Page 71 - 无损检测2021年第十二期
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李刚卿, 等:
CFRP层压板的超声检测
一般采用一发一收两个探头, 因衰减较大, 其激励频 A 扫描信号的特征进行分析。
率较低, 对小缺陷不敏感, 需借助于时间反转法进行 1.1 直探头检测技术
信号增强 [ 4 ] 。另外, 纤维增强聚合物基复合材料的 超声直探头常匹配脉冲反射法对被检工件进行
各向异性会对 Lamb 波损伤定位的精度造成较大 检测。其检测原理是在被检工件的一侧放置一个直
的影响, 许颖等 提出了基于时间概率密度法的损伤 探头, 既作为发射探头, 又作为接收探头。当被检工
[ 5 ]
定位方法。张继敏等 使用相控阵超声检测设备, 对 件中有缺陷时, 超声波传播至缺陷处会发生反射和
[ 6 ]
预埋有不同大小不同深度人工缺陷的22.92mm 厚 透射, 反射的超声波被探头接收, 形成缺陷回波。
CFRP层压板对比试块进行了检测试验, 在时间校 1.2 延迟块探头检测技术
正增益( TCG ) 曲线的辅助下, 通过 C 扫描成像可以 在直探头与工件之间, 插入与复合材料声阻抗
ϕ
有效检测出0.382mm 和22.54mm 深处的 6mm 基本相匹配的延迟块( 例如有机玻璃), 可以在一定
分层缺陷。为克服界面波对复合材料检测的不利影 程度上抑制上表面界面波, 减小检测盲区, 更好地发
响, 袁英民等 [ 7 ] 通过理论计算和试验研究, 设计出了 挥直探头检测技术的优势。
适用于飞机夹芯结构复合材料检测用的双晶探头, 1.3 水浸聚焦检测技术
在上层蒙皮厚度为3mm , 泡沫夹芯层厚度为4mm 在直探头基础上加装声透镜, 在水介质中对直
的夹芯结构试样中, 能有效检测出蒙皮下 ϕ 8mm 探头声束进行聚焦, 使声能焦点位于工件表面或其
的脱黏缺陷; 周克印等 [ 8 ] 采用双晶探头对风电叶片 内部, 可获得更好的缺陷分辨力。
前缘胶接结构的脱黏缺陷进行了检测, 能有效识别 1.4 双晶探头检测技术
出厚度分别为3.2 , 10 , 5mm 的 3 层结构玻璃纤维 双晶探头检测原理如图1所示, 采用收发分离
胶接结构试样中 ϕ 10mm 的脱黏缺陷。双晶探头 的方式, 在探头内部并排放置两个压电晶片, 并用隔
对复合材料脱黏缺陷的成功检测, 说明其检测结果 声层将其分隔开。发射晶片可选用发射灵敏度较高
不受界面波和检测盲区的影响, 该技术值得借鉴和 的压电材料制作, 接收晶片选用接收灵敏度较高的
发展。 材料制作, 以使得探头的灵敏度更高, 避免了采用单
为进一步研究双晶探头对复合材料中分层缺陷 晶探头进行自发自收检测时受探头性能影响出现导
( 不仅仅是复合材料层板或蒙皮下的脱黏缺陷) 的检 致的灵敏度较低的问题。
测能力, 研究了复合材料常用的直探头、 延迟块探头
和水浸聚焦探头3种检测技术的检测原理和声场特
性, 结合 CFRP的声学特性, 选用合适的参数, 对层
压结构件内部的分层缺陷进行检测, 并与双晶探头
检测结果进行对比, 分析了双晶探头检测层压结构
复合材料结构件中分层缺陷的可行性与优缺点。
1 复合材料常用超声检测技术 图1 双晶探头检测技术原理示意
超声波在介质中沿直线传播, 当介质中存在缺 由图1可见, 收发压电晶片与水平面之间存在
陷或异常时, 声阻抗就会发生变化, 超声波在声阻抗 一定的夹角, 从而使得双晶探头在被检工件中形成
不连续处就会发生反射和透射, 能量也随之变化, 根 一个菱形声场区, 该区的中心点 F 为声场的焦点,
据接收到超声信号的特点, 可以对被检工件进行质 因此, 双晶探头也具有聚焦特性。当压电晶片与水
量评定。 CFRP 等复合材料的常用超声检测技术 平面之间的夹角发生变化时, 菱形声场区的形状也
有: ① 采用直探头或延迟块探头进行手工检测, 具 会随之发生变化, 于是可通过调节晶片角度来改变
有灵活性高, 可达性强等优势; ② 采用延迟块探头 菱形区域的大小和缺陷回波信号的灵敏度。通过调
或水浸聚焦探头进行成像检测 [ 9 ] , 具有检测结果直 节延迟块的高度, 可改变工件中的近场区长度和菱
观性好等优势。目前, 相控阵超声技术也正在复合 形区域在被检工件中的相对位置, 达到减小盲区, 提
材料检测领域得到了推广应用。各种检测技术的基 高近表面分辨率的目的。
础是要能得到优越的 A 扫描信号, 从而得到准确可 收发分离的方式也使得探头的接收信号独立于
靠的检测结果, 因此, 有必要对各种超声检测技术的 发射信号, 近表面缺陷的回波信号不会与激励信号
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2021年 第43卷 第12期
无损检测
