Page 61 - 无损检测2021年第七期

徐 莹, 等:

变厚度复合材料结构超声反射法成像的缺陷识别与定量表征

像。脉冲反射法 C 扫描成像示意如图1所示。 同情况的 波 形 特 征, 简 述 该 成 像 方 法 对 应 的 缺 陷
识别方案。
一般复合材料中的拒收缺陷尺寸均大于换能器
的有效声束范围, 故仅讨论缺陷尺寸大于探头直径
的情况。
1.2.1 分层
超声检测分层缺陷波形如图2所示, 根据超声检
测原理, 对于层压板结构, 在表面回波与底波之间出
现分层缺陷反射回波, 同时底波消失[ 见图 2 ( b )], 部
图 1 脉冲反射法 C 扫描成像示意
分情况下还会伴随出现缺陷波的二次回波[ 见图 2
1.2 缺陷识别方案 ( f )]。对于板板黏接结构, 若分层缺陷出现在上板,
复合材料中常见的缺陷类型有分层、 脱黏、 夹 则胶膜波和底波均消失; 若分层缺陷出现在下板, 则
杂和 孔 隙 , 下 面 结 合 这 4 种 缺 陷 的 检 测 原 理 和 不 胶膜波存在, 底波消失[ 见图2 ( d ) 和2 ( e )]。

图 2 超声检测分层缺陷波形
由图 2 ( a ) ~2 ( e ) 的波形可以看出, 对于层压板 辅助判断。当两图中的深度信息不同时, 取“ 峰值位
优区、 层压板分层、 板板黏接结构优区、 板板黏接结 置” 的深度作为最终缺陷深度。
构上板分层和下板分层等 5 种情况来说, 零件厚度 1.2.2 脱黏
变化时, 底波或胶膜波的位置会有相应变动, 而无论 脱黏是指板板黏接结构中上板与下板的分离。
零件厚度如何变化, 位于最末端的反射回波总是底 当出现脱黏时, 胶膜波的波幅上升变为脱黏波, 同时
波或者分层波。因此, 在这些情况下可以使用 “ 尾 底波消失。若脱黏, 则上板的厚度小于零件最大厚

沿位置” 进行 C 扫描成像, 这样可以在优区处表征 度的二分之一, 脱黏波的二次回波将落在最大有效
零件的厚度, 在分层处表征缺陷的深度。 分析区间内, 此时脱黏具有与分层相似的波形特征,
当分层缺陷的深度小于零件最大厚度的二分之 因此同样可以使用“ 尾沿位置” C 扫描图对缺陷进行
一时, 其二次回波或多次回波会落在最大有效分析 识别, 并通过“ 峰值位置” C 扫描图进行辅助判断, 以
区间内。在该情况下,“ 尾沿位置” 将无法准确反映 排除二次回波的干扰。
分层缺陷的深度。如图 2 ( f ) 所示, 分层波的幅值高 1.2.3 夹杂
于其二次回波的, 为排除分层缺陷二次回波的干扰, 由于复合材料制造工艺的特殊性, 制作过程中

可采用 “ 峰值位置” C 扫描图进行辅助评判。 可能夹带的外来物种类繁多。有些夹杂物的声阻抗
综上所述, 对于分层缺陷, 可以使用“ 尾沿位置” 与复合材料的声阻抗相差很大, 其声强反射率接近
C 扫描图表征零件的整体厚度, 并判断是否存在缺 于 1 , 使得检测声波被夹杂物阻挡而几乎全部反射;
陷。若存在缺陷, 则使用“ 峰值位置” C 扫描图进行 有些夹杂物的声阻抗与复合材料的声阻抗十分接
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2021 年 第 43 卷 第 7 期
无损检测