超声C扫描系统在颗粒增强型金属基复合材料无损检测中的应用

　　0 引言

　　颗粒增强型金属基复合材料是一种具有高强度、高刚度、高弹性模量、高耐磨性、各向同性等综合性能优越的复合材料。虽然纤维强化的金属基复合材料在很多方面性能比颗粒强化的复合材料优越,但其价格昂贵,各向异性大,微观组织不均匀,纤维与纤维反应接触带大等缺点,而颗粒增强型铝基复合材料具有成本低廉,各向异性小,容易成形,可用常规技术加工和机械加工等优点,而且增强粒子成本低廉,来源广泛。此类材料与普通铝合金一样可重熔铸造成形,获得各种尺寸且形状复杂的复合材料铸件。增强粒子通常有SiC、Al2O3和B4C等。颗粒增强型金属基复合材料是航空、汽车及其它民用工业中的理想材料,有着广泛的应用前景[1]。然而由于制造工艺不完善导致材料中产生缺陷(比如孔洞、增强粒子分布不均匀等)。在使用这些元件时,如果内部的缺陷被发展,材料的强度和刚度等力学性能就会受到严重的影响。因此在使用时必须对颗粒增强型金属基复合材料进行无损检测,一方面在产品使用中进行检测对消灭灾害性事故起着重要作用;另一方面能够监督产品的质量,并将检测的结果反馈到生产工艺中去,指导和改进生产。因为颗粒增强型复合材料具有高阻尼的性质[2],声波在材料中传播时,吸收和散射现象严重,声波能量损失较大。所以用装有聚焦探头的超声C扫描装置对其进行超声无损检测,并显示其在某一横截面和缺陷图。聚焦探头具有声束细、声能集中、分辨力和信噪比高等优点,并且可以根据它的性质判定出缺陷的大小和形状。

　　1 超声C扫描成像系统

　　超声C扫描成像装置是将电子计算机与传统的超声波探伤仪有机的结合。它主要由四部分组成:机械传动机构和水箱,超声波C扫描控制器,超声波C扫描探伤仪以及电子计算机四部分组成,另外还有一些附加设备。其结构图如图1所示。计算机控制传动机构并负责数据采集、存贮、处理以及图形显示。它使探头在工件上纵横交替扫查,把在探伤距离特定范围内的反射作为辉度变化并连续显示,显示的图形为工件内部缺陷的横截面积的图像,而图像本身不显示缺陷的深度。机械连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。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和扫描控制器的模拟信号和位置信息[2]。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本领,它能用尖脉冲激励超声探头,产生窄脉冲,但是窄脉冲的横向分辨率略低。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。本系统对工件自动检测、自动计算和记录,使缺陷的定位、定量和定性更加方便,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。