复合材料微波无损检测技术的研究.pdf

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1、26化工机械2014年复合材料微波无损检测技术的研究4侯哲料段滋华(太原理工大学化学化工学院)摘要介绍了复合材料无损检测的各类方法，并与微波检测法对比，分析其优缺点，重点阐述微波检测法的原理、特点及其在复合材料中的应用，同时分析基于微波技术的复合材料内部缺陷检测的机理，最君展望了微波检测技术在复合材料中的发展状况。关键词复合材料微渡技术无损检测缺陷中图分类号TQ050．4+3文献标识码A文章编号0254-6094(2014)01-0026-05复合材料是由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合而成的新型材料，它可以有机地结合各种材料的优点，克服单一材料的缺点，扩大

2、单一材料的应用范围。近年来，复合材料已经广泛应用于石油化工行业，如高压玻璃钢管在油田开采过程中用作输送管线、井下油管及套管等。双金属复合材料用在氟化工生产设备的制造，它们具有耐高温、耐高压、耐腐蚀的优良性能；环氧基纤维缠绕气瓶，具有重量轻、防腐蚀及成本低等优点。复合材料在生产制造和使用过程中，由于设备、材料特性、工艺及参数的控制等因素，在复合材料制品中难免会出现气孔、疏松、树脂开裂、分层以及脱粘等缺陷。微波是频带很宽的电磁波，频率通常在0．3～300．0GHz之间，相应波长为1—1000mm。微波无损检测技术通过研究微波与被检材料的相互作用，通过反馈回来的基本信号来

3、判断被检材料的缺陷特征和物理参数¨1。1复合材料无损检测技术可应用于复合材料结构中缺陷无损检测的技术很多，包括超声检测技术、射线检测技术、声发射技术、工业cT检测技术、声一超声技术、涡流检测技术、红外热波成像技术(以上称常规检测技术)以及微波检测技术等。1．1常规检测技术超声波在复合材料中衰减很大，在精度要求不高的情况下，穿透法可以用于构件的粗检。脉冲回波法的精度较高，但因衰减不能测定太厚的介质材料嵋。。射线检测法主要是检测夹渣、气孔等体积状的缺陷，不能有效检测复合材料的层间脱粘。且当材料厚度较大时，因黑度差不明显，很难判断是否有缺陷p1。声发射检测主要用于在役产品

4、的检测，对宏观动态扩展缺陷进行检测，对静态缺陷无效。且该技术对单个缺陷检测灵敏度不高，适用于整体构件的检测HJ。工业CT技术的检测精度较高，在不受构件结构形状限制的情况下，可以精确检测出复合材料的气孔、夹渣、裂缝、分层等缺陷及其尺寸和在构件中的位置。但该技术采用的是断层扫描法，一次扫描只能检测0．5—10．0mm的宽度，检测周期长、费用高¨1。声一超声检测技术适用于复合材料的完整性评估，可以检测出复合材料中的孑L隙、分层及脱粘等宏观上不连续缺陷群。但该技术对单个、分散缺陷的检测精度较低旧。。涡流检测法主要适用于检测导电材料的表面缺陷，对于复合材料非金属基底及内部缺陷

5、无法}2012年太原市科技局资助项目(1201640：29)。女}侯哲，男，1989年4月生，硕士研究生。山西省太原市，030024。第41卷第1期化工机械27检测¨1。红外热波检测法适用于检测复合材料界面脱粘类缺陷，并能准确地检测出分层的深度。但该方法受周围环境温度的影响较大，检测精度不高Ⅲ。1．2微波检测技术与常规无损检测技术相比，微波检测技术的特点具体表现为p】：a．微波元损检测属非接触检测，可以快速、连续、实时地进行检测；b．微波频谱宽、方向性好，对非金属材料的穿透能力很强，很适合测量复合材料的内部缺陷；C．除了能检测出材料的体积状缺陷外，对于面状缺陷(如脱

6、粘)也有较好的检测精度；d．微波对被检材料特性的变化很灵敏，能够较好地检测材料的密度、厚度及湿度等；o．微波测量信号是电信号，不用进行非电量转换，测量快速、操作简易；f．微波辐射危害较低，屏蔽设备简单、维护费用低。2复合材料微波无损检测技术的研究与应用微波无损检测是通过测量微波信号基本参数的变化来达到检测材料内部缺陷或物理特征参数的目的。其原理是利用微波与材料的相互作用，微波信号入射到介质表面时，会发生反射、散射、透射，材料中的电磁参数和几何参数会改变微波场，从而改变回波损耗、相位等基本参数。2．1介电常数的微波测量介电常数是材料的主要参量。基于对反射系数S。。和传

7、输系数S：。的准确测量，可以用自由空间法测量复介电常数，其最简单的模型是一束平面电磁波射到处于无限大介质中的平板上。测得的反射系数和传输系数分别为：sIl：警(1)s：，：攀(2)，=等，z=e1。，Z=l佑，7=(2av／A)s”2式中d——试件厚度；J】L——微波波长。由此可得复介电常数为：弘盖(等)㈤王晓明等用这种方法测量厚度4．6mm、半径为100—500mm的不同曲面试件的反射系数Js，，的幅值和相位，并与同等厚度的平面试件比较。结果表明，只要微波波长小于试件的曲面半径，那么采用自由空间法测量介电常数是很准确的¨⋯。2．2复合材料湿度的微波测量微波湿度