檢測背景

1. 碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成結構材料（復合材料），與傳統材料相比，碳纖維復合材料具有如下特性: 可設計性和各向異性，材料與結構一體化，復合效應，材料性能對復合工藝的依賴性等。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，以及在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維復合材料都頗具優勢。因此碳纖維復合材料在交通運輸、宇航工業等方面得到的應用。

2、無損檢測的必要性

雖然碳纖維復合材料作為一種新興材料已經得到的應用，但是在生產過程中，由于工藝不穩定，空隙、夾雜等缺陷無法完全避免，它的橫向承載與抗剪能力較低，在沖擊或疲勞等載荷的作用下極易發生損傷直至破壞。

3、研究表明，試樣厚度不同時碳纖維復合材料的力學性能會發生明顯的變化，因此，為了保證碳纖維復合材料的抗拉強度和彈性模量，需要對碳纖維復合材料的厚度進行嚴格控制。碳纖維復合材料在制造過程中產生的典型缺陷主要包括空隙、分層、脫粘和表面損傷; 在使用過程中產生的典型損傷主要有刀痕或劃傷、腐蝕坑、分層、脫粘、圓孔變形和有分層產生的下陷等。

4、隨著復合材料應用的日益，二次機械加工越來越多，尤其是在碳纖維復合材料的零件與其他零部件裝配連接時，不可避免地要進行大量孔加工，而在孔加工的過程中容易造成復合材料的脫粘等缺陷。研究發現，纖維方向對鉆孔缺陷的形成有嚴重影響; 軸向力越大，分層缺陷越嚴重，并且撕裂缺陷迅速增大。

5、復合材料中常見缺陷及產生原因

 

6、利用超聲波的衰減量和傳播速度來檢測碳纖維復合材料內部的空隙缺陷。利用超聲衰減檢測方法得到的空隙率檢測結果，均包含了對不同半徑孔隙和其他缺陷的聲學等效意義在內，這種等效與相應材料的力學或強度可靠性等效之間的關系問題，尚有待于深入研究。利用超聲聲阻抗可以測量碳纖維復合材料的孔隙率，無需測量材料的聲速和密度，并且測量結果受孔隙率形貌影響較小，容易實現。利用超聲相控陣檢測系統，對含有裂紋、夾雜、分層3種缺陷的碳纖維復合材料實驗板進行檢測研究。結果表明，該方法對碳纖維復合材料的缺陷類型的區分具有較好的效果。

檢測報告：（1.工件如下圖）
      

2，檢測配置

主機：相控陣SX

探頭：5L64-NW1   楔塊：SNW1-0L

3，檢測區域

如圖一，從前往后依次分為5個檢測區域，從左往右分別標記為1#，2#，3#，4#，5#區域

4，檢測結果

2#區域有六處粘接缺陷，4#區域有五處粘接缺陷，5#處有三處粘接缺陷

5，缺陷截圖

 

2#區域檢測出6處缺陷，如上圖

 

4#區域檢測出5處缺陷，如上圖

 

5#區域檢測處3處缺陷，如上圖

由于邊緣處耦合效果不好，所以底波信號變化引起圖像信號變化

6. 結論：

超聲相控陣檢測技術可以通過三維圖像，利用反射信號顏色的對比更直觀的體現出工件的好壞程度。通過橫向（缺陷與缺陷之間）和縱向（缺陷與底面回波之間）顏色及波高的對比，采用記錄數據的形式，用分析軟件給出反射信號更準確的定量。配合編碼器對反射信號進行定位。綜上所述：采用超聲相控陣檢測技術對復合材料的檢測良好的檢測效果。