Page 104 - 无损检测2023年第四期

岳登魁, 等:

“中温环境”环氧树脂固化过程的 Lamb波实时监测

图7 中温 Lamb波监测装置实物

图5 85℃下2mm 厚钢板相速度频散曲线
2.2.4 85℃下透声楔块和入射角分析 85℃下进行了3 轮时长为 10h 的稳定性测试, 得

透声楔块作为接收探头和发射探头的模块, 其 到超声回波信号如图8所示。图8 ( a ) 为85℃监测
钢板的超声回波信号, 图8 ( b ) 为对回波信号进行快
在 85 ℃ 环 境 下 的 透 声 性 能 和 稳 定 性 直 接 影 响

速傅里叶变换( FFT ) 得到的频谱图。从回波信号和
Lamb波回波能量高低和回波信号的准确性。采用
复合材料探头在85℃下( 涂抹高温耦合剂) 以纵波 频谱图可以看出存在 A 0 模式和 S 0 模式的 Lamb

波, 与之前的入射角曲线一致。图8 ( c ),( d ) 分别为
分别检测有机玻璃、 eek 材料, 得到的超声回波信
p
各模式回波信号峰值随监测时间的变化曲线。
号峰值变化曲线如图6所示。
结果表明, 所采用的中温 Lamb波监测装置在

85℃环境下回波幅值的最大变化约为0.001V , 变
化率为1% , 性能稳定。
2.3 试验方法

将配好的环氧树脂倒入2~3mm 深度的钢槽
内, 将钢槽放入恒温箱中在85℃下恒温固化, 待树

脂复合物表面呈水平且不流动后开始监测, 开启
Lamb波监测系统, 采集和储存超声回波信号数据,

每隔30min采集和存储一组数据; 采用该监测系统
在相同固化温度和环境下监测相同钢板上2组不同

厚度环氧树脂的固化过程, 其初始厚度分别为2mm

和 3mm 。
3 试验结果分析

3.1 超声回波信号分析
环氧树脂固化过程中的超声回波监测信号如图
9所示, 由于超声信号传播过程中存在干扰和热噪

图6 不同材料透声楔块中超声回波信号峰值变化曲线 声等因素影响, 故对信号进行降噪, 提高信噪比。小
由图6可以得出, eek材料与有机玻璃相比, 在 波分析法由于能有效地区分信号中的突变部分和噪
p

85℃环境下透声性能好、 回波幅值高、 稳定性好, 更 声 [ 13 ] , 故笔者使用小波分析法对所得信号进行降
加适合作为高温 Lamb波监测装置的透声楔块。 噪, 降噪后的信号如图 9 ( b ) 所示, 可见降噪效果良
基于上述研究, 笔者选择复合材料高温探头作 好。对降噪后回波信号的一次回波和二次回波进行
为中温 Lamb波监测装置的发射和接收探头; 选择 傅里叶变换得到其频谱( 见图10 ), 可以看出树脂的
p eek材料楔块和 Sono600 型高温耦合剂作为该监 加入并没有引入新的 Lamb波模式。
测装置的透声楔块和耦合剂, 并制作了一套夹具来 3.2 超声回波声衰减系数的变化规律

保证85℃下装置各部分的耦合稳定性, 中温 Lamb 环氧树脂固化过程中高分子化合物分子与分子
波监测装置实物如图7所示。 之间会发生化学交联和物理交联, 在交联过程中树
为验证中温 Lamb 波监测装置的稳定性, 在 脂体系性能会发生变化, 经历从液体黏流态到凝胶
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2023年 第45卷 第4期
无损检测