復合材料的無損檢測技術(shù)研究

張翠翠?阮宏斌?孟妙?王麗華?王洲

摘 要：在持續(xù)發(fā)展的復合材料影響下，借助無損檢測的技術(shù)檢測產(chǎn)品的質(zhì)量是一種綜合性的科技。其基礎(chǔ)是不損壞檢測對象的應用性，通過化學與物理現(xiàn)象，有效地測試與檢測一系列的產(chǎn)品、零部件、工程材料，從而對其物理性能、連續(xù)性、完整性進行評價。當今在產(chǎn)品應用與制造中，以及在提升勞動生產(chǎn)率、完善工藝、節(jié)省原料、確保產(chǎn)品穩(wěn)定與安全、控制質(zhì)量上一種必不可少的方式就是無損檢測。

關(guān)鍵詞：復合材料；無損檢測；技術(shù)；應用

因為受到一些隨機要素（環(huán)境控制、生產(chǎn)工藝等）的制約，復合材料一直面臨著一系列的缺陷，并且在裝配與制造時，會由于刮擦、碰撞、外力沖擊、機械加工等而導致?lián)p傷與缺陷，并且較難以目視的方式發(fā)現(xiàn)，這會嚴重地影響結(jié)構(gòu)的承載性，所以成為制約結(jié)構(gòu)安全性的關(guān)鍵隱患。為了對與隱患進行發(fā)現(xiàn)以及排除，科技工作者需要借助無損檢測技術(shù)來監(jiān)測這一系列的損傷與缺陷。

1 X射線無損檢測技術(shù)

在X射線無損檢測技術(shù)中，膠片照相法是經(jīng)常應用的，其是對復合材料體積型缺陷（夾雜物與空隙）進行檢查的一種理想手段。該技術(shù)能夠檢測不均勻的增強劑分布、纖維斷裂、貧膠、疏松等，這種手段的特點是檢測結(jié)果直觀與方法靈敏性高，然而難以檢測分層缺陷，不容易對垂直射線方向的裂紋進行發(fā)現(xiàn)，以及裝置龐大復雜，要求安全防護。在日益進步的計算機技術(shù)影響下，已經(jīng)出現(xiàn)了新的“X射線CT”與“X射線實時成像檢測技術(shù)”，業(yè)已在結(jié)構(gòu)的無損探傷應用。這種檢測技術(shù)不管是在實用方便、遠程傳送、表現(xiàn)力，還是在經(jīng)濟、效率上都具有顯著的優(yōu)勢，因此發(fā)展前景廣闊。

2 紅外熱成像無損檢測技術(shù)

紅外熱成像無損檢測技術(shù)是通過紅外物理原理，在檢測對象中應用紅外輻射特點的分析方法與技術(shù)。這種檢測技術(shù)是借助對物體熱流與熱量的檢測，進而對物質(zhì)的質(zhì)量進行鑒定。在物體內(nèi)部面臨缺陷與裂縫的情況下，物體的熱傳導性會發(fā)生變化，進而導致物體存在差異的溫度分布，這個時候借助檢測設備能夠?qū)彷椛涞牟町愡M行顯示，最終對缺陷之處進行檢查。紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)點是準確、方便、迅速、成本低等，能夠在復合材料與多層材料的開裂、脫粘、分層、夾雜等損傷檢測中應用，然而需要被測件有著高表面發(fā)射率和良好傳熱性能。

3 超聲波無損檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)重點通過復合材料缺陷或者是本身聲學性質(zhì)對傳播超聲波的制約，進而對表面或者是材料內(nèi)部的缺陷進行檢測。復合材料結(jié)構(gòu)中的夾雜、裂紋、空隙、分層等缺陷可以借助超聲波檢測，也可以對材料的幾何形狀、厚度、疏密等的改變進行判斷。超聲檢測技術(shù)有著較高的靈敏度，能夠?qū)θ毕莸姆植歼M行確定，操作簡便。然而其不足之處是檢測效率比較低，要通過規(guī)格不同的探頭來監(jiān)測異樣種類的缺陷，也較難檢測復雜零件，以及在檢測時要借助耦合劑。在日益發(fā)展的計算機技術(shù)影響下，超聲C掃描因為檢測迅速與顯示直觀，業(yè)已成為大型復合材料通常應用的無損檢測技術(shù)。

4 計算機層析照相無損檢測技術(shù)

工業(yè)CT，即ICT，也就是工業(yè)計算機斷層掃描成像，其特點是無損傷、準確、直觀，重點在工業(yè)構(gòu)件的無損檢測上應用。其主要原理是在對工件進行掃描的基礎(chǔ)上獲得斷層投影值，再借助圖像重建算法對斷層圖像重建。CT有著清晰的圖像，為此，國際無損檢測界將工業(yè)CT叫做最為理想的無損檢測方式。檢測結(jié)果證實，工業(yè)CT裝置能夠有效地檢測復合材料的密度分布、裂紋、分層、疏松、空隙、夾雜、氣孔等，在相應的范圍之內(nèi)可以對缺陷的幾何尺寸進行測定。

5 激光無損檢測技術(shù)

激光無損檢測技術(shù)涵蓋激光數(shù)字錯位散斑與激光全息無損檢測技術(shù)。激光全息無損檢測技術(shù)是在無損行業(yè)應用最多和最早的一種技術(shù)，其能夠?qū)秃喜牧系牧鸭y、分層、疏松、空隙、夾雜、氣孔等缺陷進行檢。其特點是能夠記錄結(jié)果、自動化程度高、檢測迅速。激光散斑無損檢測有效地統(tǒng)一精密測試技術(shù)、計算機技術(shù)、圖像采集與處理技術(shù)、現(xiàn)代激光技術(shù)、散斑干涉技術(shù)等，相比較于激光全息照相有著更加明顯的優(yōu)勢，即散斑干涉度量術(shù)使機械的相干性與穩(wěn)定性的需要降低，便于面內(nèi)位移的策略與靈敏度的調(diào)整。并且使全息照相情況下測運動場的不足解決。因此，針對散斑與全息檢測而言，散斑有著更加穩(wěn)定的性能。

6 聲發(fā)射無損檢測技術(shù)

聲發(fā)射技術(shù)（AE）作為一種無損檢測技術(shù)是對構(gòu)件或材料的損傷情況進行評價，其在分析與處理聲發(fā)射信號的基礎(chǔ)上，對缺陷的發(fā)展規(guī)律進行評價，且對缺陷之處進行確定。聲發(fā)射檢測是通過外界條件影響下的物體的異?；蛉毕菸恢糜捎诩袘Χ纬蓴嗔鸦蜃冃?，且通過彈性波將應變能釋放出，在對這一系列動態(tài)信息進行捕捉的基礎(chǔ)上，再結(jié)合其AE信號的發(fā)射強度與特點，就能夠預報與檢測材料的裂紋與微觀開裂情況。然而通過升發(fā)射檢測應當具備以下條件：一是材料的缺陷與內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變，二是材料要承受外載影響。當今，復合材料當中所有玻璃纖維與碳纖維絲束的斷裂、分布的絲束斷裂載荷都能夠借助聲發(fā)射法技術(shù)進行，進而對玻璃纖維或者是碳纖維絲束的質(zhì)量進行評價。聲發(fā)射技術(shù)還能夠?qū)秃喜牧蠈影宀煌瑫r期的斷裂特點進行區(qū)分，像是裂紋層間擴大、樹脂與纖維界面開裂、基體開裂。

7 中子照相無損檢測技術(shù)

中子射線照相技術(shù)是由中子源發(fā)出中子束，借助準直器對被檢工件進行照射，檢測器對透射的中子束的分布圖像進行記錄。物質(zhì)不同，中子衰減系數(shù)存在差異性。為此，透射中子束的分布圖像能夠使工件雜質(zhì)與缺陷的圖像形成。中子硼、碳氫化合物、水等有著較大的吸收系數(shù)，為此能夠靈敏地檢測復合材料當中的粘接、水汽、腐蝕等缺陷。其不足之處是中子源費用高，應用的過程中應當重視中子的防護與安全事項。這種技術(shù)能夠在檢測固體火箭推進劑裝填、子彈裝藥、葉片型芯殘留物中應用。

8 聲-超聲無損檢測技術(shù)

聲-超聲（AU）技術(shù)跟一般的無損檢測技術(shù)存在差別，AU技術(shù)重點是分析與檢測材料的剛度、強度、細微缺陷群等，是完整地評估材料的技術(shù)。借助聲-超聲振幅C掃描技術(shù)也可以檢測金屬材料與復合材料之間的粘接界面，并且有著超聲透射技術(shù)傳感器可達性強與超聲反射技術(shù)信號高清晰度的優(yōu)勢，然而這種檢測技術(shù)對一些分散與單個的缺陷不靈敏。在復合材料、膠接接頭等已經(jīng)成功地應用聲-超聲技術(shù)，像是通過分析板波來判斷復合材料的剛性等。

9 敲擊無損檢測技術(shù)

數(shù)字敲擊無損檢測技術(shù)是通過傳感器接收源于前端裝置敲擊被檢測件的振動信號，然后借助軟件程序與運算電路處理采集信號，進而判斷被檢測件。在復合材料結(jié)構(gòu)損傷區(qū)敲擊的情況下，因為損傷區(qū)存在脫粘與脫層，從而降低了損傷區(qū)接觸的剛度，進而導致存在損傷區(qū)的撞擊時域曲線跟沒有損傷區(qū)的時域曲線存在差異性。在對兩種時域曲線或者是頻譜進行比較的基礎(chǔ)上能夠檢測損傷情況。這種技術(shù)便于操作，不會受到附近環(huán)境的制約，跟大型復合材料構(gòu)造的檢驗相適應，然而缺少靈敏性。

10 結(jié)語

總之，高度重視復合材料的無損檢測技術(shù)，應用國際先進技術(shù)以及形成強大的科研隊伍，這是發(fā)展無損檢測技術(shù)的根本所在，也是非常迫切的一項任務。

參考文獻

[1]周正干，孫廣開，李征，張耀.激光超聲檢測技術(shù)在復合材料檢測中的應用[J].哈爾濱理工大學學報.2012（06）

[2]肖玉霜，曾啟林，馬鐵軍，謝雷.新型激光散斑輪胎無損檢測儀開發(fā)及應用[J].無損探傷.2012（01）

[3]劉松平，劉菲菲，郭恩明，李樂剛，史俊偉.我國航空材料和結(jié)構(gòu)先進無損檢測技術(shù)之應用與發(fā)展[J].無損檢測.2013（07）

[4]孫超，董恩生，郭綱，李永恒，朱兵.基于EIS的飛機復合材料異常檢測技術(shù)研究[J].壓電與聲光.2014（06）