Page 96 - 无损检测2022年第七期

徐 莹,等:
含超材料的结构功能一体化复合材料的超声检测

分别进行了对比分析, 结果如表 2 所示。

改进型 15 MHz探头兼具了 5 MHz探头的穿

透力、 信噪比以及 15MHz探头的近表面分辨力, 同

时在空载脉冲周数和始脉冲宽度上优于另两个探
头, 具有更高的纵向分辨力。
表 2 各类型探头检测效果对比

脉冲宽度 0.18mm 穿透力
探头类型 信噪比
( 周数) 分辨力 ( 相同灵敏度)

图 7 试块近表面分层的 A 扫描波形( 15 MHz探头)
改进型 15 MHz 1.5 清晰可分辨 底波波幅 40% ≥4∶1
层则更容易被识别 [ 4 ] ( 见图 7 )。 5 MHz 2.5 不可分辨 底波波幅 40% ≥4∶1

由此可见, 5MHz探头可以穿透试块得到波幅 15 MHz 2.0 清晰可分辨 无法穿透试块 <2 : 1

稳定的底面回波并能识别出其内部的结构特征, 却
3 检测实例
没有足够的分辨力识别近表面分层; 15 MHz探头
的近表面分辨力很好但穿透力不足。为此, 研发了
对某型号飞机结构功能一体化零件的局部含超
一款改进型高频延迟平探头, 以解决两者不可兼顾
材料区域( 在装配钻孔后) 进行了超声检测。该区域
的问题。 所用的材料、 铺层和结构形式与上文所述的试块相
2.3 改进与对比分析 近, 即内部铺贴了超材料膜的石英纤维层板与碳纤
改进的探头频率为 15 MHz , 在不改变检测条 维层板的板板胶接结构。由于零件处于装配阶段,

件的情况下, 其对试块的检测波形如图 8 , 9 所示, 可
采用接触式反射法进行 A 扫描检测。探头在零件

见其表面回波的脉冲宽度较常规 5MHz探头的脉 上按照规定的扫描路径移动, 以使声束全部覆盖零
冲宽度减 少 了 50% , 近 表 面 分 层 缺 陷 清 晰 可 分 辨 件的待检测部位。
( 见图 8 , 9 )。同时, 改进型探头对于非缺陷区的穿
使用常规 5 MHz探头对该零件进行大范围的
透力 与 5 MHz 探 头 的 相 近, 明 显 优 于 同 类 型 的

A 扫描, 得到的两种典型波形如图 10 , 11 所示。

15MHz探头。

图 10 零件 A 扫描的典型波形 1 ( 5 MHz探头)

图 8 试块非缺陷区的 A 扫描波形( 改进型 15 MHz探头)

图 11 零件 A 扫描的典型波形 2 ( 5 MHz探头)

图 9 试块近表面分层的 A 扫描波形( 改进型 15 MHz探头) 典型波形1的表面回波脉冲宽度为 2.5 周, 超材
在相同的检测条件下, 对改进型 15 MHz延迟 料界面波、 胶膜波与底面回波相距很近, 底波波幅高

平探头与常规 5 MHz和 15 MHz探头的检测效果 度约为20%FSH , 在该扫描区域缓慢移动探头时, 波

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2022 年 第 44 卷 第 7 期

无损检测