復(fù)合材料的超聲波檢測之基礎(chǔ)認(rèn)知

一、復(fù)合材料的定義及分類復(fù)合材料是指用經(jīng)過選擇的、含一定數(shù)量比的兩種或兩種以上的組分(或組元)，通過人工復(fù)合、組成多相、且各相之間有明顯界面的、具有特殊性能的固體材料。其基體材料名稱與增強(qiáng)體材料并用，強(qiáng)調(diào)基體以及強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)體時(shí)以基體材料的名稱為主；復(fù)合材料的分類有（一）按基體材料分：聚合物基復(fù)合材料，金屬基復(fù)合材料，陶瓷基復(fù)合材料，水泥基復(fù)合材料，碳基復(fù)合材料；（二）按增強(qiáng)材料形態(tài)分為以下三類1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：連續(xù)纖維復(fù)合材料，非連續(xù)纖維復(fù)合材料；2、顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料：包括微米顆粒和納米顆粒；3、板狀增強(qiáng)體、編織復(fù)合材料：以平面二維或立體三維物為增強(qiáng)材料與基體復(fù)合而成；4、層疊復(fù)合材料。（三）按材料作用分兩類1、功能復(fù)合材料：使用的是材料的光、電、磁、熱、聲等非力學(xué)性能；2、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：應(yīng)用的材料的力學(xué)性能。二、復(fù)合材料的檢測難點(diǎn)復(fù)合材料因能有效提高飛機(jī)性能，減重效果顯著，在軍民機(jī)的研制中應(yīng)用越來越廣，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類新型復(fù)合材料被有效利用。在某型飛機(jī)的研制中，設(shè)計(jì)人員為保證零件的外形和減重等，采用了一種新型的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，即以碳纖維環(huán)氧預(yù)浸料為面層以聚甲基丙烯酞胺泡沫塑料為夾芯的夾層結(jié)構(gòu)。泡沫夾芯材料為多孔疏松材料，其特殊性能不僅給制造工藝帶來很大的難度，而且也為檢測其內(nèi)部粘接質(zhì)量造成了極大的困難。其檢測的主要難點(diǎn)有：（一）泡沫夾芯的不致密性帶來了很大的超聲波衰減，對于碳纖絢泡沫夾芯結(jié)構(gòu)難于得到來自泡沫夾芯的反射回波，這給檢測膠膜和泡沫夾芯間的缺陷造成了較大的難度。（二）某型機(jī)使用碳纖細(xì)泡沫夾芯結(jié)構(gòu)制造的零組件外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)過渡區(qū)多，因此易產(chǎn)生的缺陷部位多，產(chǎn)生缺陷的類型多，需對缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確的定量、定性。（三）設(shè)計(jì)人員對這種結(jié)構(gòu)制造的零組件的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)很嚴(yán)，要求能夠檢測出的最小缺陷僅為中3lun。國外對類似材料結(jié)構(gòu)普遍采用激光散斑技術(shù)進(jìn)行檢測，但可檢測出的缺陷尺寸至少為中25.4mi刀。本文通過工藝試驗(yàn)，總結(jié)出碳纖維胞沫夾芯結(jié)構(gòu)的超聲波檢測方法并且驗(yàn)證了超聲波檢測的正確性。三、超聲波的特點(diǎn)（一）超聲波聲束能集中在特定的方向上，在介質(zhì)中沿直線傳播，具有良好的指向性。超聲波在介質(zhì)中傳播過程中，會(huì)發(fā)生衰減和散射。超聲波在異種介質(zhì)的接口上將產(chǎn)生反射、折射和波型轉(zhuǎn)換。利用這些特性，可以獲得從缺陷接口反射回來的反射波，從而達(dá)到探測缺陷的目的。超聲波的能量比聲波大得多。超聲波在固體中的傳輸損失很小，探測深度大，由于超聲波在異質(zhì)接口上會(huì)發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，尤其是不能通過氣體固體界面。如果金屬中有氣孔、裂紋、分層等缺陷（缺陷中有氣體）或夾雜，超聲波傳播到金屬與缺陷的接口處時(shí)，就會(huì)全部或部分反射。反射回來的超聲波被探頭接收，通過儀器內(nèi)部的電路處理，在儀器的熒光屏上就會(huì)顯示出不同高度和有一定間距的波形?？梢愿鶕?jù)波形的變化特征判斷缺陷在工件重的深度、位置和形狀。（二）超聲波探傷優(yōu)點(diǎn)是檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害，能對缺陷進(jìn)行定位和定量。超聲波探傷對缺陷的顯示不直觀，探傷技術(shù)難度大，容易受到主客觀因素影響，以及探傷結(jié)果不便于保存，超聲波檢測對工作表面要求平滑，要求富有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員才能辨別缺陷種類、適合于厚度較大的零件檢驗(yàn)，使超聲波探傷也具有其局限性。超聲波探傷儀的種類繁多，但脈沖反射式超聲波探傷儀應(yīng)用最廣。一般在均勻材料中，缺陷的存在將造成材料不連續(xù)，這種不連續(xù)往往有造成聲阻抗的不一致，由反射定理我們知道，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的界面上會(huì)發(fā)生反射。反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個(gè)原理設(shè)計(jì)的。（三）脈沖反射式超聲波探傷儀大部分都是A掃描式的，所謂A掃描顯示方式即顯示器的橫坐標(biāo)是超聲波在被檢測材料中的傳播時(shí)間或者傳播距離，縱坐標(biāo)是超聲波反射波的幅值。譬如，在一個(gè)工件中存在一個(gè)缺陷，由于缺陷的存在，造成了缺陷和材料之間形成了一個(gè)不同介質(zhì)之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當(dāng)發(fā)射的超聲波遇到這個(gè)界面之后就會(huì)發(fā)生反射，反射回來的能量又被探頭接