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復(fù)合材料的超聲波檢測之基礎(chǔ)認(rèn)知

2023-07-24 來源:網(wǎng)絡(luò)合集 瀏覽數(shù):1779

復(fù)合材料的超聲波檢測之基礎(chǔ)認(rèn)知

   一、復(fù)合材料的定義及分類
  
  復(fù)合材料是指用經(jīng)過選擇的、含一定數(shù)量比的兩種或兩種以上的組分(或組元),通過人工復(fù)合、組成多相、且各相之間有明顯界面的、具有特殊性能的固體材料。
  
  其基體材料名稱與增強(qiáng)體材料并用,強(qiáng)調(diào)基體以及強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)體時(shí)以基體材料的名稱為主;
  
  復(fù)合材料的分類有
  
 ?。ㄒ唬┌椿w材料分:
  
  聚合物基復(fù)合材料,金屬基復(fù)合材料,陶瓷基復(fù)合材料,水泥基復(fù)合材料,碳基復(fù)合材料;
  
 ?。ǘ┌丛鰪?qiáng)材料形態(tài)分為以下三類
  
  1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料:連續(xù)纖維復(fù)合材料,非連續(xù)纖維復(fù)合材料;
  
  2、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料:包括微米顆粒和納米顆粒;
  
  3、板狀增強(qiáng)體、編織復(fù)合材料:以平面二維或立體三維物為增強(qiáng)材料與基體復(fù)合而成;
  
  4、層疊復(fù)合材料。
  
 ?。ㄈ┌床牧献饔梅謨深?/div>
  
  1、功能復(fù)合材料:使用的是材料的光、電、磁、熱、聲等非力學(xué)性能;
  
  2、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料:應(yīng)用的材料的力學(xué)性能。
    
  
  二、復(fù)合材料的檢測難點(diǎn)
  
  復(fù)合材料因能有效提高飛機(jī)性能,減重效果顯著,在軍民機(jī)的研制中應(yīng)用越來越廣,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各類新型復(fù)合材料被有效利用。
  
  在某型飛機(jī)的研制中,設(shè)計(jì)人員為保證零件的外形和減重等,采用了一種新型的復(fù)合材料結(jié)構(gòu),即以碳纖維環(huán)氧預(yù)浸料為面層以聚甲基丙烯酞胺泡沫塑料為夾芯的夾層結(jié)構(gòu)。
  
  泡沫夾芯材料為多孔疏松材料,其特殊性能不僅給制造工藝帶來很大的難度,而且也為檢測其內(nèi)部粘接質(zhì)量造成了極大的困難。
  
  其檢測的主要難點(diǎn)有:
  
  (一)泡沫夾芯的不致密性帶來了很大的超聲波衰減,對于碳纖絢泡沫夾芯結(jié)構(gòu)難于得到來自泡沫夾芯的反射回波,這給檢測膠膜和泡沫夾芯間的缺陷造成了較大的難度。
  
 ?。ǘ┠承蜋C(jī)使用碳纖細(xì)泡沫夾芯結(jié)構(gòu)制造的零組件外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜,結(jié)構(gòu)過渡區(qū)多,因此易產(chǎn)生的缺陷部位多,產(chǎn)生缺陷的類型多,需對缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確的定量、定性。
  
 ?。ㄈ┰O(shè)計(jì)人員對這種結(jié)構(gòu)制造的零組件的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)很嚴(yán),要求能夠檢測出的最小缺陷僅為中3lun。國外對類似材料結(jié)構(gòu)普遍采用激光散斑技術(shù)進(jìn)行檢測,但可檢測出的缺陷尺寸至少為中25.4mi刀。
  
  本文通過工藝試驗(yàn),總結(jié)出碳纖維胞沫夾芯結(jié)構(gòu)的超聲波檢測方法并且驗(yàn)證了超聲波檢測的正確性。
  
   
  三、超聲波的特點(diǎn)
  
 ?。ㄒ唬┏暡暿芗性谔囟ǖ姆较蛏希诮橘|(zhì)中沿直線傳播,具有良好的指向性。超聲波在介質(zhì)中傳播過程中,會(huì)發(fā)生衰減和散射。超聲波在異種介質(zhì)的接口上將產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。
  
  利用這些特性,可以獲得從缺陷接口反射回來的反射波,從而達(dá)到探測缺陷的目的。超聲波的能量比聲波大得多。超聲波在固體中的傳輸損失很小,探測深度大,由于超聲波在異質(zhì)接口上會(huì)發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象,尤其是不能通過氣體固體界面。
  
  如果金屬中有氣孔、裂紋、分層等缺陷(缺陷中有氣體)或夾雜,超聲波傳播到金屬與缺陷的接口處時(shí),就會(huì)全部或部分反射。
  
  反射回來的超聲波被探頭接收,通過儀器內(nèi)部的電路處理,在儀器的熒光屏上就會(huì)顯示出不同高度和有一定間距的波形。可以根據(jù)波形的變化特征判斷缺陷在工件重的深度、位置和形狀。
  
 ?。ǘ┏暡ㄌ絺麅?yōu)點(diǎn)是檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害,能對缺陷進(jìn)行定位和定量。
  
  超聲波探傷對缺陷的顯示不直觀,探傷技術(shù)難度大,容易受到主客觀因素影響,以及探傷結(jié)果不便于保存,超聲波檢測對工作表面要求平滑,要求富有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能辨別缺陷種類、適合于厚度較大的零件檢驗(yàn),使超聲波探傷也具有其局限性。
  
  超聲波探傷儀的種類繁多,但脈沖反射式超聲波探傷儀應(yīng)用最廣。
  
  一般在均勻材料中,缺陷的存在將造成材料不連續(xù),這種不連續(xù)往往有造成聲阻抗的不一致,由反射定理我們知道,超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的界面上會(huì)發(fā)生反射。
  
  反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。
  
 ?。ㄈ┟}沖反射式超聲波探傷儀大部分都是A掃描式的,所謂A掃描顯示方式即顯示器的橫坐標(biāo)是超聲波在被檢測材料中的傳播時(shí)間或者傳播距離,縱坐標(biāo)是超聲波反射波的幅值。
  
  譬如,在一個(gè)工件中存在一個(gè)缺陷,由于缺陷的存在,造成了缺陷和材料之間形成了一個(gè)不同介質(zhì)之間的交界面,交界面之間的聲阻抗不同,當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到這個(gè)界面之后就會(huì)發(fā)生反射,反射回來的能量又被探頭接收到,在顯示器屏幕中橫坐標(biāo)的一定的位置就會(huì)顯示出來一個(gè)反射波的波形,橫坐標(biāo)的這個(gè)位置就是缺陷波在被檢測材料中的深度。
  
  這個(gè)反射波的高度和形狀因不同的缺陷而不同,反映了缺陷的性質(zhì)。

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