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工业ct如何检测复合材料

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时间: 2020-08-28 08:46:57

   通常使用的无损检测方法,如目视外观检测、声阻法、声谐振法、超声检测技术,能够检测试件的表面和近表面区域的结构性,部分缺陷的位置和大致尺寸,具有操纵简单,检测速度快,实施方便等优点,缺点是检测可靠性低,不能准确数字量化缺陷的大小,而且检测水平主要取决于检测者的技术能力和经验。

  

微焦点工业CT

 

  对于检测复合材料的结构,最直接有效的方式是射线检测,尤其是工业CT检测,具有高空间分辨率和高对比度分辨率,可实现对试件的三维成像检测,全面立体呈现其内部结构性,缺陷的空间形状,材料的分布状态,可对任意截面检查和尺寸测量,是目前*精确、*可靠的无损检测手段之一。

本文以蔡司高分辨率工业CT ZEISS Xradia 810配置微纳米焦点射线管,空间分辨率可至微米级,甚至亚微米级,达到对复合材料试件的微观检测和分析,更准确地掌握试件的详细信息,不仅可检测夹杂、分层、裂纹、变形等结构缺陷,还可以进行孔隙率和孔隙分布状态,以及内部纤维方向,纤维含量和有限元分析等。

  二高分辨率CT检测的基本原理

  CT (Computed Tomography )即计算机断层扫描技术,是利用X射线束对被检测试件的整体或局部进行照射, 数字探测器接收经过透照该试件的衰减后x射线,将其转换为光电信号,再经模拟/数字转换为数字信号的实时灰度图像。

得到显示内部结构的二维图像,待测试件旋转一周360°而得到一系列二维图像数据,传输至工业计算机由CTApp进行数据的三维重建,进行得到待测试件的三维结构数据,最后用专业的可视化App对试件的CT三维数据进行任意方向的断层截面观测和三维数据进行分析。

  实现高分辨率工业CT检测系统的重要组成:

  1.高分辨率x射线管: 射线管的管电压诀定了射线的穿透能力, 焦点尺寸的大小决定 了射线管的分辨能力,焦点越小,成像的几何不清晰度小,分辨能力就越高。德国蔡司企业的高分辨率工业CT系统配备微纳米焦点射线管,分辨率可达0.5μm,可用JIMA测试卡验证,以满足CT实现高分辨的检测要求。

  2.高性能数字探测器: 目前的主流配置是数字平板探测器,具有高对比度分辨,没有成像畸变,有效检测范围大等特点,可以实现实时的高清晰度成像质量,保证的高标准检测要求。

  3.控制试件移动旋转的高精度机械控制平台:基于大理石平台的操控系统,移动精度可达到+/-1μm,保证了设备的高精度检测和可靠的重复性。

  4.含有专业CTApp的工业级图像处理工作站:实现将扫描收集到的大量图像数据进行快速计算和处理,专业的CT重建App具有CT伪影校正、滤波处理等功能,可视化App可进行三维数据的分析。

  三实际应用案例分析及检测设备

  由于微焦点工业CT可以获得较高的分辨率,可以用于短纤维、玻璃纤维和碳纤维等复合材料样品的高分辨率扫描,获得样品内部的材料分布、缺陷特征和尺寸等信息。

  图3为短纤维增强复合材料的高分辨CT检测,基于三维CT数据,可从x轴、Y轴和z轴三个方向的CT截面图像对试件内部的微结构进行观察和分析,三维立体图像显示整体结构的数据信息

  

微焦点工业CT

 

  图3:四视图显示CT结果

  

高分辨率工业CT

 

  并且可以计算纤维的方向分布,如图4所示,不同的颜色表示不同的纤维方向。

  即使对于材料密度差异较小的样品,如图5所示的C-C复合材料,依然可以清晰获得材料内部的孔隙、纤维分布情说。

  

微焦点工业CT

 

  图5:复合材料的Cr截面图像

  对于较小的特征,可以采用局都Cσ扫描,如图6际达到(1以m的高分排率,可从更小的尺度上分析试件的内部缺陷、纤维分布等微结构特征。

  

高分辨率工业CT

 

  图6:复合材料局部扫描的cT 截面图像

  得益干工业CT对整个样品的三维数字化,基于三维cr数据.可以提取计算材料内部的孔隙,可得到孔陳率和孔隙大小的分布统计状态。

  即使对于编织结构的复合材料样品,如图8所示,采用微纳米焦点CT进行扫描,不仅可以获得清晰的截面图像和内部结构,而且可以自动计算纤维束的分布和方向分布情况。

  对于平面薄板类工件,常规CT由于必须对工件旋转360度,进而放大比较小,所以扫描分辨率会比较低。德国蔡司工业CT平面CT扫描技术,采用扫描原理,可实现对这类板型材料进行高分辨率检测,大型薄板复合材料的CT扫描截面图像,能清晰分辨出蜂窝结构内部的结构状态。

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