复合材料的超声检测技术

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1、复合材料的超声检测技术米万方数据UltrasonicTestingTechnologiesforComposites曩票姜翌簇黧-5募耄淼周正干向上魏东高翌飞北京航空航天大学无损检测机电工程研究所～。⋯⋯”⋯。周正干博士。教授。主要研究方向为无损检测及计算机测控技术等。曾获原航天工业总公司科技进步二等奖．发表论文70余篇。随着我国航空航天技术的快速发展，各种复合材料应用越来越广泛。迄今为止，战斗机使用的复合材料占所用材料总量的30％左右，新一代战斗机将达到40％；直升机和小型飞机复合材料用量将达到70％～80％左右

2、，甚至出现全复合材料飞机。复合材料及其构件开发与应·无损检测技术教育部蘑点实验室开放基金、北京市教育委员会共建项目资助。70航空制造技术·2009年第8期复合材料及其构件开发与应用的迅速发展，对无损检测技术提出了严峻的挑战。经过不断的研究、开发和完善，目前超声检测已成为最主要和成熟的复合材料无损检测方法之一。由于复合材料结构多种多样。要求也不尽相同，仅仅利用超声检测方法还难以胜任其质量的检测与评定，实际检测工作中往往需要针对不同检测对象和要求，采用不同的检测技术和方法。用的迅速发展，对无损检测技术提出了严峻的挑战。

3、经过不断的研究、开发和完善，目前超声检测已成为最主要和成熟的复合材料无损检测方法之一。由于复合材料结构多种多样，要求也不尽相同，仅仅利用超声检测方法还难以胜任其质量的检测与评定，实际检测工作中往往需要针对不同检测对象和要求，采用不同的检测技术和方法。超声检测在复合材料研究及其制造中的应用复合材料无损检测主要应用于以下3个方面：材料无损检测；结构无损检测；服役无损检测。材料无损检测主要解决材料研究中面临的问题，进行诸如材料内部缺陷表征、性能测试、缺陷基本判据的建立、无损检测物理数学模型的建立等研究，其检测对象主要是试

4、样、试片。结构无损检测主要解决结构在工艺制订，结构件制造过程中面临的问题，如对各种结构件进行无损检测所需的仪器设备等检测手段的建立、信号处理技术、缺陷判别、标准建立与完善等，检测的对象是各种装机应用的工程结构件。服役无损检测主要研究装机结构件在服役过程中所需的无损检测方法、手段等，包括提供有关结构件残余寿命、剩余强度、损伤扩展等综合信息的评估，检测的对象是装机后的各种服役结构件。大量的研究和应用表明，超声检测是目前对于复合材料最为实用有效、应用最为广泛的无损检测技术，它能可靠地检测出万方数据复合材料中的分层、疏松、

5、孔隙等大部分危害性缺陷。下表给出了几种常见复合材料超声检测技术的特点。最常用的显示结果提供给最终用户。超声C扫描是具有C型显示功能的探伤方法，在宏观缺陷检测中，常用频率为0．5～25MHz的探头，采复合材料常用超声检测技术的特点k。堂妻蔓．．跫tt苎涵泓。。幽幽酗缬酗鼬峨耘“—蠡如，特，，．影一¨j‘，母瓴虢嫡汹粥轴础《_超声C扫描检测显示直观，操作简便，可用干定量分析超声导波检测使用线扫描方式，检测速度快，多用于定性检测空气耦合超声检测无需使用耦合剂，可实现非接触检测激光超声检测可实现远距离检测，具有较高分辨力相

6、控阵超声检测电子聚焦。可对形状复杂构件进行快速扫查’非线性超声检测对微观缺陷十分敏感，可用于寿命预测复合材料制品超声检测方法1超声c扫描检测技术超声探头接收到的脉冲回波具有不同的图像显示方式，常见的有A型显示、B型显示和C型显示。A型显示是基础，其他两种显示方式均由A型显示的数据重建得到。其中，C型显示是一种在一定深度探测的显示方式，图像上的纵、横坐标分别表示探头在被检体表面上的纵、横坐标，所以C型显示的结果是与扫描平面平行的一幅截面图像，并作为用脉冲反射法进行检测。超声C扫描由于显示直观，检测速度快，已成为大型复

7、合材料构件普遍采用的技术。目前C扫描检测技术能够清晰地检出复合材料结构中体积分布类缺陷。K．Lemster在研究金属基复合材料的机械性能时，使用超声C扫描对材料内部的均匀性和裂纹进行了检测。国内魏勤等人利用超声C扫描对碳化硅颗粒增强铝基复合材料试样进行了检测，可以清晰地看出材料中的团聚和孔洞。浙江大学王艳颖针对大型非对称复合材料构件提出了一种超声C扫描检测方法，该方法集机器人、反求工程、超声成像，超声信号处理等多学科技术于一体，实现了实时检测时对构件曲面跟踪和灵敏度实时补偿的功能。吴瑞明采用多传感器信息融合技术，通

8、过仿形测量和重建模型的方法实现了复合材料超声C扫描的一般过程，准确检测出了复合材料的缺陷。但如要求有更精确的复合材料定量检测技术，特别是对于新型复合材料，如缝编结构及陶瓷基复合材料等，要了解和掌握这类材料内部缺陷的分布情况和含量，常规的C扫描往往难以胜任。2超声导波检测技术导波是指由于介质边界的存在而产生的波，在介质尺寸跟声波波长可比的情况下，介质中的波以反