基于超声红外热波技术的再制造零件裂纹检测研究现状

再制造是制造的延续,再制造零件由涂覆层和已经服役过的基体组成,异质材料体系的添加以及二次服役使得再制造零件的安全面临巨大的挑战,辨识及表征再制造零件缺陷是再制造零件服役安全评价的重要难题。超声红外热波检测技术利用超声激励产生能量转化和热传导原理,通过采集材料表面和近表面的红外热图对缺陷结构进行反演表征,是热学无损检测技术中非常重要的研究方向。然而,由于涂层的存在,将红外热波技术用于再制造零件裂纹的评价表征也面临着新的理论难题。基于此,本文系统分析了再制造零件的特点,总结了超声红外热波的检测机理,详细综述了低频超声振动能量与裂纹缺陷耦合生热机制研究现状,其中,摩擦生热机制得到了较多的理论支持和试验验证。同时,概述了内部热异常信号向表面瞬态传导的规律。通过对多种超声红外热波的辨识理论的应用,可实现表面异常热波的辨识及准确表征的协同提升。最后,对表面裂纹、界面裂纹及基体裂纹检测的研究现状进行概述,并总结了超声红外热波技术在再制造零件缺陷检测方面的应用和亟待解决的问题。

超声红外热波技术的研究现状

超声红外热波技术是一种新型无损检测技术,对金属试件疲劳裂纹、复合材料冲击损伤等缺陷具有良好的检测效果。简述了超声红外热波检测技术的基本原理及特点,然后从试验研究、理论研究和缺陷识别等方面归纳了该技术的国内外研究现状,最后针对现有研究中存在的不足,指出了相应的对策与建议。

界面贴合型缺陷的超声红外热波检测与识别

为了实现对复合材料内部界面贴合性缺陷的快速检测和识别,采用超声红外热波方法进行了检测研究。建立了一个含有表面微裂纹、边缘垂直裂纹、分层、脱粘等4种缺陷类型界面贴合型缺陷的复合材料有限元模型,进行了超声热波检测数值仿真。并分别制作了碳纤维增强复合材料分层损伤试件、玻璃纤维复合材料疲劳裂纹试件和T700/BA202环氧树脂基复合材料冲击损伤试件,开展了超声红外热波检测实验和缺陷识别研究。结果表明,超声热波方法适合于复合材料裂纹、分层、冲击损伤等界面贴合型缺陷的快速检测和识别,而对脱粘等非界面贴合型缺陷则无检测效果。微小裂纹(0.001 m)可以被检测出,对浅表面(0.001 m深)缺陷的识别精度达95%,且裂纹越长,裂纹面越大越容易被检出,对0.002 m长的裂纹的检测误差为13.88%,与超声C扫方法相比,超声热波方法对冲击损伤大小的识别误差为5.7%。

超声红外热波检测多模式激励的数值仿真

针对超声红外热波检测中出现的驻波问题,提出了多模式激励方式消除驻波影响的方法.建立了含裂纹缺陷的复合材料构件有限元模型,并采用双源激励超声热波检测方法进行了检测仿真分析.结果表明:多模式激励方法能够使构件的响应波形中产生更为丰富的次谐波和高次谐波,可有效消除驻波的影响,提高超声热波技术的检测能力,并且可以避免对材料造成二次损伤.