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複合材料無損AG8|官网技術大全

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複合材料無損AG8|官网技術大全

發布日期:2016-10-18 00:00 來源: 點擊:

貴州材料AG8|官网之複合材料無損AG8|官网技術大全

1

射線AG8|官网技術

射線AG8|官网技術( Radiographic Testing,即 RT) 是利用射線( X 射線、γ 射線、中子射線等) 穿過物體時的吸收和散射的特性,AG8|官网其內部結構不連續性的技術。

射線AG8|官网技術比較適合於AG8|官网孔隙、夾雜等體積型缺陷,對平行於射線穿透方向的裂紋有比較好的AG8|官网效果,對複合材料中特有的樹脂聚集與纖維聚集等缺陷也有一定的AG8|官网能力,在鋪層數量較少時,還可發現鋪層內纖維彎曲等缺陷。

由於分層缺陷對射線穿透方向上介質並無明顯影響,因此分層缺陷在成像上並不明顯。同樣的原因,射線AG8|官网技術對平行於材料表麵的裂紋也不敏感。

1.1

射線照相

在所有的射線AG8|官网技術中,膠片射線照相技術發展最早,而數字式射線實時成像AG8|官网技術則發展最快。與膠片照相技術相比,數字式射線成像技術的成像質量與膠片照相技術相當,在AG8|官网的實時性、效率、經濟性和易用性等方麵則有著無可比擬的優越性,因而得到了快速的發展。

目前,具備一定智能識別能力的實時成像AG8|官网技術已經應用於複合材料產品的在線AG8|官网,可對裝配線上的工件進行實時快速AG8|官网,成為確保產品合格率的重要AG8|官网手段。

1.2

工業CT

層析攝影也叫計算機斷層掃描成像( Computed Tomography,即 CT) ,該技術是利用 X 射線探測物體 的內部,通過測定射線的衰減係數,采用數學方法, 經計算機處理,求解出衰減係數值在某剖麵上的二維分布矩陣,轉變為圖像畫麵上的灰度分布,從而實現建立斷麵圖像的成像技術。


通過分析斷層麵內密度的分布,就可以獲得複合材料內部密度均勻性、微孔隙體積含量與分布等方麵的信息。一般來說, CT 照片的對比度比 X 射線照片的對比度要低,但因消除了不同層麵圖像疊加重影問題,實際可讀性強 於 X 射線照片。


不過 CT 成像原理決定了密度高的物質會在一定程度上被放大,這也就導致了分層、孔隙、裂紋等損傷圖像的尺寸比實際尺寸略小而纖維堆積等密度高的缺陷圖像比實際尺寸略大的特有現象。


總的來說,CT 掃描成像的技術具有以下特點:

①高空間分辨率和密度分辨率( 通常<0. 5% ) ;

② 高動態AG8|官网範圍 ( 從空氣到複合材料再到金屬材料) ;

③成像尺寸精度高;

④在穿透能量足夠的情況下,不受試件幾何結構限製。


貴州材料AG8|官网告訴你其局限性表現為:

AG8|官网效率低、AG8|官网成本高、雙側透射成像、不適合於平麵薄板構件的AG8|官网以及大型構件的現場AG8|官网。利用CT成像技術可以有效AG8|官网先進複合材料中的孔隙、夾雜、裂紋等缺陷,也可以測量材料內部的密度分布情況,如材料均勻性、微孔隙含量等。


在工業應用上,美國在上世紀八十年代就研製出了用於AG8|官网大型固體火箭發動機複合材料殼體的工業CT設備,並逐漸將該技術應用於其它複合材料結構的無損AG8|官网中,我國也於上世紀 90 年代後期成功地將工業 CT 技術應用於C / C複合材料、碳 / 酚醛複合材料等的AG8|官网,解決了一些關鍵性的無損AG8|官网技術難題,取得了較好的經濟效益與社會 效益。

1.3

康普頓背散射成像AG8|官网技術

康普頓背散射成像( CST ) 技術是一種新的射線AG8|官网技術,它具有單側非接觸、AG8|官网靈敏度高、快速三維成像的特點,對低密度材料的AG8|官网可獲得比透射成像更高的圖像對比度,非常適合於複合材料等原子序數較低材料的物體。


當被檢物體結構複雜,或無法進行雙側成像AG8|官网時,CST 技術就顯示出了獨特的優勢。目前,CST 技術在國外航空航天領域已經得到了廣泛的應用,在國內,尚處於探索性研究階段。

2

超聲AG8|官网技術

超聲波AG8|官网( Ultrasonics Testing) 是利用材料的聲學特性和內部組織的變化對超聲波的傳播產生一定影響的物理現象,從而通過對超聲波受影響程度和狀況的分析來了解材料性能和結構變化的技術。通常有穿透法、脈衝反射法、串列法等。

2.1

傳統的超聲波AG8|官网方法

超聲探頭接收到的脈衝回波有多種圖像顯示方式,常見的有 A 型顯示、B 型顯示和 C 型顯示,所謂 的 A 掃描、B 掃描或 C 掃描就是具有相應顯示功能的探傷方法。


在這些顯示方式中,A 型顯示是基礎, 其橫坐標表示時間,縱坐標表示振幅。其他兩種顯示方式是由 A 型顯示的數據重建得到。


其中,B型顯示給出沿超聲波指向上的橫截麵視圖,該方法能夠測得缺陷在截麵視圖上的深度位置和截麵上的特征尺寸,但是不能給出其相對於掃描 平麵的位置。


C型顯示是一種在一定深度探測的顯示方式,圖像上的縱、橫坐標分別表示探頭在被檢體表麵上的縱、 橫坐標,所以 C 型顯示的結果是與掃描平麵平行的一幅截麵圖像,可以給出缺陷關於掃描平麵的位置, 但是不能給出缺陷距離掃描平麵的深度。


超聲 C 掃描由於顯示直觀,AG8|官网速度快,已成為大型複合材料構件普遍采用的探傷技術,能夠清晰地檢出複合材料結構中體積分布類的缺陷。


由於超聲在交界麵上會發生反射,為保證超聲能有效地輸入被測物體內部,除要求安放探頭的平麵比較平整外,一般還會在探頭與被測物之間使用耦合劑。


工業上,則采用水浸法或噴水法提高超聲能量的利用率。


一般情況下,對小而薄、結構簡單的平麵層壓板及曲率不大的複合材料構件,多采用水浸式反射板 法; 對於小而稍厚的複雜結構件,無法采用水浸式反 射板法時,可采用噴水脈衝反射法或接觸帶延遲塊脈衝發射法; 對於大型複合材料結構宜采用水噴穿透法或水噴脈衝反射法。


複合材料的多層結構 使得聲波在材料中的衰減較大,而航空航天領域多采用薄板結構,由此所引起的噪聲和缺陷反射信號的信噪比較低,不易分辨,對AG8|官网人員的工作經驗有 較高要求。

2.2

超聲導波AG8|官网方法

超聲導波AG8|官网方法( Ultrasonic Guided Wave Testing) 是近年來新的研究熱點。導波是指由於介質邊界的存在而產生的波,在介質尺寸與聲波波長可比的情況下,介質中的波以反射或折射的形式與邊界發生作用並多次來回反射,發生縱波與橫波間的模態轉換,形成複雜的幹涉,呈現出了多種傳播形式,形成各種類型的導波。


導波本質上是由縱波、橫波等基本類型的超聲波以各種方式組成的。導波的主要特性包括頻散現象、多模式和傳播距離遠。


超聲導波AG8|官网是一種快速大範圍的初步AG8|官网方法,一般隻能對缺陷定性,而定量是近似的,對可疑部位仍需要采用其他AG8|官网方法才能作出最終的評估。該方法主要用在各種管道的無損AG8|官网之中。

2.3

空氣耦合超聲AG8|官网技術

傳統超聲無損AG8|官网方法由於需要使用耦合劑,無法適用於某些航空航天用複合材料構件的AG8|官网,主要原因是耦合劑會使試樣受潮或變汙,且有可能滲入損傷處,這會嚴重影響構件的力學強度和穩定性。


非接觸空氣耦合超聲AG8|官网技術( Air-coupled Ultrasonic Nondestructive Testing Technology) 是解決這個問題的可行途徑之一。


空氣耦合超聲AG8|官网是以空氣作為耦合介質的一種非接觸超聲AG8|官网方法,它可以實現真正的非接觸AG8|官网,不存在換能器的磨損,可進行快速掃描。


另外,空氣耦合超聲AG8|官网容易實現縱波到橫波、板波和瑞利波等的模式轉換,而研究結果表明,在複合材料AG8|官网中,橫波、板波和瑞利波比縱波的靈敏度高,空氣耦合超聲AG8|官网的這一優點有利於實現複合材料的AG8|官网和材料特性的表征。


目前,國外已開始將空氣耦合超聲AG8|官网技術用於某些複合材料板的AG8|官网,可以AG8|官网出脫粘、脫層、氣孔、夾雜和纖維斷裂等缺陷,可以解決傳統液體耦合超聲AG8|官网方法不能解決的問題。


但是,空氣耦合超聲AG8|官网的信號衰減很大,聲阻抗較高的材料很難實現在線AG8|官网,必須采用特殊機製來改進,而且采用脈衝回波法進行AG8|官网的難度較大,多數采用穿透法AG8|官网和 斜入射AG8|官网。

2.4

貴州材料AG8|官网的激光超聲AG8|官网技術

激光超聲(Laser Ultrasound testing technology) 是目前國內外研究最活躍的非接觸超聲AG8|官网方法之一。


它利用高能量的激光脈衝與物質表麵的瞬時熱作用,在固體表麵產生熱特性區,形成熱應力,在物體內部產生超聲波。


按超聲波的激發與AG8|官网方式不同,激光超聲AG8|官网可分 3 種: 一種用激光在工件中產 生超聲波,用常規超聲探頭接收AG8|官网; 另一種用常規超聲波探頭激勵超聲波,用激光幹涉法AG8|官网工件中 的超聲波; 還有一種用激光激勵超聲波,並用激光幹涉法AG8|官网工件中的超聲波,此法是純粹意義上的激光超聲AG8|官网技術。


純粹的激光超聲AG8|官网技術由於不使用常規超聲探頭,因此可以實現遠距離非接觸檢 測,適用於常規壓電AG8|官网技術難以AG8|官网的形狀、結構較複雜或尺寸較小的複合材料以及材料的高溫特性等研究,如飛機上各個部件的定位和成像等。


美國洛克希德·馬丁公司開發的 LaserUT 激光超聲AG8|官网係統,在AG8|官网 F-22 複合材料構件時獲得了清晰的 B 掃描、C 掃描圖像,且不需要使用任何特殊夾具,AG8|官网時間大大縮短,達到了傳統超聲無法達到的效果。


國內在這個領域已經取得重大突破,由西安金波公司研發的激光超聲視頻AG8|官网儀已經在 2010 年投入使用,可對大型複雜結構甚至整架飛機進行快速無損探傷AG8|官网。

2.5

相控陣超聲AG8|官网技術

相控陣超聲AG8|官网技術是一種多聲束掃描成像技術,它所采用的超聲AG8|官网探頭是由多個晶片組成的換能器陣列,陣列單元在發射電路激勵下以可控的相位激發出超聲,產生的球麵波在傳播過程中波前相互疊加,形成不同的聲束。


各聲束相位可控,可用軟件控製聚焦焦點,不移動探頭或盡量少移動探頭就能掃查厚、大工件和形狀複雜工件的各個區域。


在分辨力、信噪比、缺陷檢出率等方麵具有一定的優越性。 在實際的AG8|官网應用和研究中,一些設計巧妙的探頭已成為解決可達性差和空間限製問題的有效手段。


比如英國 R. J. Freemantle 等人把相控陣陣列安裝在橡膠滾輪中,用於AG8|官网大麵積航空複合材料構件,能有效檢出航空複合材料構件中的裂紋及未貼合等缺陷。


Olympus 無損AG8|官网公司的 J. Habermehl 等人設計了專門AG8|官网碳纖維增強聚合物基複合材料彎管的弧形相控陣探頭,為AG8|官网圓角聯接的構件提供了快速可靠的方法。


超聲AG8|官网技術不僅能有效AG8|官网出先進複合材料中的分層、脫粘、孔隙、裂紋和夾雜等缺陷,而且在判斷材料的疏密、密度、纖維取向、屈曲、彈性模量、厚度等特性和幾何形狀等方麵也有一定的作用。


目前 超聲AG8|官网技術的主要方向是進一步提高AG8|官网效率,發展功能更加強大的AG8|官网探頭,缺點是對不同類型的缺陷要使用不同規格的探頭,而且在AG8|官网過程中 需要使用耦合劑。

3

這紅外熱波AG8|官网技術

紅外熱波無損AG8|官网(Thermal Wave Testing) 利用主動加熱技術,通過紅外熱成像係統自動記錄試件表麵缺陷和基體材料由於不同熱特性引起的溫度差異,進而判定被測物表麵及內部的損傷。


該AG8|官网方法特別適合於AG8|官网複合材料薄板與金屬粘接結構中的脫粘、分層類麵積型缺陷,尤其是當零件或組件不能浸入水中進行超聲C-掃描AG8|官网以及零件表麵形狀使得超聲AG8|官网實施比較困難時也可使用紅外 熱波AG8|官网方法,紅外熱波方法能夠準確確定複合材料中分層的深度,而且該方法具有非接觸、實時、高 效、直觀的特點。

4

聲-超聲AG8|官网技術

聲-超聲 ( Acoustic-Ultrasonic ) 技術又稱應力波 因子( SWF) 技術。與通常的無損AG8|官网技術不同, AU 技術主要用於AG8|官网和研究材料中分布的細微缺陷群及其對結構力學性能( 強度或剛度等) 的整體影響,屬於材料的完整性評估技術。


采用聲-超聲振幅 C 掃描技術也能夠對複合材料與金屬材料間的粘接界麵進行有效AG8|官网,而且克服了超聲反射技術信號清晰度不高、超聲透射技術傳感器可達性差的缺點。

5

聲發射AG8|官网技術

聲發射AG8|官网技術( Acoustic Emission) 是通過對複合材料或結構在加載過程中產生的聲發射信號進行AG8|官网和分析,對複合材料構件的整體質量水平進行評價的一種AG8|官网技術。


該方法能夠反映複合材料中損傷的發展與破壞模式,預測構件的最終承載強度,並能夠確定出構件質量的薄弱區域。


聲發射技術是AG8|官网複合材料結構整體質量水平的非常實用的技術手段,使用簡單方便,可以在測試材料力學性能的同時獲取材料動態變形損傷過程中的寶貴信息。


它包括參數分析法與波形分析法兩種。參數分析法是通過記錄和分析聲發射信號的特征參數,如幅度、能量、持續時間、振鈴計數和事件數等,來分析材料的損傷破壞特征,如損傷程度和部位、破壞機製等;


波形分析法是指對聲發射信號的波形進行記錄與分析,得到信號的頻譜及相關函數等, 通過分析材料不同階段和不同機製引起損傷的頻率特征,可以獲取材料的損傷特征。

6

渦流AG8|官网技術

渦流AG8|官网技術( Eddy Current Testing) 是利用導電材料的電磁感應現象,通過測量感應量的變化進 行無損AG8|官网的方法。


該方法僅適用於導電材料,可以用於碳-碳複合材料與金屬基複合材料的AG8|官网。 由於端頭效應的存在,該方法在邊界處的AG8|官网效果不好,同時該技術需要用標準試樣進行對比,因此其 應用受到了限製。

7

微波AG8|官网技術

微波是指頻率為 300MHz ~ 3000GHz 的電磁波, 是無線電波中一個有限頻帶的簡稱,是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統稱。


微波頻率比一般的 無線電波頻率高,通常也稱為“超高頻電磁波”。微波指向性高,在複合材料中穿透能力強、衰減小,適合於AG8|官网厚度較大的材料。


對結構中的孔隙、疏鬆、 基體開裂、分層和脫粘等缺陷具有較 高的靈敏性。 上世紀 60 年代,微波AG8|官网技術就已經用於大型導彈固體發動機玻璃鋼殼體中的缺陷和內部質量的AG8|官网。


實踐證明,利用反射法測量的厚度誤差小於 0. 125mm,利用穿透法可測定 0. 02mg / cm3 的密度變 化。由於微波探傷技術不能穿透導體,因此這種 AG8|官网方法很難應用於整機AG8|官网。

8

流體滲透法

流體滲透AG8|官网法僅僅適用於具有開放性傷 口的缺陷或損傷,這種方法是采用特製的滲透劑對缺陷和損傷進行染色,但是染色過程中會汙染材料, 在一定程度上會增加修補難度,目前使用較少。

9

激光全息法

激光全息檢驗法( Laser Holography) 是激光全息照相和幹涉計量技術的綜合運用。這種技術的依據是物體內部缺陷在外力作用下,使它所對應的物體表麵產生與其周圍不相同的微量位移差。


然後用激光全息照相的方法進行比較,從而檢驗出物體內部的缺陷。這種檢驗方法由於設備昂貴、需要衝洗顯影、對環境振動敏感和需要對被測物加載,因此限製了推廣能力,目前主要在實驗室使用。

無損AG8|官网技術的發展趨勢

1

自動化水平迅速提高

為降低成本,航空工業中采取了增大結構,減少零部件數量的策略,這導致複合材料結構件越來越大,傳統的人工操作AG8|官网設備作業的方式已經越來越不適應在線AG8|官网的要求。


為提高AG8|官网設備的效率,多通道自動掃描、分時處理掃描信息、自動識別 缺陷和損傷,自動生成AG8|官网報告的技術被應用到大型的AG8|官网設備之中,這些技術在提高掃描探測速度的同時,大大提高了自動化水平,有效減小了人為誤差。

2

提高原位AG8|官网能力成了研究重點

考慮到複合材料結構件越來越大,安裝與拆卸難度越來越大,越來越多的公司都希望提高複合材料部件的原位AG8|官网能力。


在這方麵,目前主要有兩種解決方法: 一種是采用大型設備; 用非接觸的AG8|官网方法,對整架飛機進行無損AG8|官网。


這方麵的研究成果有大型的激光超聲AG8|官网設備和能夠連續掃查的滾輪式相控陣超聲AG8|官网設備。


另一種解決方法是發展多功能的小型化AG8|官网設備,直接到外場對整機進行人工AG8|官网。這方麵的研究成果主要是具有多種掃描方式的小型超聲AG8|官网設備。

3

可視化定量AG8|官网水平不斷提高

西方發達國家一直致力於提高可視化定量AG8|官网水平,隨著數字成像技術的全麵應用,近年來複合材料無損AG8|官网設備的信號處理能力不斷提高,在測量速度大大提高的情況下,測量精度也在穩步提高。


比如超聲AG8|官网技術已經實現對 4 × 4mm 缺陷的有效AG8|官网,分辨率更是提高到微米量級,而微波AG8|官网技術對缺陷的識別精度已經達到 1mm 左右。

4

結構健康自監控能力將成為可能

隨著無損探測手段的豐富和新型傳感器的不斷湧現,可嵌入結構內部的傳感器將成為發展重點。


貴州材料AG8|官网提醒:未來的複合材料結構必將向內置健康監控傳感器方向發展,現行的周期性探傷工作將轉變為可即時告警的狀態監控工作,未來的複合材料結構將成為有 感覺,能響應的智能結構。


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