復合材料的超聲波檢測之基礎認知

　　

　　1、功能復合材料：使用的是材料的光、電、磁、熱、聲等非力學性能；

　　

　　2、結構復合材料：應用的材料的力學性能。

　　　　

　　

　　二、復合材料的檢測難點

　　

　　復合材料因能有效提高飛機性能，減重效果顯著，在軍民機的研制中應用越來越廣，隨著科學技術的發展，各類新型復合材料被有效利用。

　　

　　在某型飛機的研制中，設計人員為保證零件的外形和減重等，采用了一種新型的復合材料結構，即以碳纖維環氧預浸料為面層以聚甲基丙烯酞胺泡沫塑料為夾芯的夾層結構。

　　

　　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，而且也為檢測其內部粘接質量造成了極大的困難。

　　

　　其檢測的主要難點有：

　　

　?。ㄒ唬┡菽瓓A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構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使用碳纖細泡沫夾芯結構制造的零組件外形結構復雜，結構過渡區多，因此易產生的缺陷部位多，產生缺陷的類型多，需對缺陷進行準確的定量、定性。

　　

　?。ㄈ┰O計人員對這種結構制造的零組件的驗收標準很嚴，要求能夠檢測出的最小缺陷僅為中3lun。國外對類似材料結構普遍采用激光散斑技術進行檢測，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，總結出碳纖維胞沫夾芯結構的超聲波檢測方法并且驗證了超聲波檢測的正確性。

　　

　　　

　　三、超聲波的特點

　　

　?。ㄒ唬┏暡暿芗性谔囟ǖ姆较蛏?，在介質中沿直線傳播，具有良好的指向性。超聲波在介質中傳播過程中，會發生衰減和散射。超聲波在異種介質的接口上將產生反射、折射和波型轉換。

　　

　　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，由于超聲波在異質接口上會發生反射、折射等現象，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，就會全部或部分反射。

　　

　　反射回來的超聲波被探頭接收，通過儀器內部的電路處理，在儀器的熒光屏上就會顯示出不同高度和有一定間距的波形?？梢愿鶕ㄐ蔚淖兓卣髋袛嗳毕菰诠ぜ氐纳疃?、位置和形狀。

　　

　?。ǘ┏暡ㄌ絺麅烖c是檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害，能對缺陷進行定位和定量。

　　

　　超聲波探傷對缺陷的顯示不直觀，探傷技術難度大，容易受到主客觀因素影響，以及探傷結果不便于保存，超聲波檢測對工作表面要求平滑，要求富有經驗的檢驗人員才能辨別缺陷種類、適合于厚度較大的零件檢驗，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用最廣。

　　

　　一般在均勻材料中，缺陷的存在將造成材料不連續，這種不連續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的界面上會發生反射。

　　

　　反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據這個原理設計的。

　　

　?。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是超聲波在被檢測材料中的傳播時間或者傳播距離，縱坐標是超聲波反射波的幅值。

　　

　　譬如，在一個工件中存在一個缺陷，由于缺陷的存在，造成了缺陷和材料之間形成了一個不同介質之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當發射的超聲波遇到這個界面之后就會發生反射，反射回來的能量又被探頭接收到，在顯示器屏幕中橫坐標的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標的這個位置就是缺陷波在被檢測材料中的深度。

　　

　　這個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。