Page 73 - 无损检测2021年第十二期

李刚卿, 等:

CFRP层压板的超声检测

5中近表面缺陷信号紧靠在固有的界面波或始波后

边; ④ 延迟块探头因延迟块与被检工件的声阻抗匹
配性更好, 其上界面波的持续时间短, 因此近表面缺
陷检测效果更好; ⑤ 各个探头的上下两个界面信号

之间时间差为 1.7 μ s , 因此 CFRP 板中声速约为

3000m · s ; ⑥ 由于板厚为2.5mm , 而缺陷距上

-1

表面约0.4mm , 所以缺陷波应出现在上界面波后的
1 / 6处, 但从图3~5的 A 扫信号图上看, 该处位于 图10 双晶探头检测结果
界面波或始波信号中。
出复合材料层压结构中的分层缺陷, 且 B扫描, C扫
2.3 成像检测试验
描成像效果良好。
2.3.1 试验装置
成像检测试验装置框图如图7所示, 采用步进 3 试验结果分析
电机驱动的机械装置带动上述探头对 CFRP层压板
3.1 近表面缺陷信号位置分析

进行x- y 方向扫查。扫查区域为110mm×40mm
对于直探头来说, 一方面由于缺陷位于探头的

( 长×宽), 扫查步距为0.5mm 。
近场, 另一方面由于始波的电信号阻塞效应严重, 所
以直探头不利于检测近表面缺陷。
从图3~6可以看出, 上表面的界面波一般会持
续2个周期, 5MHz探头在 CFRP 板中纵波声速约

3000m · s , 其波长约为0.6mm , 因此上界面电信
-1
号阻 塞 效 应 导 致 的 检 测 盲 区 深 度 理 论 上 约 为
图7 成像检测试验装置框图
1.2mm 。理论上上表面下 0.4mm 的分层缺陷在
2.3.2 试验结果
盲区中应难以发现, 但由于入射声束在上表面与近
使用除直探头外的 3 种探头对工件进行 B 扫
表面缺陷之间存在多次反射象( 见图11 ), 其实际上
描和 C 扫描检测试验, 延迟块探头的检测结果如
是可以被识别的。
图8所示, 水浸点聚焦探头的检测结果如图9所示,

5MHzF3型双晶探头的检测结果如图10所示。

图11 上表面与近表面缺陷之间多次反射示意

为反射波, 与经近表
图11中, P 0 为入射波, P 1
图8 延迟块探头检测结果 、 等都会被接
面缺陷反射形成的系列反射波P d1 P d2
被隔声层阻挡, 不
收到。对于双晶探头, 该反射波P 1
会被接收到。设入射波P 0=Aex pj ωt ); 上界面反射
(
与透射系数分别为γ 与 , 声束经历近表面缺陷的反
β
射及上表面透射的历程后的总衰减为 α ; 则
2π

P d1=A β γ β ex pj ωt 2d =

λ

2π

Aα β ex pj ωt 2d ( 1 )

λ

图9 水浸点聚焦探头检测结果
2π
2

由图8~10可知, 3 种检测技术均能有效检测 P d2=Aα β ex pj ωt 4d ( 2 )

λ

5
3
2021年 第43卷 第12期
无损检测