复合材料的超声检测技术知识

Word版本，下载可自由编辑复合材料的超声检测技术知识复合材料的超声检测技术是怎样的？应用程度怎么样？请看我编辑的文章。

随着我国航空航天技术的迅速进展，各种复合材料应用越来越广泛。迄今为止，战争机使用的复合材料占所用材料总量的30%左右，新一代战争机将达到40%;直升机和小型飞机复合材料用量将达到70%～80%左右，甚至浮现全复合材料飞机。复合材料及其构件开发与应用的快速进展，对无损检测技术提出了严重的挑战。经过不断的讨论、开发和完美，目前超声检测已成为最主要和成熟的复合材料无损检测办法之一。因为复合材料结构多种多样，要求也不尽相同，仅仅通过超声检测办法还难以胜任其质量的检测与评定，实际检测工作中往往需要针对不同检测对象和要求，采纳不同的检测技术和办法。

超声检测在复合材料讨论及其创造中的应用

复合材料无损检测主要应用于以下3个方面：材料无损检测;结构无损检测;服役无损检测。材料无损检测主要解决材料讨论中面临的问题，举行诸如材料内部缺陷表征、性能测试、缺陷基本判据的建立、无损检测物理数学模型的建立等讨论，其检测对象主要是试样、试片。结构无损检测主要解决结构在工艺制订、结构件创造过程中面临的问题，如对各种结构件举行无损检测所需的仪器设备等检测手段的建立、信号处理技术、缺陷判别、标准建立与完美等，检测的对象是各种装机应用的工程结构件。

服役无损检测主要讨论装机结构件在服役过程中所需的无损检测办法、手段等，包括提供有关结构件残余寿命、剩余强度、损伤扩展等综合信息的评估，检测的对象是装机后的各种服役结构件。大量的讨论和应用表明，超声检测是目前对于复合材料最为有用有效、应用最为广泛的无损检测技术，它能牢靠地检测出复合材料中的分层、疏松、孔隙等大部分危害性缺陷。下表给出了几种常见复合材料超声检测技术的特点。

复合材料制品超声检测办法

1超声C扫描检测技术

超声探头接收到的脉冲回波具有不同的图像显示方式，常见的有A型显示、B型显示和C型显示。A型显示是基础，其他两种显示方式均由A型显示的数据重建得到。其中，C型显示是一种在一定深度探测的显示方式，图像上的纵、横坐标分离表示探头在被检体表面上的纵、横坐标，所以C型显示的结果是与扫描平面平行的一幅截面图像，并作为最常用的显示结果提供应终于用户。

超声C扫描是具有C型显示功能的探伤办法，在宏观缺陷检测中，常用频率为0.5～25MHz的探头，采纳脉冲反射法举行检测。超声C扫描因为显示直观，检测速度快，已成为大型复合材料构件普遍采纳的技术。目前C扫描检测技术能够清楚地检出复合材料结构中体积分布类缺陷。K.Lemster在讨论金属基复合材料的机械性能时，使用超声C扫描对材料内部的匀称性和裂纹举行了检测。国内魏勤等人通过超声C扫描对碳化硅颗粒增加铝基复合材料试样举行了检测，可以清楚地看出材料中的团圆和孔洞。

浙江高校王艳颖针对大型非对称复合材料构件提出了一种超声C扫描检测办法，该办法集机器人、反求工程、超声成像、超声信号处理等多学科技术于一体，实现了实时检测时对构件曲面跟踪和敏捷度实时补偿的功能。吴瑞明采纳多传感器信息融合技术，利用仿形测量和重建模型的办法实现了复合材料超声C扫描的普通过程，精确     检测出了复合材料的缺陷。但如要求有更精确的复合材料定量检测技术，特殊是对于新型复合材料，如缝编结构及陶瓷基复合材料等，要了解和把握这类材料内部缺陷的分布状况和含量，常规的C扫描往往难以胜任。

2超声导波检测技术

导波是指因为介质边界的存在而产生的波，在介质尺寸跟声波波长可比的状况下，介质中的波以反射或折射的形式与边界发生作用并多次往返反射，发生纵波与横波间的模态转换，形成复杂的干涉，展现出了多种传扬形式，形成各种类型的导波。导波本质上还是由纵波、横波等基本类型的超声波以各种方式组成的。导波的主要特性包括频散现象、多模式和传扬距离远。超声导波检测是一种迅速大范围的初步检测办法，普通只能对缺陷定性，而定量是近似的，对可疑部位仍需要采纳其他检测办法才干作出终于的评估。

因为导波检测具有迅速便利的应用特点，目前已成为超声检测领域讨论的热点。T.Kundu采纳Lamb波扫描了复合材料的缺陷，建立了线扫描办法和缺陷成像技术。K.Maslov讨论了5层纤维增加复合材料中使用漏Lamb波检测内部缺陷的模式挑选办法，把应力和位移的变化作为是否存在缺陷的判别依据。N.Toyama讨论了复合材料横向裂纹和分层缺陷对S0模式Lamb波速度的影响。T.R.Hay分析了复合材料蜂窝结构中导波的传扬，使用GuidedUltrasonics公司生产的应力波分析仪对蜂窝板的脱粘缺陷举行了检测。

法国M.Castaings等人用Lamb波对EADS-ASTRIUM公司的高压复合材料油箱举行健康监测，激活了识别为A0模式的Lamb波，在传扬过程中对碳纤维环氧体复合材料的微裂纹较为敏感，实验结果有很好的信噪比，为使用中的高压复合材料油箱提供了无损健康监测的可能性。M.Castaings等人还在玻璃环氧体复合材料中激活了Lamb波和SH导波，讨论了不同模式下的相速度的变化，获得的结果与理论有良好的全都性。国内如北京工业高校、同济高校等讨论机构的主要精力集中在大型板壳、管道、铁轨等方面，其中部分产品已投入实际使用。北京航空航天高校无损检测讨论室开展了大型复合材料板壳粘接质量的超声导波检测技术讨论，对铝蒙皮蜂窝板的脱粘缺陷举行了导波线扫描检测。

3空气耦合超声检测技术

传统超声无损检测办法因为需要使用耦合剂，无法适用于某些航空航天用复合材料构件的检测，主要缘由是耦合剂会使试样受潮或变污，且有可能渗入损伤处，这会严峻影响构件的力学强度和稳定性。非接触空气耦合超声检测办法是解决这个问题的可行途径之一。空气耦合超声检测是以空气作为耦合介质的一种非接触超声检测办法，它可以实现真正的非接触检测，不存在换能器的磨损，可举行迅速扫描。

另外，空气耦合超声检测简单实现纵波到横波、板波和瑞利波等的模式转换，而讨论结果表明，在复合材料检测中，横波、板波和瑞利波比纵波的敏捷度高，空气耦合超声检测的这一优点有利于实现复合材料的检测和材料特性的表征。目前，国外已开头将空气耦合超声检测技术用于某些复合材料板的检测，可以检测出脱粘、脱层、气孔、夹杂和纤维断裂等缺陷，可以解决传统液体耦合超声检测办法不能解决的问题。但是，空气耦合超声检测的信号衰减很大，声阻抗较高的材料很难实现在线检测，必需采纳特别机制来改进，而且采纳脉冲回波法举行检测的难度较大，多数采纳穿透法检测和斜入射检测。

立陶宛考纳斯科技高校的Kazys等人采纳斜入射同侧检测方式，讨论了航空用复合材料垂直结构蜂窝板中A0模式Lamb波的板边回波特性，因为损伤区域有很强的能量泄漏，所以可用于检测脱粘和结构损伤等缺陷，并估量其大小。波兰格坦斯克科技高校的Imielinska等人采纳空气耦合探头和穿透式超声C扫描技术对多层聚合体复合材料的冲击损伤举行了检测讨论，与X射线检测结果比较后表明，该办法更快、更便利、更精确     ，且可用于检测一些X射线无法检测的材料。

美国爱荷华州立高校无损检测中心的HSU和印度GE全球讨论中心的Kommareddy等，通过压电陶瓷空气耦合换能器，开展了复合材料零部件的缺陷检测和修复评价的讨论工作，并研制了相应的空气耦合超声扫描系统，在飞机零部件阵地探伤中得以使用;英国伦敦高校的Berketis等人通过空气耦合超声检测办法对潜艇用玻璃纤维增加型复合材料的损伤和退化举行了检测和评价，获得了用水耦合超声检测办法得不到的效果。丹麦国家试验室的Borum与丹麦工业高校的Berggreen等人，通过空气耦合超声波，采纳穿透法，对海军舰艇用层状叠合复合材料板举行检测，结果显示，该办法可以检测出上述材料板中的脱粘。

4激光超声检测技术

激光超声是目前国内外讨论最活跃的非接触超声检测办法之一。它通过高能量的激光脉冲与物质表面的瞬时热作用，在固体表面产生热特性区，形成热应力，在物体内部产生超声波。激光超声检测可分3种：一种用激光在工件中产生超声波，用PZT等常规超声探头接收超声波举行检测;另一种用PZT等常规超声波探头激励超声波，用激光干涉法检测工件中的超声波;还有一种用激光激励超声波，并用激光干涉法检测工件中的超声波，此法是纯粹意义上的激光超声检测技术。

超声波的激励或探测可利用激光举行，不需要耦合剂，因而可实现远距离非接触检测，检测距离可从几十厘米到数米。所激活的超声波具有很宽的频带，从几百kHz到几GHz，可用于薄膜测量分析等一些特别应用场合。而且探测激光可聚焦到十分小的点，可实现高达数微米的空间辨别力。此外，激光超声源能同时激活纵波、横波、表面波以及各种导波，是实验验证各种复杂媒质中声传扬理论的有效手段。近年来，已进展成超声学中的重要分支，并在激光超声信号的激活与接收、传扬以及应用等方面取得很大发展。

激光超声检测的迅速、远距离和高辨别力等特性适用于常规压电检测技术难以检测的外形结构较复杂或尺寸较小的复合材料以及材料的高温特性等讨论，如飞机上各个部件的定位和成像等。加拿大A.Blouin用激光超声讨论了蜂窝芯复合材料的分层、脱粘等缺陷。美国洛克希德·马丁公司开发了LaserUT激光超声检测系统，在检测F-22复合材料构件时获得了清楚的B扫描、C扫描图像，不需要任何特别夹具，检测时光大大缩短，达到了传统超声无法达到的效果。

国内钱梦騄等在激光超声的特性和检测各种材料的力学特性方面举行了大量的讨论。刘松平讨论了碳纤维增加树脂基复合材料中常见缺陷的激光超声信号特性与缺陷识别评估办法。通过激光放射-超声接收检测系统有效地提取了反映复合材料中缺陷的声波信息，并可举行缺陷的判别，确定缺陷的性质。

尽管激光超