作为国内航空航天领域最高学府中的一员,北京航空航天大学机械工程及自动化学院的周正干教授多年来始终致力于为中国航空航天事业服务,他在研究了国外无损检测在复合材料中应用的最前沿技术之后,创建了北京航空航天大学无损检测与机电工程研究所,现在周教授的实验室已经囊括了有效检测复合材料的各种先进无损检测技术和设备,包括激光超声、空气耦合超声、水浸超声、红外、相控阵等等,此次,小编有幸跟随周教授去他的实验室大开眼界一番,大家快跟上,这样难得的机会千万不能错过哦~
北京航空航天大学无损检测与机电工程研究所成立于1999年10月,经过十余年的努力,研究成果3项获国家级奖、12项获省部级奖,为国内外开发了十数种检测仪器与设备,例如:
GE、TecScan大型超声C扫描系统
自研3轴超声C扫描系统
IOS激光超声检测系统
AirScan大型空气耦合超声检测系统
FLIR红外热声检测系统
Ritec-SNAP双通道非线性超声检测系统
PA4相控阵超声检测系统
PA声发射检测系统
研究所与英国布里斯托大学、日本KJTD株式会社、美国QMI公司、GE公司开展长期学术交流与技术合作,并与美国IOS公司、Ritec公司和加拿大TecScan公司建立了联合实验室,长期开展技术合作与学术交流。
研究所目前拥有3套超声水浸检测系统,在等厚/非等厚碳纤维复合材料层压板超声检测、碳化硅颗粒增强铝基复合材料无损评价等方面开展了大量的研究工作,并拥有自主知识产权的C扫描软件。
自研3轴超声C扫描系统
GE工业超声水浸检测系统
研究所开发的大型喷水超声C扫描系统已在国内某飞机制造厂投入使用。该系统由机械、电气、超声、喷水喷气单元和超声C扫描软件构成。
机械部分主要包括X、Y1、Y2、Z1、Z2、A1、B1、A2、B2轴,其中X、Y1、Y2、Z1、Z2轴是机械运动主轴,完成扫描架的主运动,A1、B1、A2、B2轴是扫描头姿态调整的重要装置。
电气部分主要包括运动控制器、伺服驱动器,直流电源、继电器和伺服电机,通过运动控制器控制各轴的运动、红外和急停报警以及水气路的通断。
超声部分主要包括超声波探伤仪、超声波激发及接收探头和信号放大器。
喷水与喷气部分主要包括超声喷射装置(超声喷头)、水箱、流量调节阀、过滤装置、紫外线杀菌装置、水泵、溢流阀、蓄能器、气压调节装置等,其中超声喷头采用磁性耦合设计并与运动控制器实时通讯,检测过程中若出现超声喷头与工件碰撞的情况,超声喷头会瞬间自动缓冲并触发运动控制器的急停指令,使设备停止运行,保证超声设备和工件安全。
大型喷水超声C扫描系统的硬件系统
大型喷水超声C扫描系统的软件系统
大型喷水超声C扫描系统的检测测试
空气耦合超声检测技术具有完全无损、非浸入、高效率、适合原位检测等优势,可用于传统耦合式超声检测方法难以适应的场合。该技术在蜂窝夹芯/泡沫夹芯复合材料、木材、陶瓷等材料的缺陷检测方面有明显优势,在航空航天、军事等领域的新型复合材料检测方面具有良好的应用前景。
AirScan大型空气耦合超声检测系统
玻璃钢、碳纤维模压复合材料的空气耦合超声检测结果
激光超声技术以激光取代超声换能器,实现超声波的全光学激发与接收,取得了显著的技术优势,可用于金属材料和复合材料的完整性评估。
预制脱粘缺陷的钢-铅粘接结构
激光超声C扫描成像结果:上图为透射法;下图为反射法
相控阵超声检测技术操作简单、具有多种扫描方式、检测效率高、适应性强,已应用于航空复合材料、石油天然气管道环焊缝、奥氏体焊缝缺陷、火车轮轴、核电站压力容器等领域的检测。
PA4相控阵超声检测系统
相控阵超声检测系统
首先,基于声学理论和被检测对象CAD模型数模,对检测所采用楔块、换能器、波束偏转聚焦方案进行设计;
其次,分别基于有限元等理论,对检测方案所激发合成声束的声场能量分布,声波传播规律,声波与缺陷的作用响应进行理论分析,为检测方案设计的优化迭代提供理论依据;
最后,基于三坐标测量仪等辅助手段,对所设计换能器、楔块进行定位,利用自建相控阵超声软硬件系统实现缺陷检测。
预埋了裂纹缺陷的双曲涡轮叶片试件
涡轮叶片试件CAD模型
双曲涡轮叶片检测方案:上图为楔块换能器设计;下图为声束偏转聚焦方案设计。
双曲涡轮叶片检测结果
超声红外无损检测技术是以高能量的超声波作为激励源,通过红外热像仪对缺陷部位超声-热转换过程引起的温度异常升高现象进行监测,以使试样中的缺陷在红外热像图中显示出来的新型检测方法。
检测过程中,可采用计算机控制方式实现周期、调制等函数形式的热激励,同时使用高性能红外热像仪对时序图像数据进行采集,在热像分析软件中进行实时图像信号处理和分析,最终显示检测结果。
周教授的研究团队对实验室的锁相红外热成像检测系统进行了升级与改进,基于硬件系统开发了锁相红外热成像检测专用软件,实现了激励控制、采集控制、后处理功能。
锁相红外热成像检测系统
钛合金蜂窝试样及其红外检测结果
面向未来,实验室希望与国内同行密切合作,致力于水浸/喷水超声检测、相控阵超声检测、激光超声检测、空气耦合超声检测和红外热成像检测技术研究和工业检测设备的开发,共同为提高国内的无损检测技术水平、满足国内各行业对先进无损检测技术与设备的需求而贡献力量。
周教授在讲解对增材制造试样的相控阵超声检测
材料与测试网 撰稿
部分实验数据及图片来源自《2015中国无损检测年度报告》和北京航空航天大学无损检测与机电工程研究所网站(http://ndte.buaa.edu.cn)