碳纤维复合材料超声检测方法研究现状

早有科学家预言二十一世纪将是智能和材料的世纪，可见材料在人类发展进程中扮演着举足轻重的作用，人类从开始使用工具时就开始了和材料打交道的历史，纵观中国历史更是这样，从以岩石、陶土为代表的原始社会到大量使用青铜器的商周，在到铁的使用，我们的祖先进入了封建社会，直到近代社会铁、铜、钢依然是人类应用最多的材料，可见材料的使用可以影响的人类历史的进程，此事甚大，不可不察也。直到二十世纪左右，人类使用了塑料等化学材料，于是乎上世纪七十年代才有他李嘉诚当上了塑料大王，而碳纤维复合材料也在这一段时间中生产出来，且在航空航天、军工、制造业中有着特殊的用途。尤其近二十年的发展更是极大的拓宽了它的应用范围。

 碳纤维复合材料具有很多独特的优点，如：高强度（是钢的5倍）、出色的耐热性（可承受2500度以上的高温）、比重小（钢材的1/5）、优秀的耐腐蚀与防辐射性能、热膨胀系数低。拥有这些优良的特性自然能在很多领域获得青睐，但是它的制备却极其困难，尤其对复合材料的质量检测，也只是最近二三十年才发展的。所以对碳纤维复合材料的无损检测研究具有极其重要的意义。下面几节内容将对研究碳纤维复合管的超声检测方法，来发现制备的复合材料中分层缺陷，保证质量的可靠性。

国内对碳纤维复合材料检测方法以超声和射线检测为主，另外还有声发射检测。超声检测又以A扫描为主，但A扫有一大缺点，就是碳纤维复合材料的衰减极大，发射回波很小，噪声较大，容易造成漏检或者误判，另一种不错的方法是C扫描，C扫描又有反射法C扫描，穿透法C扫描，穿透法C扫描具有很高的检测灵敏度，因为只要内部有缺陷，那么接收端接收的信号减弱，依据减弱的信号的情况即可判断缺陷情况；反射法C扫描要比穿透法C扫描更能对缺陷进行定位，但是它存在检测盲区。声发射检测法刚刚起步，它综合了现代声光电等很多先进的技术，通过传感器接收材料内部缺陷处发出的异样信号，确定缺陷位置和大小，如果技术成熟，这种方法的检测效果是最好的，现在在这方面做得研究还不够，我国跟国外的技术还有一定的差距。再者就是射线检测复合材料了，普通的射线胶片法，检测效果不甚理想，因为此法很难对缺陷进行定位，最新的方法是工业CT法检测，可将复合材料是实现三维成像，内部缺陷一目了然，在重要构件中，这种方法得到了很好的应用，但这种方法成本较高，检测速度较慢，目前对复合材料的检测也只限于重要工件和科学研究。

    研究的对象是某公司提供的碳纤维复合管两个，Φ76*5.97和Φ80--87*7.5其中等截面的是已经检测的工件，变截面是待检工件。

首先需要测出碳纤维复合材料的声衰减系数，由于碳纤维复合材料的衰减系数较大，因此不能使用二次底波进行测量，需要始波和一次底波之间的回波来测定衰减系数，示波器显示的水平量是时间，要将其转化为声程，因此需要知道超声纵波在材料中的传播速度。可使用透射法测声速。

本文尝试用直接接触耦合法检测、透射法检测、水浸法检测，综合考虑结果，水浸法是最好的选择。为提高入射波的反射率，尝试使用反射板法，管内壁隔水检测等方法。

在对已检工件进行检测时，通过对有缺陷处和无缺陷处回波的波高和位置制定了对待检工件的检测标准，特地引入缺始比的概念。

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