碳纤维复合材料相控阵检测

检测背景

1. 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料（复合材料），与传统材料相比，碳纤维复合材料具有如下特性: 可设计性和各向异性，材料与结构一体化，复合效应，材料性能对复合工艺的依赖性等。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，以及在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。因此碳纤维复合材料在交通运输、宇航工业等方面得到的应用。

2、无损检测的必要性

虽然碳纤维复合材料作为一种新兴材料已经得到的应用，但是在生产过程中，由于工艺不稳定，空隙、夹杂等缺陷无法完全避免，它的横向承载与抗剪能力较低，在冲击或疲劳等载荷的作用下极易发生损伤直至破坏。

3、研究表明，试样厚度不同时碳纤维复合材料的力学性能会发生明显的变化，因此，为了保证碳纤维复合材料的抗拉强度和弹性模量，需要对碳纤维复合材料的厚度进行严格控制。碳纤维复合材料在制造过程中产生的典型缺陷主要包括空隙、分层、脱粘和表面损伤; 在使用过程中产生的典型损伤主要有刀痕或划伤、腐蚀坑、分层、脱粘、圆孔变形和有分层产生的下陷等。

4、随着复合材料应用的日益，二次机械加工越来越多，尤其是在碳纤维复合材料的零件与其他零部件装配连接时，不可避免地要进行大量孔加工，而在孔加工的过程中容易造成复合材料的脱粘等缺陷。研究发现，纤维方向对钻孔缺陷的形成有严重影响; 轴向力越大，分层缺陷越严重，并且撕裂缺陷迅速增大。

5、复合材料中常见缺陷及产生原因

 

6、利用超声波的衰减量和传播速度来检测碳纤维复合材料内部的空隙缺陷。利用超声衰减检测方法得到的空隙率检测结果，均包含了对不同半径孔隙和其他缺陷的声学等效意义在内，这种等效与相应材料的力学或强度可靠性等效之间的关系问题，尚有待于深入研究。利用超声声阻抗可以测量碳纤维复合材料的孔隙率，无需测量材料的声速和密度，并且测量结果受孔隙率形貌影响较小，容易实现。利用超声相控阵检测系统，对含有裂纹、夹杂、分层3种缺陷的碳纤维复合材料实验板进行检测研究。结果表明，该方法对碳纤维复合材料的缺陷类型的区分具有较好的效果。

检测报告：（1.工件如下图）
      

2，检测配置

主机：相控阵SX

探头：5L64-NW1   楔块：SNW1-0L

3，检测区域

如图一，从前往后依次分为5个检测区域，从左往右分别标记为1#，2#，3#，4#，5#区域

4，检测结果

2#区域有六处粘接缺陷，4#区域有五处粘接缺陷，5#处有三处粘接缺陷

5，缺陷截图

 

2#区域检测出6处缺陷，如上图

 

4#区域检测出5处缺陷，如上图

 

5#区域检测处3处缺陷，如上图

由于边缘处耦合效果不好，所以底波信号变化引起图像信号变化

6. 结论：

超声相控阵检测技术可以通过三维图像，利用反射信号颜色的对比更直观的体现出工件的好坏程度。通过横向（缺陷与缺陷之间）和纵向（缺陷与底面回波之间）颜色及波高的对比，采用记录数据的形式，用分析软件给出反射信号更准确的定量。配合编码器对反射信号进行定位。综上所述：采用超声相控阵检测技术对复合材料的检测良好的检测效果。