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Focus PX 應(yīng)用案例丨碳纖維復(fù)合材料檢測

閱讀:893        發(fā)布時間:2022-5-5

碳纖維復(fù)合材料:是先進(jìn)復(fù)合材料中重要的增強(qiáng)材料,比鋁還要輕,比鋼還要硬,密度是鐵的1/4,強(qiáng)度是鐵的10倍。碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、抗化學(xué)腐蝕、耐輻射、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能。此外,還具有纖維的柔曲性和可編性。碳纖維既可用作結(jié)構(gòu)材料承載負(fù)荷,又可作為功能材料發(fā)揮作用。


碳纖維應(yīng)用背景與檢測

碳纖維復(fù)合材料被廣泛的應(yīng)用用于國防工業(yè)領(lǐng)域,是飛機(jī)、無人機(jī)、箱體、火箭、衛(wèi)星、艦船等先進(jìn)裝備*的戰(zhàn)略性材料。在風(fēng)力發(fā)電、體育休閑、交通運(yùn)輸、汽車工業(yè)、能源、化工、建筑等民用領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。


雖然,碳纖維復(fù)合材料作為一種新興材料已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用,但是在生產(chǎn)過程中,由于工藝不穩(wěn)定,空隙、夾雜等缺陷無法*避免,它的橫向承載與抗剪能力較低,在沖擊或疲勞等載荷的作用下極易發(fā)生損傷直至破壞。

研究表明,試樣厚度不同時碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能會發(fā)生明顯的變化。因此,為了保證碳纖維復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和彈性模量,需要對碳纖維復(fù)合材料的厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制。碳纖維復(fù)合材料在制造過程中產(chǎn)生的典型缺陷主要包括空隙、分層、脫粘和表面損傷; 在使用過程中產(chǎn)生的典型損傷主要有刀痕或劃傷、腐蝕坑、分層、脫粘、圓孔變形和有分層產(chǎn)生的下陷等。

本次,通過利用奧林巴斯超聲相控陣探傷技術(shù)(奧林巴斯探傷儀)并結(jié)合 Olympus 的復(fù)合材料檢測專用輪式探頭,對碳纖維復(fù)合材料檢測分析來驗(yàn)證相應(yīng)的測試結(jié)果。


檢測實(shí)驗(yàn)對象


材質(zhì):碳纖維復(fù)合材料(CFRP)

尺寸:寬度102mm,厚度 5mm,長度不定

表面狀態(tài):表面有塑料薄膜覆蓋,部分位置可見塑料薄膜氣泡


檢測設(shè)備配置


主機(jī):Omniscan 系列 奧林巴斯探傷儀(便攜式)或 Focus PX(臺式)

探頭:復(fù)合材料檢測專用超聲相控陣輪式探頭 RollerForm

耦合方式:水耦合

應(yīng)用案例丨碳纖維復(fù)合材料檢測


檢測結(jié)果分析


1.1 較長的 1 號復(fù)合材料試塊檢測結(jié)果


由上圖可見,C 掃描圖像中無明顯缺陷信號,只有個別深藍(lán)色點(diǎn)狀信號,在 B 掃描圖中可以看到這些藍(lán)色點(diǎn)狀信號為非常微小的點(diǎn)狀缺陷,這樣的信號一般不認(rèn)為是缺陷信號。而只有信號幅度非常高(通常為紅色信號),且面積較大時才認(rèn)為是缺陷信號。


因而 1 號試塊無明顯缺陷,為完好試塊,且該試塊的表面塑料薄膜完好,未見明顯氣泡。


1.2 較長的 2 號復(fù)合材料試塊檢測結(jié)果


由下圖可見,較長的 2 號復(fù)合材料試塊同樣沒有明顯缺陷信號,底面回波清晰可見。


1.3 較短的 3 號復(fù)合材料試塊檢測結(jié)果


右下圖可見,較短的 3 號試塊可見明顯的缺陷,而且在 C 掃描圖像上布滿了這樣的缺陷,因而可判斷該試塊在制作過程中存在問題,為不合格工件。


1.4 較短的 4 號復(fù)合材料試塊檢測結(jié)果


較短的 4 號試塊可見明顯的缺陷,如下圖所示。而且在 C 掃描圖像上布滿了這樣的缺陷,因而可判斷該試塊在制作過程中存在問題,為不合格工件。


下圖為去掉塑料薄膜之后的檢測結(jié)果,對比上面的檢測結(jié)果可見,表面信號明顯增強(qiáng)了,而一些由于薄膜氣泡造成的偽缺陷信號消失了,因而在薄膜出現(xiàn)氣泡的情況下,去掉薄膜以后再檢測,可以消除由于薄膜氣泡造成的影響。


檢測結(jié)果總結(jié)


檢測實(shí)驗(yàn)可見,較長的 1 號和 2 號試塊的情況較好,未見明顯的缺陷信號。而較短的 3號 和 4 號試塊則存在較多的內(nèi)部分層缺陷,使用超聲相控陣探傷技術(shù)(奧林巴斯探傷儀)結(jié)合 Olympus 的復(fù)合材料檢測專用輪式探頭,可以有效地檢測該工件,可明顯區(qū)分缺陷信號,檢測結(jié)果比較理想。

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