Page 74 - 无损检测2021年第十二期

李刚卿, 等:

CFRP层压板的超声检测

式中: A 为幅值;为虚数; ω 为角频率; t 为时间; d 探头部分界面波进入到成像闸门范围内, 致使成像
j
为缺陷深度。 质量变差, 对检测结果的判定造成了一定的干扰。
由于近表面缺陷与上表面间距d< 波长λ , 则 由 B扫图像可清晰分辨出位于不同埋深处的
、 等缺陷反射波会产生干 分层缺陷, 但水浸点聚焦探头和延迟块探头的近表
界面反射波P 1 与P d1 P d2
涉现象, 接收到的回波可表示为 面缺陷回波信号紧邻界面波。若 C 扫成像闸门选
S= P 1+P d1+P d2+ … = 取不当, 或探头脉宽较大, 则可能导致近表面缺陷回
波信号消失或混叠在界面波中无法有效识别, 致使
2π 2 β 2π

γ+ α β ex p-j 2d + α ex p-j 4d + … P 0

λ λ 在 C扫图中观察不到近表面缺陷, 造成漏检。双晶

( 3 ) 探头的检测结果无界面波干扰, 通过合理选择延迟
式( 3 ) 中指数项的虚数决定了缺陷回波的相位 块高度、 晶片频率和夹角, 可使缺陷位于菱形区域内,
延迟, 即缺陷信号最大值位置与其缺陷实际位置d 减小探头的盲区, 提高近表面分辨率和检测灵敏度,
相比, 对应的时间会产生延迟。因此, 近表面缺陷信 确保检测结果的准确性。在定量方面, 双晶探头的检
号的峰值位置并不对应实际缺陷的实际位置。 测结果更为准确, 且不会造成缺陷的漏检和误判。
3.2 缺陷定量准确性分析
4 结语
根据图8~10的检测结果, 将 ϕ 8.4mm 预置

人工缺陷的实际检出尺寸列于表1中。 ( 1 )采用延迟块探头、 水浸点聚焦探头和双晶探
表1 实际检测得到的缺陷大小 mm 头均能检测出复合材料层压板结构件中的分层缺陷。
相对于钢而言, CFRP等复合材料的近表面缺陷更易
缺陷大小( 直径)

延迟块探头 点聚焦探头 双晶探头 于检测, 可检测近表面0.4mm 深的分层缺陷。

上层缺陷 11.3 10 7.8 ( 2 )采用直探头和水浸点聚焦探头检测复合材
中层缺陷 10.2 8.4 8.4 料层压结构件时, 界面波的存在对近表面缺陷成像
下层缺陷 9.3 7.8 8.4 造成干扰, 且定量误差大。由于近表面缺陷与上表
面之间的缺陷波会发生反射和干涉, 会造成缺陷反
由表1中数据可知, 双晶探头对复合材料层压 射回波的峰值位置延迟, 进而造成近表面缺陷深度
结构件中分层缺陷的定量准确度最高, 水浸点聚焦
位置测量不准确。
探头次之, 延迟块探头定量误差最大。双晶探头对
( 3 ) 采用双晶探头检测复合材料层压结构件时,
于中下层缺陷的定量结果较为准确, 上层缺陷定量
定量较为准确, 近表面缺陷识别效果好, 避免了界面
结果偏小; 水浸点聚焦探头对中层缺陷定量较为准
波的干扰, 提高了检测结果的准确性。
确, 上层缺陷定量结果偏大, 下层缺陷定量结果偏 参考文献:
小; 延迟块探头定量结果均偏大, 且随着缺陷深度的
[ 1 ] 周正干, 孙广开, 李洋. 先进无损检测技术在复合材料
增加, 定量结果趋于准确。
缺陷检测中的应用[ J ] . 航空制造技术, 2016 , 59 ( 4 ):
缺陷定量准确性受探头的声场尺寸和焦点位置
30-35.

等声场特性影响。由于5MHzF3双晶探头在钢中
[ 2 ] SOHN H H , PARK G , WAITJ , etal.Wavelet-based

的焦点位置为表面下3mm , 其在 CFRP 中的位置
activesensin g fordelaminationdetectionincom p osite
则更深( 约为 8mm ), 因此该双晶探头对近表面缺 structures [ J ] .SmartMaterials& Structures , 2004 , 13

陷的回波信号强度不高, 检测灵敏度不高, 造成定量 ( 1 ): 153-160.

不准。同样, 对于水浸点聚焦探头, 当缺陷位于焦点 [ 3 ] XUB , GIURGIUTIUV.Sin g lemodetunin g effectson

位置处时, 其定量准确性较高, 而延迟块探头由于声 Lamb wavetimereversal with p iezoelectric wafer

activesensorsforstructuralhealth monitorin g [ J ] .
场较大, 定量准确性低。

3.3 检测结果对比 JournalofNondestructiveEvaluation , 2007 , 26 ( 2 / 3 /
4 ): 123-134.
各技术的 C扫图像都可有效识别出缺陷, 且缺 [ 4 ] 何存富, 周 文 桢, 刘 增 华, 等. 基 于 多 通 道 时 间 反 转
陷轮廓清晰, 可进行缺陷测量。从图8和图9可以
Lamb波 的 铝 板 小 缺 陷 检 测 [ J ] . 实 验 力 学, 2015 ,
看出, 水浸聚焦探头和双晶探头具有一定的聚焦功
30 ( 6 ): 683-689.
能, 能显示出 CFRP的纤维分布形貌。但水浸聚焦 ( 下转第65页)
3
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2021年 第43卷 第12期

无损检测