窝压皱、节点分离等;另一类缺陷是金属蒙皮与蜂窝在胶接过程中产生的缺陷,如脱粘等。这些缺陷的存在严重影响了金属蜂窝胶接产品,尤其是航空、航天产品的使用与安全。对于这些在胶接过程中因胶接工艺的不完善等原因造成的缺陷,人们关注的较多,相应地开展的检测方法研究也较为丰富,主要有声阻检测、超声检测、X射线检测、激光检测、红外检测等,均取得了一定的检测效果。但另外还有一种特殊的、由于意外冲击造成的凹坑损伤,对于缺陷的检测主要是判别损伤处是否脱粘以及脱粘的区域。本文应用两种检测方法—声阻法与超声法对该损伤进行了检测原理分析及试验研究与对比。

　　1　检测原理

　　在航空、航天工厂中对金属蜂窝胶接产品进行检测,声阻检测方法是一种较为常用的检测方法。声阻检测的主要原理基于:利用电声换能器激发试件振动,而反映试件振动特性的机械振动阻抗(即施加于某系统的交变力—振动推力,对于所得到的沿力的方向着力点上的振动速度的比值,这比值代表这系统对振动推动激起振动的阻力。)反作用于换能器,构成换能器的负载,使换能器的某些特性随着不同的负载而变化。因此只需对换能器的特性进行检测,即可对胶接质量进行检测。

　　试件的机械振动阻抗如何反映胶接状态的呢?为了定性的说明二者之间的相互关系,以无张力圆薄板机械阻抗近似计算公式(见公式1)予以说明。

　　胶接试件为上蒙皮+蜂窝+下蒙皮胶接而成　(如图1所示)。

　　从结构振动机械阻抗方式来看,结构的振动机械阻抗与试件的结构参数及其振动的频率有关。以下从试件的结构方面来讨论结构对振动机械阻抗的作用,进而得出与胶接质量的对应关系。

　　1.1　蒙皮材料与厚度

　　从结构机械阻抗分析,蒙皮的机械阻抗,相当于整个蜂窝夹层与蒙皮脱粘时的机械阻抗。蒙皮厚度增加,刚性和密度提高一般会使机械阻抗增大。而粘接良好区等效厚度必然大于脱粘区厚度,即Z优>Z脱。因此,从检测灵敏度角度来看,蒙皮越薄,优、伤区机械阻抗差值就越大,从而检测灵敏度就越高。