董佳澎 劉 斌

海洋石油工程股份有限公司檢測(cè)公司

淺談復(fù)合材料構(gòu)件的無(wú)損檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

董佳澎 劉 斌

海洋石油工程股份有限公司檢測(cè)公司

無(wú)損檢測(cè)是工業(yè)發(fā)展必不可少的工具，在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平，其重要性已得到公

無(wú)損檢測(cè)；技術(shù)

無(wú)損檢測(cè)是工業(yè)發(fā)展必不可少的工具，在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平，其重要性已得到公認(rèn)。其特點(diǎn)為：不損壞試件材質(zhì)和結(jié)構(gòu)。實(shí)施無(wú)損檢測(cè)后產(chǎn)品檢查率可達(dá)100%。在目前無(wú)損檢測(cè)還不能完全替代破壞性檢測(cè)。對(duì)一個(gè)試件的評(píng)價(jià)必須把無(wú)損檢測(cè)的結(jié)果與破壞性試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果互相對(duì)比配合，才能做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。正確選用實(shí)施無(wú)損檢測(cè)的時(shí)機(jī)。正確選用最適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法。綜合應(yīng)用各種無(wú)損檢測(cè)方法。

一、材料與方法

(一)材料

在本次實(shí)驗(yàn)研究活動(dòng)開展過(guò)程中，為了全面掌控到超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在復(fù)合材料中應(yīng)用技巧，配置了10：1單向玻纖布，同時(shí)保障玻纖布厚度為0.5mm，并在雙酚A型環(huán)氧樹脂選用過(guò)程中，將其型號(hào)確定為CYD-128。此外，為了滿足本次實(shí)驗(yàn)活動(dòng)開展需求，在實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備過(guò)程中，亦注重強(qiáng)調(diào)了改性銨、3201乙烯基樹脂、工業(yè)級(jí)環(huán)烷酸鈷、工業(yè)級(jí)過(guò)氧化甲乙酮等的選用。而在實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置過(guò)程中，為了保障實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性，注重在實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備工作開展過(guò)程中，選用多功能系統(tǒng)超聲膠結(jié)檢測(cè)儀，型號(hào)為VondaScope 3100，而設(shè)備源自NDT Systems Inc公司，就此達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)研究狀態(tài)。

(二)方法

在本次實(shí)驗(yàn)研究活動(dòng)開展過(guò)程中涉及到的實(shí)驗(yàn)方法主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，試件制作方法，即首先在乙烯基樹脂澆注體制作過(guò)程中，為了滿足實(shí)驗(yàn)需求，選用3201乙烯基樹脂，而在乙烯基樹脂澆筑作業(yè)環(huán)節(jié)開展過(guò)程中，向?qū)嶒?yàn)環(huán)境下投入引發(fā)劑，如，過(guò)氧化甲乙酮等，待固化作業(yè)完成后，澆注內(nèi)部結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)制作過(guò)程中，為了規(guī)避缺陷問(wèn)題引發(fā)超聲檢測(cè)阻塞信號(hào)，需將試件厚度控制在30mm，且分為3個(gè)澆注體，繼而在3個(gè)澆注體設(shè)計(jì)過(guò)程中，將挖孔徑分別控制在5mm、10mm、30mm狀態(tài)下，而在澆注體底部切割中，保障斜槽角度分別為30°、45°、60°，就此滿足超聲無(wú)損檢測(cè)需求，降低復(fù)合材料結(jié)構(gòu)對(duì)無(wú)損檢測(cè)的干擾影響。其次，在玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料板材制作過(guò)程中，應(yīng)注重選定真空作業(yè)環(huán)境，同時(shí)在板材成型加工過(guò)程中，通過(guò)真空壓力差，制作所需工件，且注重應(yīng)用E51環(huán)氧樹脂，而板材厚度為5mm，膠粘劑厚度為4mm，達(dá)到最佳的板材加工狀態(tài)，提升超聲無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量[1]。再次，在玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料制作過(guò)程中，需將硬紙片埋入板材中，繼而提供實(shí)驗(yàn)所需試件；

第二，測(cè)試方法，基于試件制作完備的基礎(chǔ)上，為了保障實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的精準(zhǔn)性，需確定測(cè)試方法，即首先在實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)節(jié)開展過(guò)程中，為了精準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，需引入RF射頻模式，對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件進(jìn)行超聲檢測(cè)，即以發(fā)射-接收探頭的方法，反饋A型掃描信號(hào)，并利用材料和缺陷聲阻抗差異性，獲取發(fā)射波，繼而通過(guò)對(duì)回波信號(hào)的接收，判斷材料試塊缺陷狀況。但在測(cè)試工作開展過(guò)程中，為了規(guī)避測(cè)試誤差現(xiàn)象的凸顯，需針對(duì)RNG進(jìn)行調(diào)整，且保障GAIN為波峰屏幕的1/2，同時(shí)設(shè)定DLY為4.3μs，F(xiàn)RQ為28v，GAIN為66dB，就此滿足回波信號(hào)接收條件。其次，在實(shí)驗(yàn)測(cè)試準(zhǔn)備作業(yè)中，亦應(yīng)注重針對(duì)回波信號(hào)圖像進(jìn)行GATE標(biāo)注，達(dá)到高效性測(cè)試結(jié)果整合狀態(tài)。

二、結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)在厚度為10mm、20mm的試塊中，回波聲程分比為426μs、538μs，同時(shí)經(jīng)波幅60%-80%圖像分析即可看出，在20mm厚度試塊超聲無(wú)損檢測(cè)中，GAIN為65dB，而10mm厚度試塊中，增益GAIN為57dB，因而基于材料表面光潔的基礎(chǔ)上，樹脂澆注體具體超聲信號(hào)阻抗作用。因而，在厚度較小的復(fù)合材料構(gòu)件制作過(guò)程中，不宜采用超聲檢測(cè)技術(shù)，為此，當(dāng)代工業(yè)領(lǐng)域在產(chǎn)品加工過(guò)程中，應(yīng)提高對(duì)此問(wèn)題的重視程度；

(2)從復(fù)合材料缺陷大小對(duì)超聲檢測(cè)回波信號(hào)影響中即可看出，基于深度相同孔徑不同的試塊中，孔徑為30mm、10mm、5mm的試塊，對(duì)回波信號(hào)影響呈現(xiàn)出差異性特點(diǎn)，即30mm孔徑對(duì)回波信號(hào)最為明顯，5mm孔徑最不明顯，同時(shí)，從信號(hào)圖可看出，各試塊GAIN、RNG等參數(shù)均一致[2]。為此，在復(fù)合材料構(gòu)件加工過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的高效應(yīng)用，應(yīng)注重結(jié)合較低頻率、掃描范圍較大的特點(diǎn)，對(duì)超聲無(wú)損掃描參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，就此滿足復(fù)合材料缺陷檢測(cè)需求，達(dá)到最佳的復(fù)合材料構(gòu)件加工、生產(chǎn)狀態(tài)；

(3)從缺陷表面角度對(duì)超聲檢測(cè)回波信號(hào)的影響中即可看出，基于底面為三角槽的基礎(chǔ)上，不同角度對(duì)超聲檢測(cè)回波信號(hào)的影響呈現(xiàn)出差異性特點(diǎn)，如，60°角回波信號(hào)要呈現(xiàn)出丟失現(xiàn)象，因而，在復(fù)合材料構(gòu)件加工過(guò)程中，應(yīng)避免在60°底面中應(yīng)用超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。而在45°檢測(cè)中，回波信號(hào)明顯變大，30°檢測(cè)中，回波信號(hào)較為穩(wěn)定[3]。為此，在超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)提高對(duì)此問(wèn)題的重視程度，同時(shí)注重在復(fù)合材料構(gòu)件縱向缺陷檢測(cè)過(guò)程中，引入X射線，達(dá)到高效性缺陷檢測(cè)目的，滿足復(fù)合材料應(yīng)用需求。

綜上可知，在復(fù)合材料構(gòu)件加工過(guò)程中傳統(tǒng)缺陷檢測(cè)方法已經(jīng)無(wú)法滿足軍工、電力電子等領(lǐng)域復(fù)合材料應(yīng)用需求，為此，為了打造良好的復(fù)合材料應(yīng)用空間，需針對(duì)不同結(jié)構(gòu)復(fù)合材料對(duì)超聲檢測(cè)信號(hào)的影響，判斷超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用范圍，且在復(fù)合材料無(wú)損探傷作業(yè)中，依據(jù)缺陷類型、材料類型等，對(duì)無(wú)損檢測(cè)干擾因素進(jìn)行處理，同時(shí)，結(jié)合缺陷深度、材料厚度、缺陷大小等，明確無(wú)損檢測(cè)盲區(qū)，就此達(dá)到最佳的復(fù)合材料構(gòu)件缺陷判斷狀態(tài)。