檢測背景

1. 碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料（復(fù)合材料），與傳統(tǒng)材料相比，碳纖維復(fù)合材料具有如下特性: 可設(shè)計性和各向異性，材料與結(jié)構(gòu)一體化，復(fù)合效應(yīng)，材料性能對復(fù)合工藝的依賴性等。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，以及在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢。因此碳纖維復(fù)合材料在交通運(yùn)輸、宇航工業(yè)等方面得到的應(yīng)用。

2、無損檢測的必要性

雖然碳纖維復(fù)合材料作為一種新興材料已經(jīng)得到的應(yīng)用，但是在生產(chǎn)過程中，由于工藝不穩(wěn)定，空隙、夾雜等缺陷無法完全避免，它的橫向承載與抗剪能力較低，在沖擊或疲勞等載荷的作用下極易發(fā)生損傷直至破壞。

3、研究表明，試樣厚度不同時碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能會發(fā)生明顯的變化，因此，為了保證碳纖維復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，需要對碳纖維復(fù)合材料的厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制。碳纖維復(fù)合材料在制造過程中產(chǎn)生的典型缺陷主要包括空隙、分層、脫粘和表面損傷; 在使用過程中產(chǎn)生的典型損傷主要有刀痕或劃傷、腐蝕坑、分層、脫粘、圓孔變形和有分層產(chǎn)生的下陷等。

4、隨著復(fù)合材料應(yīng)用的日益，二次機(jī)械加工越來越多，尤其是在碳纖維復(fù)合材料的零件與其他零部件裝配連接時，不可避免地要進(jìn)行大量孔加工，而在孔加工的過程中容易造成復(fù)合材料的脫粘等缺陷。研究發(fā)現(xiàn)，纖維方向?qū)︺@孔缺陷的形成有嚴(yán)重影響; 軸向力越大，分層缺陷越嚴(yán)重，并且撕裂缺陷迅速增大。

5、復(fù)合材料中常見缺陷及產(chǎn)生原因

 

6、利用超聲波的衰減量和傳播速度來檢測碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部的空隙缺陷。利用超聲衰減檢測方法得到的空隙率檢測結(jié)果，均包含了對不同半徑孔隙和其他缺陷的聲學(xué)等效意義在內(nèi)，這種等效與相應(yīng)材料的力學(xué)或強(qiáng)度可靠性等效之間的關(guān)系問題，尚有待于深入研究。利用超聲聲阻抗可以測量碳纖維復(fù)合材料的孔隙率，無需測量材料的聲速和密度，并且測量結(jié)果受孔隙率形貌影響較小，容易實(shí)現(xiàn)。利用超聲相控陣檢測系統(tǒng)，對含有裂紋、夾雜、分層3種缺陷的碳纖維復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行檢測研究。結(jié)果表明，該方法對碳纖維復(fù)合材料的缺陷類型的區(qū)分具有較好的效果。

檢測報告：（1.工件如下圖）
      

2，檢測配置

主機(jī)：相控陣SX

探頭：5L64-NW1   楔塊：SNW1-0L

3，檢測區(qū)域

如圖一，從前往后依次分為5個檢測區(qū)域，從左往右分別標(biāo)記為1#，2#，3#，4#，5#區(qū)域

4，檢測結(jié)果

2#區(qū)域有六處粘接缺陷，4#區(qū)域有五處粘接缺陷，5#處有三處粘接缺陷

5，缺陷截圖

 

2#區(qū)域檢測出6處缺陷，如上圖

 

4#區(qū)域檢測出5處缺陷，如上圖

 

5#區(qū)域檢測處3處缺陷，如上圖

由于邊緣處耦合效果不好，所以底波信號變化引起圖像信號變化

6. 結(jié)論：

超聲相控陣檢測技術(shù)可以通過三維圖像，利用反射信號顏色的對比更直觀的體現(xiàn)出工件的好壞程度。通過橫向（缺陷與缺陷之間）和縱向（缺陷與底面回波之間）顏色及波高的對比，采用記錄數(shù)據(jù)的形式，用分析軟件給出反射信號更準(zhǔn)確的定量。配合編碼器對反射信號進(jìn)行定位。綜上所述：采用超聲相控陣檢測技術(shù)對復(fù)合材料的檢測良好的檢測效果。