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特種復(fù)合材料的膜層厚度的渦流測量的研究畢業(yè)論文(留存版)

2025-11-01 04:03上一頁面

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【正文】 視對象不同,常采用超聲、射線、電磁渦流等不同 的 方法進行測量。 針對鋁和鋁合金陽極氧化膜厚度的測量方法主要有分光束顯微法、重量法、渦流法 等等。 渦流檢測原理 渦流檢測是 在 電磁感應(yīng)原理 上 為基礎(chǔ)的一種常規(guī)無損檢測方法。然而在某 一 些特殊場合如涂鍍層厚度測量時又可以利用 它的提離效應(yīng)進行高精度測量。 標定線 1 標定線 2 標定線 3 圖 :測量結(jié)果解析 按照上述方法,分別多次測量不同頻率條件下特種碳 纖維復(fù)合材料基底試塊和帶有 碳化硅 涂層的試塊上的渦流信號提離點信號的距離點數(shù),測量最佳頻率。在低頻內(nèi)提離信號非常小,不利于觀察。并且最佳的檢測頻率約為 2020 kHz 左右。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 29 展望 本課題通過理論分析與試驗研究,證明 了 利用渦流法實施特種碳纖維復(fù)合材料涂層厚度測量是可行的。但由于時間和經(jīng)歷的不足,該課題仍然存在著一些不足 之處 以及與本課題相關(guān)的的研究內(nèi)容有待進一步深入研究: 檢測儀器性能需要進一步改進,以便: 儀器在適用于涂層厚度測量的頻段內(nèi)輸出穩(wěn)定、失真小的渦流檢測信號, 并且調(diào)整方便; 能更好的擬制測厚時多因素的擾動影響,并具有較高的靈敏度和較小的失真度; 進一步探討提離效應(yīng)在渦流法涂層厚度測量中的機理及特點,尋找有效的計算提離效應(yīng)的算法和快速標定的信號處理方法; 在 12 的基礎(chǔ)上研制專用特種復(fù)合材料基體涂層厚度的渦流檢測儀和探頭,儀器應(yīng)具有滿足檢測要求的檢測頻率、通道數(shù)、增益、相位、濾波等功能,以及能實施膜層厚度測量的當(dāng)量指示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸和拓展實施涂層厚度 C 掃描測量功能等 . 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 30 參考文獻 [1]. 李小亭,沈功田 .壓力容器無損檢測 —— 渦流檢測技術(shù) [J].無損檢測, 2020,(08) [2]. 劉寶,徐彥霖,王增勇,孫朝明 .渦流檢測技術(shù)及進展 [J].兵工自動化 , 2020,(03) [3]. 林俊明 .第一專題 多頻渦流檢測原理及應(yīng)用 [J].無損檢測, 1996,(01) [4]. 嚴仍春 .第六專題 渦流測厚無損檢 測技術(shù)及其應(yīng)用 [J].無損檢測 ,1996,(06) [5]. 劉振作 .渦流涂鍍層測厚儀開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀 [J].2020,(03) [6]. 彭雪蓮 .磁性法和電渦流測厚儀的特點及其應(yīng)用 [J].表面技術(shù), 2020,(06) [7]. 任吉林 .電磁檢測 [M].北京:機械工業(yè)出版社, 2020 [8]. 曾亮 . 特種復(fù)合材料涂層厚度渦流法測量技術(shù)的研究 ,2020 [9]. 任吉林 ,曾 亮,張麗攀,宋 凱,陳 曦 . 碳纖維復(fù)合材料涂層厚度渦流法測量的研究 ,2020 [10].任吉林 ,林俊明 .電磁無損檢測 [M].北京 :科學(xué)出版社 ,2020. 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Danon Yaron, Lee Changqing, Mulligan Chris, et tantalum sputtered coating on steel by using eddy currents[J].IEEE Transaction on Magics, 2020 ,40 (4):1826 1832. 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 31 致 謝 本 課題的 研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師 唐繼紅 老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。 ( 3)隨著膜層厚度的增加,提離值也相應(yīng)遞增。同時便于觀察比較完整的提離信號信息,對厚度的差距也有一定的反應(yīng)。 基于特種碳纖維復(fù)合材料涂層測厚對比試驗 通過上述試驗初步確定 416kHz 頻率為特種碳纖維復(fù)合材料涂層厚度測量的最佳檢測頻率,因此選擇 416kHz 作為測試頻率(以下試驗相同)。 因此 通過調(diào)節(jié)檢測頻率的大小 就 可以控制渦流檢測深度。渦流的大小、相位及流動形式受到試件性能 以 及有無缺陷的影響,而渦流的反作用磁場又 會 使線圈的阻抗發(fā)生變化。在 以上所述的 方法中 ,能夠無損檢測覆蓋層厚度的方法為非磁性金屬基體上非導(dǎo)電覆蓋層厚度測量的渦流方法、磁性金屬基體上非磁性覆蓋層厚度測量的磁性方法、 X 射線光譜測量法和β射線反向散射法。射線法需要放射源,現(xiàn)場使用中存在防護問題,使用不太方便 ,并且存在安全隱患 。例如,金相顯微鏡測厚法測量誤差甚至達到了 m,但這種方法的試驗試塊的制樣過程比較復(fù)雜并且要求十分精確,所以所花費都用比較高,因此比較難以實現(xiàn)。 渦流檢測技術(shù)是一種成熟的鍍層厚度測量技術(shù) , 可以用來測量鍍在鐵磁性金屬物質(zhì)表面的非鐵磁性金屬鍍層的厚度,也可以用來測量金屬表面的非金屬層的厚度。 本文通過開展特種復(fù)合材料基體(特種碳纖維復(fù)合材料)及其表面涂層(碳化硅 抗氧化保護涂層)厚度的渦流檢測技術(shù)研究,完成了涂層厚度渦流法測量的可行性理論與試驗研究,確定了理論測量范圍和分辨率,開展了相關(guān)特種碳纖維復(fù)合材料涂層測厚試驗,并且對 基于特種碳纖維復(fù)合材料最佳檢測參數(shù)試驗、基于特種碳纖維復(fù)合材 料涂層測厚對比試驗、基于 4基體不同點的不均勻性測試不同點的提離值、以 薄膜為模擬涂層的特種碳纖維復(fù)合材料涂層厚度測量試驗、在 5工件不同點測試其提離值以及將 4試塊覆蓋薄膜(約為 8090um)與 5對比、 4工件在多少厚度的薄膜能分辨等進行試驗,同時 利用 Origin 軟件對測量所 得的數(shù)值進行數(shù)據(jù)分析,并繪制如文中所得圖形。 相關(guān)論文資料若干篇及行業(yè)標準。為了確保飛船和飛機的飛行安全,則必須對有關(guān)構(gòu)件進行定期的在役檢測。其中以碳化硅為首的碳纖維復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料通常作為高溫耐熱構(gòu)件已經(jīng)被應(yīng)用于航空航天的關(guān)鍵高溫部件當(dāng)中,然而許多航空航天構(gòu)件的工作環(huán)境溫度可高達 1650176。磁感應(yīng)測厚法通常被應(yīng)用于磁性材料表面上絕緣磁性鍍層厚度的測量,其測量范圍只達到了 500μ m~20mm,并且其測量面積最小約為Ф 12mm,故對于點范圍涂層厚度難以測量。 采用電渦流原理 由此 開發(fā)渦流涂鍍層測厚儀,測量非磁性金屬基體上非導(dǎo)電覆南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 4 蓋層厚度已 經(jīng) 有數(shù)十年歷史 。 在 國外,渦流測厚技術(shù)已 經(jīng) 被廣泛 的 運用,其中頗有代表性的美國 CMI 公司由最初通過對電導(dǎo)率的測量來測金屬鍍層的厚度,發(fā)展到后來測鍍層阻抗值的方法來對金屬鍍層進行測量,精度 達到 了 177。 阻抗分析法是建立在相位變化與線圈阻抗變化之間關(guān)系的基礎(chǔ)之上的一種提取有用信號并 且 排除干擾信號的有效信號分析方法。 試驗 儀器及工件 工件 圖 :實驗所用試塊 圖中: 圓形 1 試塊 為特種碳纖維復(fù)合材料基體試塊 圓形 2 、 3 為帶未知 SiC 涂層厚度的特種碳纖維復(fù)合材料試塊 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 9 4 為特種碳纖維復(fù)合材料基體矩形試塊 5 為帶未知 SiC 涂層厚度的特種碳纖維復(fù)合材料矩形試塊 半月形 2 、 3 試塊為 特種碳纖維復(fù)合材料試塊 儀器與探頭 ( 1) 用 SMART2097 渦流檢測儀 和 ECC2020 電磁檢測儀 ( 2) 專用的 DP 式平面渦流探頭 圖 : 改進的 EEC 智能渦流檢測儀 圖 : ECC2020電磁檢測儀 實驗研究內(nèi)容 用 SMART2097 渦流檢測儀的實驗 研究內(nèi)容 ( 1) 以 4工件為基體,測試基體上的不均勻度 ( 2) 在基體上每次以兩張塑料薄膜遞增,測試基體上膜層厚度的提離值 ( 3) 測試 5試塊不同點的膜層提離值 ( 4) 交叉測試 3試塊 ( 5) 4試塊多少厚度的薄膜能分辨 用 EEC2020 電磁檢測儀的實驗研究內(nèi)容 ( 1) 以半圓形試塊的 a 面為帶涂層面, b 面為基體面,測試最佳檢測參數(shù)試驗 ( 2) 測厚對比試驗 ( 3) 塑料薄膜模擬涂層厚度測量試驗 ( 4) 涂層厚度試驗 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 10 實驗研究方案 用 SMART2097 渦流檢測儀的實驗研究方案 ( 1) 利用提離效應(yīng)測量在基底試塊和帶有 碳化硅 涂層試塊上的渦流信號,比較不同試塊上測量所得渦流信號的提離點的距離點數(shù)差異,并且通過反復(fù)調(diào)節(jié),尋找最佳測量工作頻率,相位,增益等。得到數(shù)據(jù)如表 : 表 :基體上“膜層厚度 提離點”對應(yīng)值 膜層厚度 距離 點數(shù) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 11 17 19 26 37 45 62 74 76 81 91 102 109 117 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 : 覆有 2 張超薄模擬涂層 圖 : 覆有 10張超薄模擬涂層 圖 : 覆有 20 張超薄模擬涂層 圖 : 覆有 28 張超薄模擬涂層 根據(jù)表 得到不同涂層厚度的關(guān)系曲線如圖 : 圖 由覆蓋錫紙張數(shù)與提離點信號距離點數(shù)之間關(guān)系曲線可以看出,探頭提離點信號的距離點數(shù)隨著錫紙紙張數(shù)的遞增而遞增,僅當(dāng)錫紙厚度在 10μ m~140μ m 的范圍內(nèi)時,該提離信號點的距離點數(shù)與錫紙厚度的曲線線性相關(guān)性較好,而當(dāng)錫紙厚度 140μ m 時線性關(guān)系不好,而且由錫紙匯總圖可以看出隨著錫紙紙張數(shù)的增加提離點的距離越來越小, 幾乎重合。分別多次測量 在 不同頻率條件下特種復(fù)合材料基底試塊和帶有 碳化硅 涂層的試塊上的渦流信 號提離點信號的距離點數(shù),測試結(jié)果如 下 圖所示: 圖 :頻率為 1000 KHz 時的測量結(jié)果 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 :頻率為 2500KHz 時的測量結(jié)果 然后計算提離點間距離點數(shù)的平均值,計算結(jié)果如表 所示: 表 :不同頻率條件下的提離信號距離點數(shù) 頻率 KHz 次數(shù) 833 909 1000 1111 1250 1428 1666 2020 2500 3333 1 52 63 75 81 88 108 117 123 108 78 2 64 49 64 74 89 93 114 130 87 89 3 38 44 63 87 96 105 105 117 100 89 平均值 52 91 102 112 123.3 根據(jù)表 : 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 21 500 1000 1500 2020 2500 3000 35005060708090100
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