20世紀(jì)復(fù)合材料在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域涉及航空航天、汽車(chē)、海洋工程甚至超導(dǎo)工程等領(lǐng)域。自20世紀(jì)70年代起，國(guó)內(nèi)外針對(duì)復(fù)合材料的制造和應(yīng)用開(kāi)展了全方位的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究。復(fù)合材料的超聲檢測(cè)在早期主要采用穿透法，由于其精度較低，且難以分辨缺陷性質(zhì)和對(duì)缺陷進(jìn)行深度定位，在對(duì)精度要求不高的情況下，可用于板材的粗檢，后來(lái)逐漸被脈沖回波法所取代。脈沖回波法用于復(fù)合材料檢測(cè)時(shí)通常為C掃描顯示檢測(cè)，由于C掃描檢測(cè)系統(tǒng)比較復(fù)雜且成本高，因此并未在復(fù)合材料檢測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。
近年來(lái)，相控陣技術(shù)得到了很大的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。目前，GE公司推出了便攜式相控陣探傷儀PhasorXS，使相控陣檢測(cè)技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)中得到很大的推廣，已在航空復(fù)合材料的檢測(cè)、氣輪機(jī)葉片(根部)、渦輪圓盤(pán)的檢測(cè)、石油天然氣管道焊縫檢測(cè)、火車(chē)輪軸檢測(cè)、核電站檢測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。下文將重點(diǎn)介紹便攜式相控陣探傷儀在復(fù)合材料檢測(cè)中的應(yīng)用特點(diǎn)及便攜式相控陣探傷儀在復(fù)合材料檢測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例。 便攜式相控陣探傷儀
1 便攜式相控陣探傷儀的特點(diǎn)便攜式相控陣探傷儀跟傳統(tǒng)超聲探傷儀相比，主要有以下幾方面特點(diǎn):
(1)通過(guò)圖像的形式直觀地顯示缺陷，且圖像對(duì)缺陷的顯示分辨率和靈敏度都非常高，而傳統(tǒng)探傷儀都是通過(guò)A掃描波形顯示缺陷。
(2)可以調(diào)節(jié)聲束焦點(diǎn)，從而調(diào)整各個(gè)區(qū)域的檢測(cè)靈敏度。
(3)超聲聲束折射后為扇形區(qū)域，并且范圍可根據(jù)需要調(diào)整（如35°～75），而傳統(tǒng)的超聲探頭聲束折射角都是固定的。
2 便攜式相控陣探傷儀顯示方式
相控陣探傷儀的顯示方式與傳統(tǒng)超聲探傷儀的顯示方式相比，主要特點(diǎn)是能通過(guò)圖像的形式直觀地顯示缺陷，而不像傳統(tǒng)超聲探傷儀只能顯示A掃描波形。相控陣探傷儀的顯示方式主要有扇形、B掃描等。
相控探傷儀性能測(cè)試試塊
扇形掃描顯示主要是將各個(gè)角度的超聲信號(hào)以圖像的形式同時(shí)顯示出來(lái)，如圖2所示，該圖為探頭在試塊位置處所得的扇形掃描圖像，顯示范圍為2條直線(xiàn)所覆蓋的扇形區(qū)域，它顯示了40°～70°范圍內(nèi)的折射聲束，實(shí)質(zhì)上是將40°～70°范圍內(nèi)的A掃描波形以顏色的形式顯示出來(lái)，形成一幅圖像。
相控陣探傷儀將A掃描波形的幅度用顏色條對(duì)其量化，如右側(cè)的顏色條所示，波形幅度為0°時(shí)，則用深藍(lán)色示：波形幅度為100%時(shí)，則用紅色表示，不同幅度都對(duì)應(yīng)了一種顏色，這樣就能夠?qū)掃描波形通過(guò)顏色的形式表示出來(lái)。圖像中的斜線(xiàn)表示的是42°折射角對(duì)應(yīng)的聲束，該斜線(xiàn)的角度可調(diào)，且對(duì)應(yīng)的角度顯示在圖像的右上角，其對(duì)應(yīng)的A掃描波形也能在圖像左側(cè)相應(yīng)的顯示出來(lái)。在該圖像中顯示了區(qū)域范圍內(nèi)的12個(gè)φ1橫通孔，其中9個(gè)為相鄰分布間距為2mm的橫通孔，在圖像中能清晰的區(qū)分8個(gè)橫通孔，另一個(gè)橫通孔不能清晰顯示出來(lái)主要是因?yàn)橛?個(gè)橫通孔在同一聲軸線(xiàn)上。另外圖像中也清晰地顯示了3個(gè)垂直分布間距為1mm的φ1橫通孔，從該圖中可以看出相控陣探傷儀能夠?qū)⑷毕莘浅Ｖ庇^的顯示出來(lái)，并且對(duì)缺陷具有很高的靈敏度和分辨率。
B掃描圖像以工件的水平位置為X軸，以工件的深度為Y軸，將各深度位置處回波幅度以顏色的形式顯示出來(lái)，B掃描圖像為相控陣直探頭在試塊區(qū)域得到的φ2平底孔圖像，平底孔距底面的距離分別為4mm、6mm、8mm 和10mm。
便攜式相控陣探傷儀在復(fù)合材料檢測(cè)中的應(yīng)用
相控陣探傷儀探頭由多晶片組成，通過(guò)電子方式控制各晶片觸發(fā)時(shí)間從而控制聲束的焦點(diǎn)和入射角度，因此，該儀器用于復(fù)合材料檢測(cè)時(shí)對(duì)缺陷有很高的靈敏度和分辨率，且效率非常高，在這里將分別介紹直探頭和斜探頭的應(yīng)用實(shí)例。
1 T型復(fù)合材料檢測(cè)
T型復(fù)合材料工件常見(jiàn)的缺陷是由于T型膠接不完全而影響該工件的性能。對(duì)該工件應(yīng)用64晶片相控陣直探頭，儀器虛擬探頭設(shè)置為16晶片，電子掃描步距為1。通過(guò)水浸法或直接接觸法對(duì)該工件進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，如果T型部位粘接合格，試塊區(qū)域?qū)o(wú)回波圖像顯示，反之如果T型部位粘接不合格，將在T型粘接部位產(chǎn)生反射回波，可見(jiàn)，通過(guò)便攜式相控陣探傷儀可以高效準(zhǔn)確地判斷該復(fù)合材料工件是否合格。
2 飛機(jī)蒙皮粘接層檢測(cè)
飛機(jī)蒙皮粘接質(zhì)量嚴(yán)重影響飛機(jī)的飛行**，因此對(duì)其進(jìn)行**檢測(cè)至關(guān)重要。飛機(jī)蒙皮結(jié)構(gòu)中，中上蒙皮與下蒙皮通過(guò)膠接粘接在一起，在粘接層位置通常有密封層，而在該位置處常發(fā)生缺陷。對(duì)飛機(jī)蒙皮粘接層的檢測(cè)選用32晶片相控陣斜探頭，儀器虛擬探頭設(shè)置為16晶片，電子掃描步距為1。圖4為飛機(jī)蒙皮檢測(cè)結(jié)果，*后經(jīng)確定檢測(cè)結(jié)果顯示的圖像為疲勞裂紋。
飛機(jī)蒙皮疲勞裂紋的檢測(cè)實(shí)例
結(jié)束語(yǔ)
相控陣探傷儀能夠通過(guò)圖像的形式直觀地顯示缺陷，并通過(guò)線(xiàn)性B掃描圖或扇形圖顯示一定區(qū)域范圍內(nèi)的缺陷，有利于對(duì)缺陷的評(píng)判。從應(yīng)用效果來(lái)看，應(yīng)用便攜式相控陣探傷儀檢測(cè)復(fù)合材料能極大地提高檢測(cè)效率，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性，節(jié)省檢測(cè)成本。 （責(zé)編微涼）
