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复合材料的超声波检测之基础认知

2023-07-24 来源:网络合集 浏览数:792

复合材料的超声波检测之基础认知

   一、复合材料的定义及分类
  
  复合材料是指用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分(或组元),通过人工复合、组成多相、且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的固体材料。
  
  其基体材料名称与增强体材料并用,强调基体以及强调增强体时以基体材料的名称为主;
  
  复合材料的分类有
  
  (一)按基体材料分:
  
  聚合物基复合材料,金属基复合材料,陶瓷基复合材料,水泥基复合材料,碳基复合材料;
  
  (二)按增强材料形态分为以下三类
  
  1、纤维增强复合材料:连续纤维复合材料,非连续纤维复合材料;
  
  2、颗粒增强复合材料:包括微米颗粒和纳米颗粒;
  
  3、板状增强体、编织复合材料:以平面二维或立体三维物为增强材料与基体复合而成;
  
  4、层叠复合材料。
  
  (三)按材料作用分两类
  
  1、功能复合材料:使用的是材料的光、电、磁、热、声等非力学性能;
  
  2、结构复合材料:应用的材料的力学性能。
    
  
  二、复合材料的检测难点
  
  复合材料因能有效提高飞机性能,减重效果显著,在军民机的研制中应用越来越广,随着科学技术的发展,各类新型复合材料被有效利用。
  
  在某型飞机的研制中,设计人员为保证零件的外形和减重等,采用了一种新型的复合材料结构,即以碳纤维环氧预浸料为面层以聚甲基丙烯酞胺泡沫塑料为夹芯的夹层结构。
  
  泡沫夹芯材料为多孔疏松材料,其特殊性能不仅给制造工艺带来很大的难度,而且也为检测其内部粘接质量造成了极大的困难。
  
  其检测的主要难点有:
  
  (一)泡沫夹芯的不致密性带来了很大的超声波衰减,对于碳纤绚泡沫夹芯结构难于得到来自泡沫夹芯的反射回波,这给检测胶膜和泡沫夹芯间的缺陷造成了较大的难度。
  
  (二)某型机使用碳纤细泡沫夹芯结构制造的零组件外形结构复杂,结构过渡区多,因此易产生的缺陷部位多,产生缺陷的类型多,需对缺陷进行准确的定量、定性。
  
  (三)设计人员对这种结构制造的零组件的验收标准很严,要求能够检测出的最小缺陷仅为中3lun。国外对类似材料结构普遍采用激光散斑技术进行检测,但可检测出的缺陷尺寸至少为中25.4mi刀。
  
  本文通过工艺试验,总结出碳纤维胞沫夹芯结构的超声波检测方法并且验证了超声波检测的正确性。
  
   
  三、超声波的特点
  
  (一)超声波声束能集中在特定的方向上,在介质中沿直线传播,具有良好的指向性。超声波在介质中传播过程中,会发生衰减和散射。超声波在异种介质的接口上将产生反射、折射和波型转换。
  
  利用这些特性,可以获得从缺陷接口反射回来的反射波,从而达到探测缺陷的目的。超声波的能量比声波大得多。超声波在固体中的传输损失很小,探测深度大,由于超声波在异质接口上会发生反射、折射等现象,尤其是不能通过气体固体界面。
  
  如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷(缺陷中有气体)或夹杂,超声波传播到金属与缺陷的接口处时,就会全部或部分反射。
  
  反射回来的超声波被探头接收,通过仪器内部的电路处理,在仪器的荧光屏上就会显示出不同高度和有一定间距的波形。可以根据波形的变化特征判断缺陷在工件重的深度、位置和形状。
  
  (二)超声波探伤优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害,能对缺陷进行定位和定量。
  
  超声波探伤对缺陷的显示不直观,探伤技术难度大,容易受到主客观因素影响,以及探伤结果不便于保存,超声波检测对工作表面要求平滑,要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、适合于厚度较大的零件检验,使超声波探伤也具有其局限性。
  
  超声波探伤仪的种类繁多,但脉冲反射式超声波探伤仪应用最广。
  
  一般在均匀材料中,缺陷的存在将造成材料不连续,这种不连续往往有造成声阻抗的不一致,由反射定理我们知道,超声波在两种不同声阻抗的介质的界面上会发生反射。
  
  反射回來的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。脉冲反射式超声波探伤仪就是根据这个原理设计的。
  
  (三)脉冲反射式超声波探伤仪大部分都是A扫描式的,所谓A扫描显示方式即显示器的横坐标是超声波在被检测材料中的传播时间或者传播距离,纵坐标是超声波反射波的幅值。
  
  譬如,在一个工件中存在一个缺陷,由于缺陷的存在,造成了缺陷和材料之间形成了一个不同介质之间的交界面,交界面之间的声阻抗不同,当发射的超声波遇到这个界面之后就会发生反射,反射回来的能量又被探头接收到,在显示器屏幕中横坐标的一定的位置就会显示出来一个反射波的波形,横坐标的这个位置就是缺陷波在被检测材料中的深度。
  
  这个反射波的高度和形状因不同的缺陷而不同,反映了缺陷的性质。

【延伸阅读】

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