超声C扫描成像系统在SiCp/Al复合材料无损检测中的应用

　　Al/SiCp复合材料是一种综合性能优秀的复合材料,然而由于制造工艺不完善,常常导致材料出现缺陷(比如孔洞、SiCp颗粒分布不均匀等)。缺陷会严重削弱材料的力学性能,因此有必要对其进行严格的检测和控制。因为Al/SiCp复合材料具有高阻尼的特性,声波能量损失较大,反射回波幅度小,采用传统的超声波方法进行无损探测比较困难。鉴于以上原因,选用装有聚焦探头的超声C扫描成像系统对这种复合材料进行超声检测,由于它具有声束细、声能集中、分辨力和信噪比高等优点,并且可以得到缺陷的横截面图,因此有望实现对缺陷的尺寸和形状的准确分析,并结合缺陷的分布状态判定缺陷的性质,为改进制备工艺提供参考。

　　1　超声C扫描成像系统

　　超声C扫描成像装置是将微机与传统的超声波探伤仪结合起来。它主要由4部分组成:机械传动机构和水箱,超声波C扫描控制器,超声波C扫描探伤仪以及微机。其结构方框图如图1　　所示。微机控制传动机构并负责数据采集、存贮、处理以及图形显示。机械传动装置使探头位置与X和Y两个电位器相联,并分别与计算机显示图形的X和Y位置相对应。探头在工件上纵横交替扫查,整个自动扫描过程由扫描控制器控制完成。计算机采集的数据是来自超声探伤仪的模拟信号和扫描控制器的位置信号。为了检测出工件内部的微小缺陷,超声波探伤仪必须具有宽频带和较高的分辨率,通常可以用声束聚焦的方法以缩小声束截面来进行补偿。超声C扫描成像系统的声束聚焦通常由聚焦探头来完成的。本系统是将超声检测与微机控制、数据采集、存贮、处理、图像显示集合在一起的技术,对缺陷定性和定量研究更加方便,而且将检测结果存入计算机,随时调用、分析和评定。用超声C扫描成像系统对工件进行超声无损检测可以摆脱仅仅依靠观察脉冲反射波来分析判断缺陷位置、形状、大小和性质的传统检测方法,还可以避免检测人员的主观随意性和工作失误,提供比较客观的准确的探伤数据。

2　超声C扫描成像系统在SiCp/Al复合材料无损检测中的应用

　　在对SiCp/Al复合材料检测之前,应该了解系统中的聚焦探头的声压分布。通常可以由聚焦探头所发出的超声波的声场特性来确定缺陷的大小和形状。因为在探伤过程中只用到相对声压,所以对聚焦探头的声压进行归一化处理。对于聚焦探头(如图2所示),焦平面上离焦点S点处的A点的归一化声压幅度分布为[1]:

　　根据惠更斯-菲涅耳原理,整个探头在焦平面上某一点所建立的声压等同于在这一点上的点声源在整个探头上所建立的声压,所以一个收发兼用聚焦探头测得的在焦平面上A点的小球反射声压与焦点处的小球反射声压(以焦点处的小球反射声压为1)之比为: