复合材料超声检测技术.doc

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1、复合材料超声检测技术立陶宛考纳斯科技人学的Kazys等人釆用斜入射同侧检测方式，研究了航空用复合材料垂直结构蜂窝板中A0模式Lamb波的板边回波特性，由于损伤区域有很强的能量泄漏，所以可用于检测脱粘和结构损伤等缺陷，并估计其大小。波兰格坦斯克科技大学的Imielinska等人采用空气耦合探头和穿透式超声C扫描技术对多层聚合体复合材料的冲击损伤进行了检测研究，与X射线检测结果比较后表明，该方法更快、更方便、更准确，且可用于检测一些X射线无法检测的材料。美国爱荷华州立大学无损检测中心的HSU和印度GE全球研究中心的Kommareddy等合作，利用压电陶瓷空气耦合换能益，开展了复合材

2、料零部件的缺陷检测和修复评价的研究工作，并研制了相应的空气耦合超声扫描系统，在飞机零部件阵地探伤中得以使用;英国伦敦大学的Berketis等人利用空气耦合超声检测方法对潜艇用玻璃纤维增强型复合材料的损伤和退化进行了检测和评价，获得了用水耦合超声检测方法得不到的效果。丹麦国家实验室的Borum与丹麦工业大学的Berggreen等人合作，利用空气耦合超声波,采用穿透法，对海军舰艇用层状叠合复合材料板进行检测，结果显示，该方法可以检测出上述材料板中的脱粘。4、激光超声检测技术激光超声是目前国内外研究最活跃的非接触超声检测方法之一。它利用高能量的激光脉冲与物质表面的瞬时热作用，在固体表

3、面产生热特性区，形成热应力，在物体内部产生超声波。激光超声检测可分3种：一种用激光在工件中产生超声波，用PZT等常规超声探头接收超声波进行检测;另一种用PZT等常规超声波探头激励超声波，用激光干涉法检测工件中的超声波;还有一种用激光激励超声波，并用激光干涉法检测工件中的超声波，此法是纯粹意义上的激光超声检测技术。超声波的激励或探测可通过激光进行，不需要耦合剂，因而可实现远距离非接触检测，检测距离可从几十厘米到数米。所激发的超声波具有很宽的频带，从几百kHz到几GHz,可用于薄膜测量分析等一些特殊应用场合。而且探测激光可聚焦到非常小的点，可实现高达数微米的空间分辨力。此外，激光超

4、声源能同时激发纵波、横波、表面波以及各种导波，是试验验证各种复杂媒质中声传播理论的有效手段。近年来，已发展成超声学中的重要分支，并在激光超声信号的激发与接收、传播以及应用等方面取得很大进展。激光超声检测的快速、远距离和窩分辨力等特性适用于常规压电检测技术难以检测的形状结构较复杂或尺寸较小的复合材料以及材料的高温特性等研究，如飞机上各个部件的定位和成像等。加拿大A.Blouin用激光超声研究了蜂窝芯复合材料的分层、脱粘等缺陷。美国洛克希德•马丁公司开发了LaserUT激光超声检测系统，在检测F・22复合材料构件时获得了清晰的B扫描、C扫描图像，不需要任何特殊夹具，检测时间大大缩短

5、，达到了传统超声无法达到的效果。国内钱梦驟等在激光超声的特性和检测各种材料的力学特性方面进行了大量的研究。刘松平研究了碳纤维增强树脂基复合材料中常见缺陷的激光超声信号特性与缺陷识别评估方法。利用激光发射-超声接收检测系统有效地提取了反映复合材料中缺陷的声波信息,并可进行缺陷的判别，确定缺陷的性质。尽管激光超声在复合材料检测中取得了很大的进展，但现阶段仍存在2个主耍问题：一个是光声能量的转换效率较低；另一个是激光超声信号微弱，需要提高检测灵敏度。适当增大激光的能量，可提高激光超声信号强度。但当能量增大到一定程度时，又容易将材料的表面灼伤。因此，揭示激光发声机理、提高光声转换效率及

6、其检测灵敏度已成为激光超声研究的3个主要方向。5、相控阵超声检测技术相控阵超声检测技术是一种多声束扫描成像技术，它所采用的超声检测探头是由多个晶片组成的换能器阵列，阵列单元在发射电路激励下以可控的相位激发出超声，产⑴的球面波在传播过程中波前相互叠加，形成不同的声束。相控阵超声探头由晶片阵列组成，各声束相位可控，可用软件控制聚焦焦点，不移动探头或尽量少移动探头就能扫査厚大工件和形状复杂工件的各个区域。通过优化控制焦柱长度、焦点尺寸和声束方向，使得相控阵超声在分辨力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的优越性。在实际的检测应用和研究中，设计•形状巧妙的探头已成为解决可达性差和空间限制

7、问题的有效手段，英国RJ.Freemantle等人用一种新颖的相控阵超声探头检测大面积航空复合材料构件，把相控阵阵列安装在橡胶滚轮中，该滚轮既可于•动也可自动控制，能有效检出航空复合材料构件屮的裂纹及未贴合等缺陷。Olympus无损检测公司的J.Habermehl等人用该公司的相控阵超声检测系统OnmiScnnTMPA对飞机上碳纤维增强聚合物基复合材料平板构件进行检测，不仅比传统超声检测速度快而且成像效果好。J.Habermehl等人还设计了专门检测碳纤维增强聚合物基复合材料弯管的弧形相控阵