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。     

铝基复合材料超声波辅助钎焊质量评价

根据铝基复合材料钎焊接头的结构特点,分析了界面的声学信号特征,并采用先进的超声成像法对接头质量进行了检测,同时获得了界面的A扫描信号、B扫描和C扫描图像.研究结果表明,结合A扫描信号、B扫描和C扫描图像的特征,能够判断缺陷类型及其位置,并通过断面金相分析进行了验证.超声成像技术能反映出铝基复合材料钎焊界面的接合状态,可检测出气孔、氧化膜夹杂和未钎透缺陷,为铝基复合材料钎焊的研究提供了有效的检测手段.     

CFRP层板冲击损伤空耦超声Lamb波特征成像 ——基于时间反转损伤指数

为实现飞机碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics，CFRP）层板在役检测，采用同侧空气耦合超声兰姆波特征成像检测的方法对其缺陷进行检测。将非接触空气耦合超声传感器置于CFRP层板同侧，激发A0模态兰姆波，对其冲击损伤进行D扫描检测。引入时间反转损伤指数表征复合材料层板的冲击损伤。结合概率损伤算法，以该指数作为损伤重构成像的特征值，将不同扫描路径上的特征值数据进行融合，得到CFRP层板冲击损伤缺陷的兰姆波图像。结果表明，基于时间反转的兰姆波图像不仅能够直观地呈现损伤缺陷的位置和形状，而且能够通过避免基准信号选取和减少扫描步进次数显著提高检测效率。     

碳纤维复合材料板冲击损伤计算及超声检测

文章采用显式有限元法、三维Tsai—Wu失效准则和刚度折算准则来模拟T300／QY8911矩形层压板低速冲击下逐渐损伤的过程,预测了复合材料冲击损伤的程度。根据HB72242—1995《复合材料构件通用技术条件》、GJB289521997《碳纤维复合材料层合板和层合件通用规范》要求制作冲击试样,进行低能量冲击试验。采用超声C扫描检测不同能量冲击作用造成的损伤,将有限元计算结果和超声C扫描检测结果进行对比。结果表明,在损伤面积尺寸确定方面,有限元分析的结果和超声C扫描检测结果吻合较好,三维Tsai—wu失效准则和刚度折算准则适合模拟分析碳纤维复合材料板冲击损伤,超声C扫描检测可以较好地检测出冲击能量高于4．5J的分层损伤。     

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。     

超声成像法检测复合材料层合板铺层方向

提出一种确定复合材料层合板铺设形式的新的无损检测方法。采用垂直入射的超声纵波进行铺层界面的C扫描或层板全波形B扫描，然后从结构缺陷的反射波中提取纤维方向信息。发现铺层界面的C扫描图大都包含两相邻铺层的纤维方向信息，而上铺层的信息显示更明显。因此，用二维傅里叶变换将界面C扫描图变换为定量的角度分布图，通过显示的方向信息确定上铺层的纤维方向。用类似方法对全波形B扫描图进行处理，将其转换为角度—时间图，图中信号幅度显示层合板中各铺层的方向。由于没有涉及众多界面时间门的设置问题，B扫描方法更为简单。分别用界面C扫描和全波形B扫描方法检测了几种复合材料层合板，确定了它们的铺制结构，并通过建模分析研究这些方法的机理。     

火电厂发电机组蒸汽管道焊缝超声自动扫描成像检测

介绍采用便携式超声自动化扫描成像检测技术对火电厂发电机组蒸汽管道焊缝进行在役无损检测。人工模拟缺陷试样和现场检测结果表明，采用自动扫描多维投影成像方法，结合A，C和P扫描成像可以准确判断缺陷的位置、大小、分布和取向等特征，使缺陷识别的准确性和检测可靠性明显提高。     

钢轨踏面裂纹的表面波B扫描成像检测

用超声表面波来检测钢轨踏面裂纹,设计和加工了具有不同深度的裂纹试样。采用频率为0．5MHz的表面波探头对裂纹试样进行B扫描成像检测。为克服钢轨中传播的多模式表面波导致检测图像分辨率低的缺点,采用对A扫描信号移位叠加的方法对图像进行了处理。此方法不仅能对表面裂纹进行较精确的定位,也能定性区分表面裂纹的深度。     

激光超声技术在先进复合材料无损检测中的应用研究

为实现航空航天先进复合材料的非接触、高精度检测,研究激光超声技术在复合材料无损检测中的应用。制备预埋人工缺陷的碳纤维树脂基复合材料和陶瓷基复合材料试样,利用自主研制的激光激励、激光探测的全光学激光超声无损检测系统进行试验研究,实现碳纤维复合材料层压结构模拟分层缺陷检测,层压复合材料紧固孔边沿分层检测,以及陶瓷基复合材料分层检测。研究结果表明:激光超声检测技术可以有效检出碳纤维树脂基复合材料内部直径2 mm以上分层型缺陷,可检出碳纤维复合材料紧固孔边沿的小尺寸分层,可表征C/SiC复合材料内部直径5 mm以上分层,在航空航天工程领域应用前景广阔。     

蜂窝共固化结构高分辨率超声C扫描方法及应用

针对复合材料蜂窝夹芯共固化结构穿透法超声检测信号衰减严重、难以确定检出缺陷的性质和深度位置等问题,基于超声反射原理,研究了一种宽带窄脉冲高分辨率超声C扫描检测方法,并进行了检测试验。试验结果表明,该方法可以获取高质量的时域可分辨的回波信号,蒙皮-芯脱粘和好区的回波信号相差达11dB,膜上和膜下脱粘呈现不同的图像灰度分布特征,检出的脱粘大小与其设计值的差值不大于蜂窝芯格边长,可有效检测此类结构,并得到了较好的实际检测应用。     

含低速冲击损伤复合材料层合板的压缩失效

通过含低速冲击损伤的两种平面编织复合材料层合板（G803／5224、G827／5224层合板）的压缩试验,研究了低速冲击损伤对复合材料层合板失效行为的影响。试验后采用超声c扫描检测、外观检查与断口侧面宏观观察方法对损伤与失效特征进行了对比分析。结果表明,两种含低速冲击损伤层合板被压缩时,G803／5224层合板冲击背面首先发生子层微屈曲,微屈曲沿着垂直于压缩方向扩展,最后剪切分层失效;G827／5224层合板冲击背面首先发生子层屈曲分层,屈曲分层也是沿着垂直于压缩方向扩展,最后剪切屈曲失效。两种层合板低速冲击后压缩的失效模式与光滑板压缩失效模式基本相同。     

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。     

异种金属扩散焊接接头的超声检测

异种金属扩散焊接接头存在多种类型的缺陷,这些缺陷严重影响焊接结构的完整性和零部件本身的使用性能。利用超声波扫描成像技术获得试样的扫描图样,然后从扩散焊接界面的显微结构和界面超声回波信号等角度,阐述了扩散焊接接头的原材料裂纹、接头裂纹、未焊合缺陷和焊接良好区域的特征。通过有效的无损检测手段,可以准确地评价缺陷的类型、大小和位置。     

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。     

管道焊缝超声多维成像检测技术

通过超声C扫描和三视投影成像技术对管道焊缝缺陷进行定性定量评估和诊断分析。研究与应用结果表明,采用超声自动扫描多维投影成像方法可以直观地得到焊缝区缺陷的位置、大小、分布和取向等特征信息,使缺陷识别的准确性和检测可靠性明显提高。该项技术已在电力等工业部门管道焊缝的无损检测中得到应用。     

焊接缺陷的超声C扫描成像

应用宽视场脉冲超声显微镜（ＷＦＰＳＡＭ）对所制备的典型焊接缺陷试样进行Ｃ扫描成像试验,结果表明：利用超声显微镜的Ｃ扫描功能,可以获得焊拉然不同深度层面上的二维声学图像。从所显示的二维图像上可以肝观地看到在一定深度层面上焊接缺陷的形状、位置、分布及取向。根据缺陷图像和所选择的扫描参数可以得到缺陷在层面各个方面上的尺寸,包括长度、宽度及单个分散缺陷的大小,密集缺陷的分布范围等,利用计算机图像处理技术或     

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。     

复合材料盒段冲击损伤的成像优化

基于压电传感器的Lamb波损伤成像方法已广泛应用于复合材料结构的损伤识别与定位中,但激励传感信号在实际检测中往往会存在电磁干扰等异常扰动,从而出现漏检或者损伤的误报。针对这一问题,研究了损伤概率成像优化方法,改进了基于能量变化的损伤因子。在复合材料盒段结构的冲击损伤现场检测中,采用传统方法的概率成像算法的损伤定位精度为68%,而采用文中改进的概率成像算法的损伤定位精度为82%。     

超声C扫描的碳纤维复合材料 缺陷检测及分析

研究了动车转向架中碳纤维复合材料连接结构的超声扫描检测方法。采用超声C扫描方法采集缺陷信息,针对碳纤维复合材料连接构件建立手动超声成像检测系统,避免了常规超声自动扫描成像对不规则曲面结构适应性差的技术弊端,使检测过程实时、快速、柔性;在KSW熵方法基础上,基于几何建模,对三维模型建立二值化图像,编制计算程序得到缺陷覆盖面积和缺陷覆盖率,实现了构件三维图像中缺陷的可视化检测,避免了常规肉眼观测,提高了检测结果可信度。     

浅谈复合材料超声手动扫描成像检测

针对复合材料超声成像检测,文章回顾和分析了超声手动扫描成像检测实现方法、超声换能器手动扫查定位方法以及超声信息处理与缺陷识别方法,对复合材料超声手动扫描成像检测技术发展有一定的指导意义。