Page 40 - 无损检测2022年第四期
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韩   波,等:
   连续 SiC 纤维钛基复合材料制件的超声底波监控检测


   性显示的反射信号幅度比本底反射幅度约高 3dB ,
   标记处底波幅度明显降低, 底损 C 扫描图像呈现明
   显不连续, 且呈径向贯穿特征, 对应于图 8 ( b ) 所示
   的标记处。正常部位和标记 1 处 A 扫描波形如图 8
   ( c ),( d ) 所示, 选取标记 1 处进行了解剖, 其结果如
   图 8 ( f ) 所示。解剖证实, 缺陷为纤维束断裂。其他
   部位解剖后未见异常, 说明 C 扫描图中其他幅度较
   高的显示为纤维形状波动所致。
   2.2  结果分析
      由图 8 的 C 扫描结果可以看出, 标记 1 处的纤
   维碎裂沿径向有一定长度, 底损异常处与缺陷检测
   结果对应性好, 且底波监控检测更能够清晰分辨缺
   陷显示。由于结合界面纤维形状对本底反射幅度有
   影响。从缺陷检测 C 扫描图可以看出, 当纤维分布
   均匀, 与界面结合良好时, 本底反射信号幅度变化不
   大, 在 C 扫描图上呈现连续较为统一的颜色, 底波
   幅度变化不大, 且具有一定的连续性; 当纤维碎裂或                                     图 9  纤维碎裂断口显微形貌
   界面结合不良产生空洞类缺陷时, 反射信号幅度升                               ( 3 ) TMCs整体叶环的检测与解剖分析结果表

   高, 且该处底波幅度降低较明显, 在 C 扫描图上呈                        明, 由热等静压工艺参数控制不当、 连续 SiC 纤维束
   现明显的不连续性线性显示。                                     与钛合金基体的热变形不匹配、 复合材料宏观热膨
       将解剖的纤维碎裂断口置于扫描电子显微镜下                          胀系数的各向异性等因素诱发的结合界面处纤维束
   进行观察, 靠近钛合金外环和靠近钛合金内环的纤维                          断裂等空洞类缺陷, 具有在纤维 / 钛合金结合界面处
   束碎裂断口低倍镜下的显微形貌如图 9 所示。从图                          起源, 并沿周向或径向扩展的特征。
   9可以看出, 纤维束断口高低不平, 局部有纤维拔出                             ( 4 )随着制造工艺的不断发展以及复合材料制

   现象, 用不同颜色划分区域, 来表示复合材料部分发                         件相关基础研究和评价方法的深入研究, TMCs制
   生断裂的不同时间, 黄色圈注表示最先发生断裂的区                          件的超声检测能力有待进一步提高。
   域, 红色虚线分割了裂纹断口与人工断口。从纤维断
                                                     参考文献:
   裂严重程度以及内外环向纤维束内部扩散的程度判
   断, 碎裂首先起源于 SiC 纤维束与钛合金内环交界                         [ 1 ]   杨锐, 石南林, 王 玉 敏, 等 .SiC 纤 维 增 强 钛 基 复 合 材
   处, 然后在钛合金外环与复合材料交界处萌生裂纹。                                料研究进展[ J ] . 钛工业进展, 2005 , 22 ( 5 ): 32-36.
                                                      [ 2 ]   张少平, 李冠达, 安利平, 等 . 纤维增强钛基复 合 材 料
  3  结论
                                                           整体叶环设计技术[ J ] . 燃气涡轮试 验 与 研 究, 2015 ,



      ( 1 )纤维束尺寸为10mm×10mm ( 长 × 宽) 的                     28 ( 1 ): 45-48 , 53.
   TMCs 整 体 叶 环 底 波 监 控 模 拟 结 果 表 明, 选 用              [ 3 ]   李佩桓, 张勇, 王涛, 等. 连续 SiC 纤维增强金属基复合
   10MHz水浸聚焦探头进行底波监控检测, 可识别                                材料研究进展[ J ] . 材料工程, 2016 , 44 ( 8 ): 121-129.

                                                      [ 4 ]   王玉敏, 张国兴, 张旭, 等 . 连 续 SiC 纤 维 增 强 钛 基 复
   结合界面处直径不小于 2.0 mm 的空洞类缺陷; 底

   损差最大的部位偏离缺陷中心 2~3mm , 在缺陷定                              合材料研究 进 展[ J ] . 金 属 学 报, 2016 , 52 ( 10 ): 1153-
                                                          1170.
   位时应予以重视。
                                                      [ 5 ]   李虎, 黄旭, 黄浩, 等 . 连续 SiC 纤 维 增 强 钛 基 复 合 材

       ( 2 ) TMCs整体叶环结合界面的超声检测中,
                                                           料界 面 反 应 研 究 [ J ] . 锻 压 技 术, 2016 , 41 ( 4 ): 103-
   利用底波监控与缺陷检测结果, 可识别结合界面处
                                                          108.
   的空洞类界面缺陷信号, 缺陷反射信号幅度增高同
                                                      [ 6 ]   吉幸, 罗贤, 杨延清, 等 . 连续纤维增强金属基复合材
   时伴随底波反射幅度明显降低, 且 C 扫描图像中出                               料无 损 检 测 研 究 进 展 [ J ] . 稀 有 金 属 材 料 与 工 程,
   现明显的不连续。
                                                          2013 , 42 ( S2 ): 401-405.
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          2022 年 第 44 卷 第 4 期
          无损检测
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