Page 62 - 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

近, 其声强反射率接近于 0 , 从而使得夹杂缺陷的反 夹杂缺陷上时, 缺陷波波幅较低( 一般低于板板黏接
射回波幅值很低, 不易发现。 结构中的胶膜波波幅), 且底波波幅略低于附近优区的
由于各种夹杂物的声学特性不尽相同, 所以夹 底波波幅, 若该缺陷位于板板黏接结构中的上板, 则胶
杂缺陷是较为复杂的一种缺陷。 膜波幅也比附近优区的胶膜波幅略低。综上所述, 按
当换能器位于与复合材料声阻抗相差很大的夹 照波形特征可将夹杂缺陷分为底波消失型和底波存在
杂缺陷上时, 表面回波与底波之间出现缺陷波, 同时 型两类。根据两种类型夹杂中缺陷出现的深度位置进
底波消失; 当换能器位于与复合材料声阻抗相接近的 行分类, 大致分为以下6种情况, 如图3所示。

图 3 夹杂缺陷波形
由图 3 ( a ) ~3 ( c ) 可知, 底波消失型夹杂缺陷具 构, 应将换能器分别置于零件的两侧进行扫查, 以保
有与分层相同的波形特征, 因此可以使用“ 尾沿位 证其上板和下板中的缺陷均能被检出。
置” C 扫描图表征零件整体厚度, 并判断是否存在缺 1.2.4 孔隙密集
陷; 使用“ 峰值位置” C 扫描图表征缺陷深度。由图 复合材料中的孔隙密集缺陷是众多微小孔隙均
3 ( d ) ~3 ( e ) 可知, 对于底波存在型夹杂, 夹杂波幅低 匀地分布于树脂或树脂和纤维界面之间的一种体积
于底波波幅和胶膜波幅, 且夹杂波为表面回波之后 型缺陷。这些微小孔隙构成了多个细微的声波反射
的首个反射回波。在这种情况下, 可使用 “ 首沿位 体, 使得表面回波与底波之间出现微小丛状杂波, 同
置” 进行 C 扫成像, 这样可以在优区处表征层压板 时底波在一定程度上有所降低, 如图 4 所示。孔隙
的厚度或板板黏接结构上板的厚度, 在缺陷处表征 密集缺陷的评判依据一般是底波幅值降低的程度,
夹杂缺陷的深度。 而底波是最大有效分析区间内最末端的反射回波,
对位于板板黏接结构下板中的底波存在型夹杂 因此可使用“ 尾沿波幅” 所形成的 C 扫描图像识别
缺陷, 如图 3 ( f ) 所示, 夹杂波既不是有效分析区间 孔隙密集缺陷。
内的首波, 也不是尾波, 还不是最高波, 那么使用该
成像方法则不容易采集到此类缺陷的位置信息。此
时, 可将换能器放置到零件的对面一侧, 那么缺陷相
对于换能器的位置则变为了板板黏接结构 中的上
板, 波形与图 3 ( e ) 所示波形相同, 因此可从零件的

对面一侧入射声波, 使用相同方法补充检测。
综上所述, 对于底波消失型夹杂, 应使用“ 尾沿 图 4 孔隙密集缺陷波形

位置” C 扫描图对缺陷进行识别, 并通过“ 峰值位置” 值得注意的是, 当使用脉冲反射法检测变厚度
C 扫描图表征缺陷的深度。对于底波存在型夹杂, 层压板零件时, 由于复合材料各向异性的特点, 底波
应使用“ 首沿位置” 信息识别缺陷。如果是层压板结 波幅会随着零件厚度的增加而降低。这是影响孔隙
构, 仅从零件一侧入射声波即可, 而对于板板黏接结 密集缺陷评判的一个重要因素。

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2021 年 第 43 卷 第 7 期
无损检测