Page 95 - 无损检测2022年第七期
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徐 莹,等:
含超材料的结构功能一体化复合材料的超声检测
匀, 无缺陷显示。 当探头置于超材料与石英纤维层板之间的脱
试块 C 扫描人工缺陷的检测数据如表 1 所示, 黏、 石英纤维层板与碳纤维层板之间的脱黏、 石英纤
缺陷的检测尺寸均在精确尺寸的 ±25% 以内, 满足 维层板的下表面以及碳纤维的上表面 / 中间层 / 下表
设备允许的误差范围; 缺陷区与非缺陷区的平均衰 面的分层缺陷( 即 2 ~9 缺陷) 上时, 在时基线上
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减差约为 10dB , 可以达到评定缺陷的灵敏度标准, 对应深度的时域位置出现人工缺陷的反射回波, 同
与常规碳纤维预浸料复合材料制件的检测 结果相 时底波消失。人工缺陷的波幅高度均满足 4∶1 的信
比, 无明显差异。 噪比要求。
表 1 试块 C 扫描人工缺陷检测数据 由图 4 和脉冲反射法的原理可知, 超声波能够
缺陷 检测面积 / 缺陷区与非缺陷区的 穿透材料内部的超材料和胶膜到达试块底面并发生
编号 mm 2 平均衰减差 / dB 反射, 超材料界面波波幅较高代表一部分声波被阻
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1 25.7 10.2 挡产生了较强的反射, 故该超材料薄膜对于超声波
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2 29.9 10.2 具有反射性与透射性的双重特点。
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3 26.4 10.2 石英纤维层板内近表面缺陷( 即 1 缺陷) 的 A
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4 32.6 10.2 扫波形如图 5 所示( 使用 5MHz探头), 由于始脉冲
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5 30.7 10.2 宽度大, 近表面分层缺陷的反射回波淹没在表面回
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6 23.2 10.2
波之中, 无法有效识别。
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7 28.3 10.2
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8 31.6 10.2
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9 24.8 10.2
由此可见, 穿透法 C 扫描能够有效检测出试块
中预埋在不同深度处的人工缺陷, 缺陷的显示尺寸
和评定门槛值可以满足工程化检测的需求。
2.2 A 扫描检测结果
探头在试块上按照规定的扫描路径进行扫查,
图 5 试块近表面缺陷的 A 扫描波形( 5 MHz探头)
使声束全部覆盖试块待检测部位。对试块的非缺陷
区进行大量的 A 扫描检测试验, 5MHz探头的波形 使用 15MHz探头对试块采用同样参数进行检
如图 4 所示。 测, 非 缺 陷 区 和 近 表 面 分 层 缺 陷 的 A 扫 波 形 如
图 6 , 7 所示。
图 4 试块非缺陷区的 A 扫描波形( 5 MHz探头)
由图 4 可见, 试块的表面回波和底面回波清晰 图 6 试块非缺陷区的 A 扫描波形( 15 MHz探头)
可见, 且波幅较高, 两者之间对应深度的时域位置存 由图 6 可知, 15MHz探头的始脉冲宽度窄, 盲
在超材料界面波和板板黏接的胶膜波, 其中超材料 区较小, 表面回波与超材料界面波可从时域位置上
界面波的脉冲宽度较宽而与表面回波相连, 其波幅 显著区分。由于高频声波的波长较短, 穿透力较差,
高度略低于表面回波的波幅高度。超材料界面波达 故超材料界面波和胶膜波的波幅较低, 底面回波信
号微弱。当探头置于 2 ~9 缺陷上时, 反射回波
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到 80%FSH ( 满 屏 高 度) 时, 底 面 回 波 达 到 40%
FSH , 且随着探头在非缺陷区的移动, 超材 料界面 的信噪比小于 2∶1 , 缺陷不易分辨, 而更窄的脉冲宽
波高保持不变。 度能够有效提高探头的纵向分辨力, 靠近表面的分
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2022 年 第 44 卷 第 7 期
无损检测
