复合材料超声检测的质量控制

曹常印

摘要：提高检测质量，保证检测结果的可靠性是民用航空领域复合材料超声检测中不可回避的问题。本文从人员、设备、材料及工艺方法等方面对于复合材料超声检测控制要点进行分析，并指出实际生产中容易忽视的控制环节。

关键词：质量控制;超声检测;复合材料

超声检测是利用超声波对零件内部缺陷进行检查的一种无损探伤方法。随着复合材料在民用航空领域的广泛应用，超声检测作为复合材料检测的有效手段被越来越重视。

1超声检测的分类及应用

按照显示方式分类超声检测可以分为A扫描和C扫描，A扫描是将超声信号的幅度与传播时间的关系以直角坐标的形式显示出来，横坐标为时间，纵坐标为信号幅度。C 扫描是试件的一个缺陷的俯视图，探头在试件表面做二维扫查，显示屏的二维坐标对应探头的扫查位置。按照检测原理可以分为脉冲反射法和穿透法，脉冲反射法是检测系统发射脉冲超声波至被检零件内，通过评价来自内部缺陷或界面的反射波来实现检测的方法。穿透法是发射和接收探头分别放置在被检零件相对的两端面，根据超声波穿透零件后的能量变化来实现检测的方法。

复合材料检测中常用的检测方法包括脉冲反射法A扫描，穿透法A扫描和穿透法C扫描。在实际检测中优先选择采用穿透法C扫描检测，穿透法C扫描受限区域才可以选择穿透法A扫描及脉冲反射法A扫描。

2 人员

航空领域无损检测目前常用的人员鉴定与认证标准为NAS410或GB/T 36439;实施超声检测的单位需要按照相关标准建立相应的人员培训及考核程序，并按相应程序进行鉴定与认证。其中在人员实操考试中，对于考试技术进行尽可能细分，如接触式脉冲反射法A扫描与喷水式脉冲反射法A扫描需要进行分别进行考试。

3 设备

3.1超声设备

检测单位应建立设备校验程序指导进行设备校验。设备校验一般分为标准校验和系统校验两个部分。C扫描设备标准校验包括超声部分校验和机械部分校验，超声部分校验一般按照ASTM E317或EN12268进行，验收指标一般包括垂直极限、垂直线性、水平极限、水平线性及增益（衰减）器等。机械部分无通用计量要求及验收标准，各单位按照供应商推荐方式进行机械部分校准及验收，驗收指标一般包括定位精度，重复定位精度及角度精度等。设备的系统校验常采用对比试块进行，用来验证能否扫描出对比试块中人工缺陷，扫描对比试块的信噪比能够满足相关标准要求。C扫描设备还需要验证设备缺陷定位精度，评判软件的测量功能等。设备校验的周期一般为每年或维修后。

3.2 超声探头

复合材料超声检测一般采用的探头为平探头，所用使用的探头均应有编号。探头应每年按照ASTM E1065 或EN 12668 检验。校验的参数一般包括中心频率，峰值频率，频带宽度，声束断面等。

4材料

4.1 耦合剂

在超声探伤中耦合剂是必不可少的，其作用于检测面和探头之间，起着排出和阻止探头与工件之间的空气，耦合工件和探头，并改善探头与工件之间的声能传递，接触法A扫描检测中还能起到一定的润滑作用。复合材料超声检测中对于耦合剂的要求为不能对零件及探头有腐蚀作用，因此最常用的耦合剂为水。可使用的其他耦合剂一般在客户规范中说明

4.2对比试块

对比试块用来校准设备灵敏度，指导零件缺陷评判，在复合材料超声检测中发挥重要作用。对比试块一般分宏观缺陷对比试块和孔隙率对比试块。一般孔隙率对比试块由客户提供，宏观缺陷对比试块由检测单位制备。对比试块可以是零件或零件某个部位的复制品，对比试块相对于待检零件，在工艺方法、蒙皮厚度、材料类型、胶接介质和基体结构方面应能代表被检件的构造。一般客户规范规定典型对比试块的制作要求。对比试块采用预埋聚四氟乙烯方式制作，在特殊情况下可采用外贴法制作。对于曲率半径小于150mm零件，需要制造曲率对比试块。对比试块一般采用C扫描进行验证，对比无法采用C扫描进行验证的情况可以采用A扫描或者X射线进行验证。对比试块验证合格后需要编号并进行永久标记，对比试块需要妥善保存防止损伤。制作对比试块的图纸、制造大纲和验证记录，至少在对比试块的使用期限内应保管存档。

5超声检测工艺过程

5.1 工艺文件

超声检测单位应编制通用和专用程序用于复合材料超声检测。超声检测文件应包括：被检零件、结构或试验件表面准备方法;明确检测中使用的所有仪器的制造厂和型号名称，包括所有记录设备、报警或监视设备、以及检测夹具;控制和扫描设备的描述;检验计划—扫描速度和最大扫描间距;用于零件或零件局部区域的验收标准、对比试块的编号。书面规程应经过超声检测专业三级人员批准。

5.2检测零件准备

检测零件前应检查零件状态，检查被检件表面应无灰尘、杂质、污染物;目视检查被检件有无边缘分层、空隙、划伤、隆起、皱折、翘曲或溢胶等。妨碍超声检验的任何表面缺陷均应在检验前去除，若去除是不可能或不切合实际的，则该部位不适合做超声检验，并对该部位标识和记录。零件边缘分层及其他易被水或耦合剂渗入的被检件，要求送检单位采取封闭措施。零件的受检区域用合适的标记做参考点（或线），对于一次不能检查完的大面积区域，应分段标记、检查和记录，以便形成一个零件的完整的图像。

5.3设备调节

在超声检测前需要采用对比试块进行设备调整，一般C扫描检测需要能够检测出对比试块中的人工缺陷面积在缺陷真实面积的±25%。A扫描检测一般将底波调整到某一固定高度，且能够检测出对比试块中的人工缺陷。

5.4零件扫查

零件扫查需要采用与对比试块同样的扫查参数（包括扫查速度，扫查间距，水距等），需要确保零件被100%扫查。

5.5零件评判

若采用C 扫描检测，对比试块的C 扫描图中缺陷面积的显示尺寸应控制在缺陷精确尺寸的±25%以内，据此来设定缺陷的信号水平。若采用A 扫描检测零件，则使用6dB 法确定缺陷的边缘。

5.6记录

检测记录一般包括记录应包括下列内容：检验单位和日期;零件名称、件号、检验部位、数量;主要检查参数;仪器和探头型号;检验结果（不连续性显示波幅和位置等）;操作、检验人员签名（或盖章）;检验日期。