声发射和超声C扫描检测纤维增强复合材料分析？

纤维增强复合材料（fiber reinforced composite，简称FRP）因卓越的力学性能和轻量化，在我国航空航天、风电、军事、汽车、石油、化工等行业发展提供了便利条件。但是在质量检测上因材质问题，声速衰减大，本身又存在各向异性，导致其在无损检测方面与金属材料相比，存在这非常大的差异。北京采声利用声发射技术和超声C扫描技术分别对纤维增强复合材料进行内部检测分析，并取得不错的检测结果。由于此材料用于大量高端特殊环境下，面对冲击损伤、疲劳等问题，会给内部造成不可逆转的损伤，需要利用无损检测设备对内部进行质检。

一.声发射技术

可以对纤维增强复合材料内部进行实时监测，通过参数分析、波形分析、技术经验分析，实现了对复合结构变形、断裂损伤情况进行评估。

以上两种类型的缺陷损伤，是非常重要的声发射源，通过采声TCS-BSI高灵敏传感器（满足ISO–19016标准的声发射传感器–TCSBSI，TCSBSI传感器及其频响曲线如下图1所示，TCSBSI传感器响应曲线在10KHz-1000KHz的带宽范围内的响应幅度曲线较为平坦，适用于复合材料不同损伤模式的信号响应，有利于对不同模式的信号进行对比分析。）对内部轻微损伤缺陷信号进行实时“捕捉”，技术人员结合长时监测数据对材料进行分析。

图1 TCSBSI传感器及其频响曲线图

采声对碳纤维增强复合材料—RTM工艺—气瓶结构进行声发射监测

1.测试样品气瓶基本信息：

直径420mm，长度1500mm，传感器数量8个，气瓶图片和传感器布置示意图如图2所示

图2 碳纤维气瓶及传感器布置图

2. 检测结果：

纤维断裂信号的波形和小波分析图

基体开裂信号的波形和小波分析

分层信号的波形和小波分析

以上检测数据为部分信息展示，从完整流程实验中可以得出碳纤维层的气瓶，重物撞击会对气瓶碳纤维层造成一定的损伤，这种损伤较为轻微，无法立刻表现出来，经过疲劳测试后，这种损伤会加剧，并对气瓶的性能造成影响。通过后续波形分析和损伤模式识别，这些信号是碳纤维层分层的信号。

二. 采用超声法

可以对纤维增强复合材料内部缺陷进行分析，这是目前市面无损检测中检测复合材料最常见的检测技术，采用Lamb波对（FRP）进行检测。超声扫描显微镜（英文：Scanning Acoustic Microscope）简称超声SAM，是一种以水为耦合介质，即传播媒介；以声波作为探测信号，通过高频超声换能器接收到的反射和透射信号，利用特殊的软件构建出二维的C扫描图像的声学检测设备。

1. 水浸超声法检测（FRP）

采声利用型号：TCS-33HD水浸超声设备对纤维增强复合材料进行检测，依据脉冲反射法，一个超声换能器（探头），即发射信号波，又接收信号波。

由于碳纤维复合材料衰减系数较大，采用采声研发定制点水浸聚焦探头进行增强信号，可以对复材内部脱粘缺陷成功检测，不受界面波和表面盲区影响，此设备正在应用于某航空机翼蒙皮下脱粘缺陷分析，除了一些常规的C扫描图像，北京采声水浸超声技术可以对复合材料断层切片扫描，可以理解为CT功能性成像。

2. 空耦超声法检测（FRP）

空气耦合超声具备非接触、不影响试件内部结构，无需耦合剂，是⼀种真正意义上非接触式无损检测设备。与常规⽔浸超声技术相比，适⽤于无法使⽤耦合剂液体的特殊材质。

此实验结果显示证明了空气耦合超声可以检测出复材内部缺陷并生成A扫描，B扫描，C扫描超声图像，对缺陷位置进行定位定量，将缺陷数据以列表的形式进行展示，采声空耦超声对穿式扫描可以更好地解决复材声速衰减问题。纤维增强复合材料有着非常优异的性能，它的耐腐蚀，耐高温、有效载荷等特点，在航空航天飞机制造、卫星、宇航器等得到了大量的应用与发展，为了保障复材这些优异的性能，需要尽可能减少加工工艺不合格品流入二次加工市场，以及后期破坏性排查缺陷对飞行器整体造成的不必要损伤，利用无损检测设备声发射技术和超声扫描显微镜进行分析具有重要意义。