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复合材料超声无损检测技术介绍
日期：2024-05-20 13:49
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摘要：
复合材料超声无损检测技术介绍
复合材料超声无损检测技术说明：
用于自动化检测的设备通常使用3 种耦合方式，从使从探头发射的超声有效进入待检零件，他们分别是接触法、水浸法和喷水法。
接触法，即让检测探头与待检测件直接接触。该方法的优点是在检测曲面零件时可使用机械跟踪器，但检测速度受到限制。
在大多数情况下，使用水浸或喷水方法进行自动化检测，待检测零件完全浸入水中，或声束通过喷出的水柱达到零件表面。水浸检测方法通常使用脉...
复合材料超声无损检测技术介绍
复合材料超声无损检测技术说明：
用于自动化检测的设备通常使用3 种耦合方式，从使从探头发射的超声有效进入待检零件，他们分别是接触法、水浸法和喷水法。
接触法，即让检测探头与待检测件直接接触。该方法的优点是在检测曲面零件时可使用机械跟踪器，但检测速度受到限制。
在大多数情况下，使用水浸或喷水方法进行自动化检测，待检测零件完全浸入水中，或声束通过喷出的水柱达到零件表面。水浸检测方法通常使用脉冲回波技术从一端进行检测，同一个探头既发射又接收。*近由超声波科学有限公司（USL）安装的水浸系统升级为可在2 种模式下操作，根据检测的要求和零件的形状而定。在**种模式下，复杂形状零件使用单探头，扫描线速度500mm/s，往复运动间隔1mm，即相当于每小时扫描面积大约为2m2 ；系统还可以以**种更高效的方式进行扫描，该方式使用100mm 宽的相控阵探头，将相控阵扫描和机械运动相结合。该方式在检测平板件和单曲面件时可实现每分钟1m2 的产量，与单探头相比，生产能力大幅提升。
一个相控阵探头包含了128 个独立的晶片，这些晶片以非常小的间隔，顺序发射超声脉冲。通常是每秒20000 次，也就是说在相控阵探头随着机械运动机构覆盖整个零件的时候，像完成整个阵列128 个晶片这样的一次扫描，每1 秒钟就可以完成几百次。每个独立的晶片都可以被控制，在检测材料很小的一块区域内可以产生非常细节的图像。
复合材料检测通常使用喷水检测方法，一个探头发射出来的声束通过喷出的水柱，被另外一侧的**个探头接收。在扫描时，两侧的水柱角度必须是**控制的，并保持同轴，否则就会丢失超声信号。这就对机械控制系统提出了非常严格的要求，尤其是在检测双曲面零件时，此时如果想提高产能将是非常困难的。但对于USL 系统，即使扫描复杂曲面的零件，扫描速度依然可以很快，而且不会降低检测质量。
在**和商用飞机中使用的复合材料零件通常形状非常复杂，超声检测系统需要集成多个机械运动轴，以扫描这些复杂形状的零件。典型的系统将有10~12 个轴，这些轴同时联动，以便跟踪零件轮廓。USL 系统具有2 种不同的结构：一个是水平操作臂结构，而另一个是垂直操作臂结构。如何选择，取决于客户的意愿和需要检测零件的范围。有些时候喷水和水浸两种方法都需要，在这种情况下垂直操作臂结构更加适合。总体来说，复合材料的多曲面跟踪检测要比水浸检测系统复杂得多，世界上大部分的制造商都是从水浸做起，但真正能够实现10~12 轴扫描的多曲面跟踪检测系统的厂家并不多，而USL 公司在制造该类型系统方面已经有近20 年的经验，该类型系统数量也有10 多套，积累了丰富的经验。
声束的控制
在任何超声检测中，都需要严格控制声束与零件表面的角度。如果待检测的材料是完全平直的，情况就要简单得多，但实际检测中这样的情况很少。实际零件表面的轮廓是变化的，并可能是随机和不可预测的。
为了实现板材检测的高产能，需要使用多探头组，并配备多路复用器。典型的是配7 和15 个长方形探头，交错排列，覆盖80mm 和150mm的宽度。由于材料是在水浸箱中进行检测的，所有探头在查找缺陷的同时，还测量板材的表面位置。测量出的板材表面到探头表面的距离，即水程，可显示探头与表面的中间的角度。并用该数据实时对探头操作器进行调整，这样检测的角度就保持在正确的数值上（通常是90°）。这样就可以确保探头垂直板材表面，并对其进行可靠的检测。
在扫描结束后，在C扫描图上会标明可能的缺陷。扫描装置自动移动到每个缺陷位置，操作者对其进行确认，判断是一个缺陷还是表面上的标签或是气泡。由于长方形探头的设计是用于查找缺陷的，但不能**确定缺陷尺寸，所以在此使用一个圆形聚焦探头对缺陷进行评定。在有些情况下还使用前面提到的相控阵扫描，但还是多探头组扫描的产能更高。
在设计零件时，无损检测通常是*后被考虑的事情，所以就会使问题变得更复杂。现在的许多**组装方法，如扩散焊、摩擦焊、摩擦搅拌焊越来越多地用于日常生产中，并生产出非常复杂的金属零件，就需要特别形式的无损检测。这就对检测设备制造商和无损检测实际操作者提出了新的要求。同样，对于航空复合材料来说，由于越来越多地使用树脂转移模成型工艺，也出现了同样的问题。这些问题都需要解决，而且不能引起制造过程的瓶颈和后续问题，所以就需要不断地对仪器、机械和软件进行**。