碳纤维增强复合材料层间界面缺陷超声成像技术

针对复合材料层压结构层间界面缺陷的无损检测与评估,通过分析超声波在碳纤维增强树脂基复合材料中的传播规律,研究入射声波在复合材料中的反射特性,利用入射声波在复合材料层间界面产生的反射信息,通过超声（B,T）扫描成像方法揭示复合材料层间界面缺陷及其三维分布。试验结果表明,采用短波长脉冲超声成像检测技术,可以有效地再现碳纤维增强树脂基复合材料层压结构中层间界面缺陷三维分布特征以及层间界面、铺层方向、纤维束取向等信息,为复合材料提供了一种有效的层间界面结构表征和缺陷检测方法。     

高硅氧复合材料的超声成像检测

通过对高硅氧复合材料声学特性的研究，在对超声波声场探讨的基础上，采用自行研制的超声波扫描成像系统对高硅氧复合材料进行了成像检测。从成像结果分析可知，通过超声信号的降噪处理和特征提取，所得到的扫描图像可检测出材料中的缺陷。     

复合材料层状薄板超声特征扫描成像检测

传统超声B扫描和C扫描成像方法不能满足复合材料的检测需求。简要介绍了超声特征扫描(F扫描)成像方法的原理、扫描系统的设计和聚焦探头的制作等。F扫描是以波形上升时间、下降时间、脉冲周期和频谱特性等波形特征或缺陷类型、形状和大小等缺陷特征为特征量进行信号提取和重构并最终成像的方法。试验样件为2 mm厚的复合层状薄板,在板中距上表面0.6和1.4 mm处的两层结合层中分别制作了三个最小直径为1.2 mm的分层缺陷。试验表明,设计的超声特征扫描系统可采用幅度成像、深度成像和底波成像方法成功检测出预制缺陷,并且可实现层析成像功能,还可用于层状薄板的密度和硬质合金的厚度成像,具有强大的功能和多种材料分析用途。     

复合材料层压结构冲击损伤超声成像评估

采用高分辨率超声成像方法实现复合材料冲击损伤的无损检测,以高品质的脉冲超声波作为探测源,提取入射声波在复合材料层压结构试样中形成的时域反射声波信息,并通过扫描结构使换能器对含有冲击损伤的复合材料试样进行自动扫描,实时对每一个检测位置点的超声信号和位置信号进行处理与融合,通过超声B扫描成像和T扫描成像进行复合材料冲击损伤成像评估。试验结果表明:通过超声B扫描成像,可以形象地再现复合材料层压结构试样表面和内部冲击损伤在其不同深度方向的断面分布、取向、扩展及深度等确切信息;通过超声T扫描成像,则可以直观地再现冲击损伤在复合材料层压结构试样不同深度铺层方向的损伤区域(面积)、分布及其扩展特征。     

SUS304奥氏体不锈钢板点焊接头的超声成像分析

利用超声波水浸聚焦入射法对1 mm厚的SUS304奥氏体不锈钢板点焊接头进行超声C扫描成像检测.分析了不同焊接工艺参数下的C扫描图像特征,甄别了飞溅、焊穿等典型焊接缺陷,并提取其对应的A扫描信号.基于C扫描图像对焊核直径进行了测量,并与焊核切口端面尺寸进行了比较.结果表明,基于超声波水浸聚焦入射法得到的C扫描图像,能有效观测焊核内部形貌特征.焊接电流超过8 kA,电极力小于2 700 N时,超声波C扫描图像中清晰反映出飞溅、焊穿等缺陷,其对应区域的A扫描信号与正常熔核区波形特征有明显差异;借助超声C扫描图像测得的焊核直径为4.39~5.25 mm.     

空气耦合超声换能器声场的时域计算方法

通过超声波在空气中的二次方衰减特性,推导出空气中时域格林函数的解析表达式。基于该函数和瑞利积分建立了空气耦合超声换能器时域声场的快速计算模型,并对圆形换能器声场进行仿真。结果表明,相对于无衰减介质,空气中时域信号的高频成分被极大地削弱,信号幅值随传播距离的增加而明显降低,轴向近场长度明显减小。该研究为空气耦合超声换能器声场的模拟提供了快速的计算方法,研究结果对于空气耦合超声换能器的设计和校准具有参考价值。     

复合材料结构中R区超声反射信号特征及其检测应用

R区是复合材料结构中的重要几何过渡区和连接区,利用超声反射法检测时,入射声波在R区形成的反射信号的复杂性明显影响了缺陷的判别和评定。为此,采用宽带窄脉冲超声检测方法,通过专门设计的超声检测系统及水膜耦合换能器,提取和分析来自实际复合材料结构R区的超声反射信号的时域特征,结合超声检出结果进行解剖验证分析。结果表明:采用水膜耦合可以获得较好的声学耦合效果和稳定的超声反射信号;来自R区分层等缺陷和R区层间界面及树脂界面的反射信号在其单周特性、幅值特性、多次反射行为等方面存在明显的时域差别,基于此特征,可有效地进行复合材料R区缺陷的判别和定位,并有效地检出R区近表面单个铺层深度(约0.13 mm)的分层;基于此信号特征的B扫描为复合材料结构中R区缺陷的检测与评估提供了一种非常直观的可视化方法。     

基于PZFlex的材料超声检测仿真研究（英文）

为了将抽象的声场传播变成可见的图像,更有利于探伤人员准确的定位缺陷的位置和大小。主要针对超声在材料中的传播进行研究,根据经典波动方程,研究超声在材料中传播的原理,并利用原理对超声波的横波纵波进行解释。在探究超声探伤成像方法上,使用有限元软件PZFlex基于时域/瞬态分析方法对其进行谐响应分析,建立出对应的超声探伤的数学模型。再根据所建立的模型,进行超声在材料中的仿真研究。最后,通过具体的超声探伤实验来证明仿真模型对缺陷的位置与大小定位的准确性。     

玻璃钢蒙皮纸蜂窝材料的无损检测

玻璃钢纸蜂窝材料的蒙皮分层缺陷以及蒙皮与蜂窝之间的脱粘缺陷将直接影响蜂窝结构的机械性能和工作性能,必须对其进行无损检测。利用红外热成像系统及超声C扫描系统分别对玻璃钢纸蜂窝材料的蒙皮质量及胶结质量进行检测,两种方法各有忧劣：红外热成像系统检测过程时间短,效率高,分层缺陷及脱粘缺陷均能检测到,而超声C扫描系统可检测出所有脱粘缺陷,且纸蜂窝结构清晰,但只检测出了部分蒙皮分层缺陷。     

基于PZFlex的材料超声检测仿真研究

为了将抽象的声场传播变成可见的图像，更有利于探伤人员准确的定位缺陷的位置和大小。主要针对超声在材料中的传播进行研究，根据经典波动方程，研究超声在材料中传播的原理，并利用原理对超声波的横波纵波进行解释。在探究超声探伤成像方法上，使用有限元软件PZFlex基于时域/瞬态分析方法对其进行谐响应分析，建立出对应的超声探伤的数学模型。再根据所建立的模型，进行超声在材料中的仿真研究。最后，通过具体的超声探伤实验来证明仿真模型对缺陷的位置与大小定位的准确性。     

镍-玻璃纤维复合层超声特征成像检测

对直升机旋翼前缘的镍-玻璃纤维复合层进行超声检测方法研究。分析镍-玻璃纤维复合层缺陷特征及缺陷识别方法;针对薄壁曲面构件的检测需求,采用便携式超声特征扫描成像方法和接触式聚焦方法,完成曲面旋翼前缘的扫描成像检测;利用超声特征扫描成像系统对检测信号进行全波列采集,并用幅值特征和频谱分析等方法对复合层脱粘缺陷进行分析和处理,实现高精度的缺陷显示和评价。     

双金属转子复合层超声特征成像系统

利用超声特征扫描成像技术，研制了一套检测双金属转子复合层分层缺陷的设备，实现对双金属转子9个柱塞孔的自动检测。检测结果保存在工控机中，后处理时可以按相位（深度）特征成像，也可按当量分布特征成像，能准确地将分层缺陷找到，并判断其大小。系统完成后，对实际的样品进行了成像实验，能够得到分层缺陷的各种特征信息，系统稳定性和可重复性高。     

复合材料深度方向超声C扫描检测技术

介绍一种基于超声传播时域特性的深度方向超声C扫描成象检测技术,一次扫描可以同时获取被测材料内部若干层的扫描检测图象。     

基于超声横波的混凝土结构无损检测数据成像技术

目前超声波成像主要采用合成孔径聚焦技术(SAFT),成像质量很大程度上依赖于超声波速估计的准确性和噪声压制的效果。超声波和地震波在固体介质中的传播特征具有相似性,故基于成熟的地震数据处理技术,建立了一套适用于商用超声横波反射检测仪的数据成像处理方法。基于炮检互易定理,对仪器的单边观测数据进行重构而转换为双边观测数据,再对双边观测数据采用地震数据处理中的多次叠加和克希霍夫偏移技术进行成像。大型混凝土道床模型应用案例表明,提出的成像技术完全适用于商用超声横波检测仪的数据成像,与仪器配套的国外商业合成孔径聚焦技术成像结果相比,成像分辨率有明显改善,并对混凝土层位界面和内部钢筋结构的反应更为精细。     

金属薄板HIP连接界面的超声波检测

设计了两层薄板的热等静压(HIP)扩散连接试样,结合超声波在多层介质中的传播特性,分析检测过程中超声波在试样中的声压透射率及能量损失情况,采用以色列ISONIC2006型超声仪器对试样进行了检测实验,并进行了主要技术参数的选择。结果表明:常规超声回波法能够检测出金属薄板HIP连接试样的界面缺陷,且当探头频率为15MHz,声程为6mm,延迟为8.3μs时,该方法的检测精度为1.0mm。     

基于波速分析的激光超声检测技术

介绍了一种基于波速分析的激光超声波成像技术,在铝材料表面进行二维扫描,同时在扫描区域一侧采取超声波传感器接收信号,详细分析了超声波在有缺陷和无缺陷的不同位置传播的波速图像。试验结果表明:超声波波速图像技术能有效地检测出被检测材料表面缺陷的位置,这为缺陷的定量检测提供了基础。     

超声F-Scan成像技术检测双金属复合材料的方法

随着技术和需求的发展,人们对检测的要求不再仅仅是判断缺陷的有无,而是希望能够通过直观的图像显示出缺陷的全貌,从中得到可靠的分析结果。对于一些较薄的金属复合材料,手工检测存在很大难度,甚至无法进行检测。针对小构件、异形构件、薄壁金属复合材料工件,提出利用超声特征扫描成像检测系统对金属复合材料的质量进行检测。通过对时域超声信号的分析,从超声信号本身以及材料缺陷两方面进行特征提取和分析成像,给出结合层连接质量的定量化直观结果,减少扩散焊缺陷的漏检和误检问题,实现对双金属复合材料扩散焊质量的无损检测与评价。     

汽轮机转子中心孔超声成像检测方法研究

介绍HLBE-1型转子中心孔超声涡流成像仪实现超声信号采集与处理和扫描图像显示与分析的方法。该方法兼容了传统的探伤方法和标准，同时具有波形、C扫描和B扫描图像的实时监控、全信息存储、多种图像回放方式和缺陷分析等功能。现场使用表明，采用成像检测的方法对气轮机转子中心孔进行探伤具有方便、快速和可靠的特点。     

超声相控阵矩阵阵列三维合成聚焦成像方法

掌握缺陷的三维形态信息,会更利于无损评估,因此将合成聚焦二维成像方法扩展,初步探索了三维合成聚焦成像方法,以直观得到缺陷的超声三维成像.将该方法在MATLAB平台编程实现,然后通过超声相控阵矩阵探头采集到的完备集数据后处理进行了验证.结果表明,通过三维合成聚焦处理后,得到探头下方空间的超声成像的三维图像数据,然后在此基础上使用等值面法将缺陷的三维图像分割出来.该图像能够清晰反映出反射体的真实位置及空间分布;在超声探头没有机械移动扫描的前提下能够得到缺陷三维图像.对于探头移动空间受限的检测位置获取缺陷三维图像有一定的理论意义及实用价值.     

焊接缺陷高频显微超声可视化扫查检测

目前普遍使用的超声检测方法主要依据超声脉冲信号判断结构内部有无缺陷,难以对缺陷进行定性和定量检测。开发了高频超声成像技术,可进行超声A信号、B扫描和C扫描图像联动显示,缺陷标识和定量分析;研发建立了高频超声扫查系统平台,实现了高精度机械扫查、高频超声收发、全波数据高速采集和成像。用该系统对弧焊、激光焊、搅拌摩擦焊等焊接构件进行检测试验,与射线检测、金相检测进行对比,结果表明:该系统可直观发现焊缝气孔等微小缺陷,能够发现射线难以检测的未熔合缺陷,也可对缺陷埋藏深度进行准确定量分析。