焊接精密度0.01mm

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复合材料缺陷检测

来源: | 发布日期:2022-07-22

       复合材料是指由两种以上材料组合而成的,物理和化学性质与原材料不同,但又保持某些有效功能的新材料。与传统金属材料不同,复合材料的结构和性能属于“一次性”形成,且制造过程中受到很多难以精确控制的因素影响,因此导致构件的质量往往具有一定的离散性,即使是经过研究和试验制订的合理工艺,也可能导致生产出来的结构件存在缺陷,给工程应用带来安全隐患,因此对复合材料进行无损检测具有重要意义。由于大多数复合材料是用数层基体相同或不同结构的纤维粘接而成的,形成的层状结构通常具有非均匀性及各向异性等特点,因此不能完全沿用传统超声检测中适合各向同性、均匀介质的方法来检测复合材料,必须研究适应复合材料自身特点的无损检测技术和方法。

        先进复合材料专指可用作主承力结构和次承力结构,其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料,由普通复合材料经硼纤维、碳纤维等高性能增强相增强获得。由于可取得减重20% ~ 30%的显著效果,因此先进复合材料被大量应用到航空航天等领域。据报导,自1980年F-18军机开始,国外最新研制的歼击机全部采用复合材料机翼,机身也大量采用先进复合材料,用量达到结构重量的25%~50%。此外,以A380大型客机为代表的民用飞机上复合材料用量也有大幅度提高。先进复合材料已发展成为继铝、钢、钛之后的重要结构材料,其用量已成为航空航天结构的先进性标志之一。

 

平底孔缺陷

       用超声波频谱法可以检测复合材料中的缺陷。当材料厚度是半波长的整数倍时,由材料不同次反射回波之间的相互干涉会导致反射信号频谱出现“下陷”,下陷的周期与垂直于声束方向上的材料厚度有关。据此可以确定垂直于声波传播方向的平面中的分层和气孔。通过比较良好试样和有缺陷样品的谐振频率间隔,即可确定缺陷的大小和埋深。

        以检测厚5.26mm的石墨-环氧复合材料板为例。从标准样件的背面钻出直径为6mm、3mm和1.5mm的平底孔,得到了无缺陷区域及有缺陷部位的归一化反射频谱,如图7-1所示,根据在试样良好区域确定的超声波声速,可以计算出含有平底孔的区域缺陷深度,其结果见表7-1。


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图7-1  从良好区域和平底孔区域获得的超声波频谱

a)良好区域   b)、c)、d)平底孔区域


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