我國(guó)航空材料和結(jié)構(gòu)先進(jìn)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)之應(yīng)用與發(fā)展

劉松平，劉菲菲，郭恩明，李樂(lè)剛，史俊偉

（北京航空制造工程研究所，北京 100024）

無(wú)損檢測(cè)的初衷是通過(guò)研究，建立不損害被檢測(cè)對(duì)象使用性能的物理或化學(xué)等方法、手段、裝置等，檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)與工藝的符合性，從而為材料及其結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品的決策提供信息輸入和數(shù)據(jù)支撐。

由于航空材料及其結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品的特殊性，任何質(zhì)量隱患或者超過(guò)設(shè)計(jì)允許值缺陷的存在，都可能在航空結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)品的后續(xù)服役中引發(fā)質(zhì)量事故，甚至造成重大的人員財(cái)產(chǎn)損失。在航空史上因所裝機(jī)使用的材料與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量出現(xiàn)意外偏離，造成重大事故或者災(zāi)難的案例，不甚枚舉。因此，自從航空工業(yè)誕生之日起，人們就在不斷探索和尋找各種方法和技術(shù)手段，以實(shí)現(xiàn)對(duì)航空材料及結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和服役中有關(guān)的材料、工藝和結(jié)構(gòu)損傷（缺陷）等進(jìn)行非破壞性無(wú)損檢測(cè)，努力做到防患于未然，不出現(xiàn)或盡可能少出現(xiàn)質(zhì)量事故。

保證航空結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)品的質(zhì)量，有兩個(gè)十分重要的技術(shù)途徑：一是基于航空結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)品的全壽命周期內(nèi)的全程質(zhì)量控制，努力實(shí)現(xiàn)材料與結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的質(zhì)量控制在設(shè)計(jì)余度范圍內(nèi)；二是通過(guò)無(wú)損檢測(cè)，確保設(shè)計(jì)所選用的材料、工藝和結(jié)構(gòu)實(shí)際達(dá)到了預(yù)期的使用性能和余度以及質(zhì)量要求。

由于缺陷的存在和制造質(zhì)量的不穩(wěn)定或離散屬性，會(huì)產(chǎn)生超過(guò)設(shè)計(jì)允許的缺陷，航空材料結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)品在服役過(guò)程中也可能因受力承載，產(chǎn)生損傷或者疲勞，從而影響航空結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)品的質(zhì)量和使用安全。因此，作為質(zhì)量控制的重要技術(shù)手段和終極檢驗(yàn)方法的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，在現(xiàn)代航空領(lǐng)域就有著十分重要的作用。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)先進(jìn)和完善與否，已成為先進(jìn)材料工藝與結(jié)構(gòu)能否在航空工業(yè)領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用的重要標(biāo)志。

筆者結(jié)合航空材料工藝結(jié)構(gòu)和航空工業(yè)領(lǐng)域特點(diǎn)，回顧和分析了航空新材料新結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用以及所面臨的現(xiàn)實(shí)與問(wèn)題，以期為該領(lǐng)域讀者提供一點(diǎn)參考或者啟發(fā)。

1 航空材料和結(jié)構(gòu)與無(wú)損檢測(cè)

1.1 航空材料和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

減重和可靠性一直是航空領(lǐng)域?yàn)橹恍概Φ姆较?。因此，現(xiàn)代航空材料和結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)發(fā)展方向或者趨勢(shì)之一就是設(shè)計(jì)采用了大量的輕質(zhì)材料，包括復(fù)合材料和輕質(zhì)合金材料，以及那些能夠起到減輕效果的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)代航空材料和結(jié)構(gòu)的重要特點(diǎn)包括但不限于：①大量采用了復(fù)合材料、輕質(zhì)合金等輕型材料，以追求航空結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)品的減重，而且不同的輕質(zhì)材料，其內(nèi)部微結(jié)構(gòu)差別十分明顯。②盡量多地采用了整體結(jié)構(gòu)，減少中間制造過(guò)程，減少機(jī)械連接，既能幫助減重，又有利于提高結(jié)構(gòu)壽命和材料利用率。③損傷容限設(shè)計(jì)思路的引入，要求對(duì)材料及其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷或者缺陷要有一個(gè)準(zhǔn)確的量化掌握。④不同材料，其成型工藝可能差別很大，不同結(jié)構(gòu)，其制造工藝可能完全不同，由此帶來(lái)的檢測(cè)方法、檢測(cè)工序安排、檢測(cè)要求、缺陷特征等都將顯著不同。航空材料結(jié)構(gòu)的這些特點(diǎn)給無(wú)損檢測(cè)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)和技術(shù)難度。

1.2 航空材料和結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)基本要求

對(duì)于航空材料和結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)，一方面，航空材料和結(jié)構(gòu)具有自身鮮明的特點(diǎn)，必須制定針對(duì)性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)；另一方面，航空產(chǎn)品的高質(zhì)量、高可靠性和長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)理念，要求必須有效可靠地解決航空材料及其結(jié)構(gòu)問(wèn)題的無(wú)損檢測(cè)方法。而且與其他材料與結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)品的無(wú)損檢測(cè)不同的是，航空材料和結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)品的無(wú)損檢測(cè)必須從始至終牢記，所采用或者研究制定的無(wú)損檢測(cè)方法、技術(shù)及其儀器設(shè)備與檢測(cè)工藝方法、標(biāo)準(zhǔn)，是否能夠保證實(shí)現(xiàn)航空材料結(jié)構(gòu)的高靈敏度、高可靠性檢測(cè)；而且一定要適應(yīng)航空材料結(jié)構(gòu)及其環(huán)境特點(diǎn)。切記任何僅基于試樣試塊的檢測(cè)方法或技術(shù)，往往離解決工程上航空材料結(jié)構(gòu)的實(shí)際無(wú)損檢測(cè)是相差甚遠(yuǎn)的。那些僅基于實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)案例或者試驗(yàn)結(jié)果，要推廣到實(shí)際航空材料結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)，其代表性和成熟性往往是相當(dāng)不夠的。

現(xiàn)代航空材料結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)品，無(wú)論是從設(shè)計(jì)，還是選材、制造、服役等各個(gè)方面都有了空前的理念進(jìn)步和技術(shù)提升，在選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝和航空產(chǎn)品的整體質(zhì)量性能、功能、壽命、成本要求等方面比以往都有了巨大提高。因此，航空材料和結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)，首先需要從理念上與時(shí)俱進(jìn)，跟上其發(fā)展的新要求。其次，必須充分結(jié)合現(xiàn)代航空材料和結(jié)構(gòu)“設(shè)計(jì)－材料－結(jié)構(gòu)制造－環(huán)境”等特點(diǎn)，選擇無(wú)損檢測(cè)方法與技術(shù)以及儀器設(shè)備，制定檢測(cè)工藝等。第三，檢測(cè)靈敏度和可檢性以及檢測(cè)的可靠性是航空材料和結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)根本。第四，航空材料和結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)既要做到定量定性，同時(shí)還必須給出明確的檢測(cè)結(jié)果或者結(jié)論。

航空材料和結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)，通常需要結(jié)合不同的階段、不同檢測(cè)對(duì)象和檢測(cè)環(huán)境，試驗(yàn)和制定相應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)方法，選擇可靠有效的無(wú)損檢測(cè)手段，制定相應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)工藝，同時(shí)對(duì)檢測(cè)工藝進(jìn)行針對(duì)性試驗(yàn)與驗(yàn)證，并對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行針對(duì)性培訓(xùn)。

2 航空材料和結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)進(jìn)展與應(yīng)用

按檢測(cè)對(duì)象和應(yīng)用階段，現(xiàn)代航空材料和結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)方法可以分為：①原材料的無(wú)損檢測(cè)。②輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)。③復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)。④其他材料與結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)。除了原材料的無(wú)損檢測(cè)，其他檢測(cè)幾乎都是貫穿于航空結(jié)構(gòu)制造、裝配與服役全壽命過(guò)程。

2.1 原材料的無(wú)損檢測(cè)

用于原材料的無(wú)損檢測(cè)方法，包括各種航空結(jié)構(gòu)制造用的金屬、棒、板材等的無(wú)損檢測(cè)，目前針對(duì)這些原材料的無(wú)損檢測(cè)，主要是利用超聲檢測(cè)方法。其中超聲自動(dòng)掃描檢測(cè)技術(shù)已在金屬棒、板材等的超聲檢測(cè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了提高檢測(cè)效率和覆蓋材料不同取向的缺陷的檢測(cè)，多通道檢測(cè)技術(shù)是未來(lái)一個(gè)重要發(fā)展方向。

值得指出的是，在航空應(yīng)用薄壁管的無(wú)損檢測(cè)中，必須充分考慮到所用超聲檢測(cè)方法和儀器設(shè)備的檢測(cè)靈敏度和分辨率，同時(shí)還應(yīng)考慮缺陷取向和分布特點(diǎn)，檢測(cè)采用相應(yīng)的超聲覆蓋掃查方法，其中利用多通道組成復(fù)合掃查方法是一種有效的技術(shù)途徑［1］。

2.2 輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)

現(xiàn)代航空產(chǎn)品（這里主要指飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)）越來(lái)越追求減重，所以基于各種輕質(zhì)合金材料的輕型結(jié)構(gòu)，近年來(lái)在飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)上得到大量推廣應(yīng)用，鋁合金和鈦合金材料是應(yīng)用較多的輕質(zhì)合金材料?；谶@些輕質(zhì)材料航空結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)，至少包括固相焊接結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)、特種焊接結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)和其他輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)。

2.2.1 固相焊接無(wú)損檢測(cè)

目前在航空領(lǐng)域得到應(yīng)用的固相焊接結(jié)構(gòu)，主要包括基于擴(kuò)散焊、攪拌摩擦焊和線性摩擦焊等新型焊接工藝的固相焊接結(jié)構(gòu)。首先，由于固相焊接工藝及其焊縫區(qū)可能產(chǎn)生的焊接缺陷與傳統(tǒng)熔焊具有迥然不同的物理和冶金組織特征；其次，不同固相焊接工藝彼此的特點(diǎn)不同；第三，固相焊接焊縫區(qū)缺陷具有明顯的緊貼細(xì)化、取向復(fù)雜等特點(diǎn)。因此，固相焊接結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)方法選擇，首先必須跳出熔化焊焊縫檢測(cè)的理念，例如，在良好焊接情況下，固相焊接（如擴(kuò)散焊）其冶金組織與母材一致，沒(méi)有明顯的焊縫區(qū)。

筆者所在單位一直開(kāi)展這方面的研究和檢測(cè)應(yīng)用，其研究的高分辨率超聲檢測(cè)方法、超聲PUDE檢測(cè)方法、超聲變?nèi)肷浣菣z測(cè)方法和檢測(cè)儀器以及建立的固相焊接缺陷判別方法，一直在航空領(lǐng)域得到十分重要的應(yīng)用［1－6］。

例如，圖1是采用脈沖回波超聲衍射法PUDE（Pulsed Ultrasonic Diffraction Echoes）在鋁合金攪拌摩擦焊縫中檢出的實(shí)際焊接缺陷［1－6］，如圖中指示的淺顏色分布區(qū)所示。而采用X－射線和常規(guī)超聲檢測(cè)方法均沒(méi)有能夠檢出該缺陷。這主要是缺陷具有緊貼和復(fù)雜取向特點(diǎn)的原因。

圖2是采用高分辨率超聲掃描成像方法在鈦合金擴(kuò)散焊中檢出的實(shí)際彌散未焊合缺陷［1－6］，如圖白色灰度分布所示，成像區(qū)域大小為10 mm×10mm。同樣，采用X－射線和常規(guī)超聲檢測(cè)方法均未能檢出該缺陷。這主要是由于該缺陷具有緊貼和微細(xì)的特點(diǎn)。

2.2.2 特種焊接結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)

目前在航空領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用的特種焊接工藝，主要包括釬焊、TLP 擴(kuò)散焊、激光焊、電子束焊等。基于這些特征焊接工藝的特種焊接結(jié)構(gòu)，主要用于飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的制造。因其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，目前較為可行的無(wú)損檢測(cè)方法主要是采用X－射線和超聲兩種檢測(cè)方法。

筆者所在單位通過(guò)試驗(yàn)使用非線性超聲成像和超聲LTOFD 等檢測(cè)方法，顯著地提高了特種焊接缺陷檢測(cè)能力和超聲對(duì)特種焊接缺陷的檢測(cè)能力，已經(jīng)取得了很好的檢測(cè)效果［1－2］。

2.2.3 其他輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)

輕質(zhì)結(jié)構(gòu)還有一種制造方法，就是采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法成型。這種輕質(zhì)結(jié)構(gòu)通常在成型后都具有較為復(fù)雜的幾何外形，內(nèi)部缺陷的檢測(cè)更要嚴(yán)格執(zhí)行原材料無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行把關(guān)。后序的加工成型過(guò)程中，則主要是采用滲透、渦流、超聲等檢測(cè)方法，檢測(cè)這類(lèi)結(jié)構(gòu)在后序機(jī)械加工或者熱處理過(guò)程中可能產(chǎn)生的表面和近表面缺陷。

2.3 復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)

在國(guó)際上也有將復(fù)合材料歸類(lèi)為輕質(zhì)材料結(jié)構(gòu)。由于復(fù)合材料與金屬材料有著十分不同的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)差異和成型工藝，因而復(fù)合材料的無(wú)損檢測(cè)一直是無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的一個(gè)專(zhuān)門(mén)的研究和應(yīng)用方向，特別是近20a來(lái)復(fù)合材料在航空領(lǐng)域呈現(xiàn)突飛猛進(jìn)的擴(kuò)大應(yīng)用勢(shì)頭，在有些飛機(jī)型號(hào)上的應(yīng)用甚至超過(guò)飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的50%以上。

復(fù)合材料沒(méi)有中間加工過(guò)程，從結(jié)構(gòu)零件的鋪層制備到成型，通常只需要一個(gè)熱循環(huán)過(guò)程完成。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)本身也沒(méi)有厚度方向的加工余量，加上其內(nèi)部呈現(xiàn)多界面物理結(jié)合狀，因此，復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)與缺陷判別方法、檢測(cè)要求、檢測(cè)環(huán)境、檢測(cè)認(rèn)知、檢測(cè)理念、檢測(cè)儀器設(shè)備都與傳統(tǒng)金屬材料的無(wú)損檢測(cè)相差甚遠(yuǎn)。

通常需針對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，試驗(yàn)和制定有效的無(wú)損檢測(cè)方法，建立復(fù)合材料結(jié)構(gòu)專(zhuān)用檢測(cè)儀器設(shè)備、檢測(cè)方法規(guī)范。復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)首先需考慮檢測(cè)的分辨率、表面檢測(cè)盲區(qū)、檢測(cè)靈敏度以及缺陷檢出能力與可檢性；其次，必須考慮到復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)與缺陷判別的顯著差異。

從技術(shù)層面上，目前用于復(fù)合材料的無(wú)損檢測(cè)方法主要有超聲、X 射線、聲振（聲阻）、激光電子剪切、紅外等，其中超聲檢測(cè)方法的應(yīng)用最為成熟和廣泛［7－11］。

2.3.1 超聲檢測(cè)技術(shù)

超聲是目前針對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的一種主要無(wú)損檢測(cè)方法。目前國(guó)際上70%～80%以上的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)都采用了超聲檢測(cè)方法［7－11］。與金屬材料相比，復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)及制造工藝、結(jié)構(gòu)特征等迥然不同，故必須采用專(zhuān)門(mén)的復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，包括超聲檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方法、檢測(cè)儀器設(shè)備、檢測(cè)工藝規(guī)范、缺陷判據(jù)與識(shí)別方法等。必須有效解決復(fù)合材料超聲檢測(cè)的分辨率和表面檢測(cè)盲區(qū)，通常要求達(dá)到單個(gè)復(fù)合材料鋪層厚度（hi）。對(duì)復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)，hi≈0.13mm，其中重要且有效的技術(shù)途徑是使超聲檢測(cè)回波信號(hào)特性達(dá)到單周［7］。

圖3 復(fù)合材料高分辨率超聲C掃描結(jié)果圖

圖3 是采用筆者所在單位通過(guò)高分辨超聲檢測(cè)方法和設(shè)備，對(duì)一位于兩個(gè)鋪層之間的碳纖維復(fù)合材料分層的超聲C掃描結(jié)果，此處復(fù)合材料厚度為2hi≈0.26mm，缺陷的深度hi≈0.13mm，缺陷大小為φ12.5mm分層，從圖中可以清晰看出分層缺陷的大小和分布，展現(xiàn)出了很好的檢測(cè)分辨率。

對(duì)航空領(lǐng)域大量采用的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，必須考慮能實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)件的100%掃查覆蓋，尤其是解決大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的高效超聲自動(dòng)掃描可視化成像檢測(cè)。因此，目前大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的超聲無(wú)損檢測(cè)已成為國(guó)際上復(fù)合材料領(lǐng)域的一個(gè)十分重要的支撐技術(shù)和發(fā)展方向。

要實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)高質(zhì)量的超聲掃描成像檢測(cè)，并非易事，特別是航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，除了如前所述的復(fù)合材料自身的不同之處外，另一個(gè)非常重要的難題，就是如何解決復(fù)雜且變厚復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量超聲可視化成像，尤其對(duì)于那些無(wú)法實(shí)現(xiàn)超聲穿透法檢測(cè)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，更難解決。筆者所在單位經(jīng)過(guò)20多年的持續(xù)試驗(yàn)研發(fā)，近年在面向復(fù)合材料結(jié)構(gòu)高效超聲自動(dòng)掃描可視化成像方面，取得了非常驕人的自主研發(fā)成果和工程應(yīng)用效果。

圖4 CUS－6000大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)高效超聲自動(dòng)掃描成像檢測(cè)系統(tǒng)

圖4是筆者所在單位自主研制，且列裝投入規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用的工業(yè)級(jí)大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)高效超聲自動(dòng)掃描成像系統(tǒng)，檢測(cè)效率比傳統(tǒng)超聲檢測(cè)方法提高近20倍，有效檢測(cè)范圍可達(dá)6m×9 m 以上，具有獨(dú)特的曲面自適應(yīng)跟蹤能力，也是繼波音和空客之后的又一面向工業(yè)級(jí)的大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)高效自動(dòng)掃描成像檢測(cè)系統(tǒng)，其中CUS－6000、MUI－2000等都是這方面非常有效的檢測(cè)設(shè)備。

2.3.2 X 射線檢測(cè)技術(shù)

X 射線檢測(cè)技術(shù)包括基于DR 和CT 以及膠片照相等檢測(cè)方法。X 射線方法主要是在高溫復(fù)合材料、復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的缺陷檢測(cè)，泡沫填充區(qū)的檢測(cè)方面有一定效果，總體上X 射線不適合用于復(fù)合材料蒙皮、壁板等大多數(shù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的大面積檢測(cè)。而很多的時(shí)候也難以有效檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)層間分布特點(diǎn)的缺陷。

2.3.3 聲振（聲阻）檢測(cè)

這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)接觸耦合，廉價(jià)快捷，是目前復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)的一種非常廉價(jià)有效的檢測(cè)方法，特別是外場(chǎng)檢測(cè)和修理檢測(cè)，其中的Z2000、DAMI－C都是在這方面非常有效的檢測(cè)儀器，而且是目前在工程上一直得到廣泛應(yīng)用的復(fù)合材料膠接檢測(cè)儀器。聲振檢測(cè)方法不適合檢測(cè)復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。

2.3.4 激光電子剪切成像方法

電子剪切成像方法是在傳統(tǒng)激光散斑基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種更為直觀、可視化的檢測(cè)方法，采用單束光干涉，對(duì)環(huán)境和隔振要求大大降低，同時(shí)具有面積掃描和非接觸特點(diǎn)，但仍需要加載，而且只有對(duì)那些因缺陷的存在，能夠在外加負(fù)載作用下產(chǎn)生表面可檢測(cè)到的變形或位移的應(yīng)用場(chǎng)合才適用。因此，激光電子剪切成像在一些復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)、膠接結(jié)構(gòu)等方面有一定的適用性。圖5是筆者所在單位研發(fā)的電子剪切成像儀在復(fù)合材料橡膠膠接結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用實(shí)例，從圖中3D 成像檢測(cè)結(jié)果中可以更清晰、形象、直觀地看到這些小氣孔和氣孔群及其分布，獲得了較好的工程應(yīng)用效果。

圖5 實(shí)際膠接工藝缺陷的激光電子剪切3D 成像檢測(cè)結(jié)果

2.3.5 其他檢測(cè)方法

隨著多種復(fù)合材料的研發(fā)與應(yīng)用，以及外場(chǎng)環(huán)境條件下檢測(cè)要求，紅外（包括THz）、激光超聲、超聲顯微等近年來(lái)也不斷地得到發(fā)展，針對(duì)一些特定的復(fù)合材料應(yīng)用案例和檢測(cè)對(duì)象，目前也有了一定的驗(yàn)證試驗(yàn)和初步應(yīng)用，但要達(dá)到面向復(fù)合材料工程結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)層面，還尚需今后從技術(shù)上不斷試驗(yàn)、沉淀和積累以及支撐技術(shù)的發(fā)展。

3 航空材料和結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)實(shí)現(xiàn)與問(wèn)題

航空材料和結(jié)構(gòu)的特殊性，必須密切結(jié)合航空材料和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和檢測(cè)要求、應(yīng)用環(huán)境等，進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)和規(guī)劃?，F(xiàn)以復(fù)合材料和固相焊接為例說(shuō)明。

首先，必須正視和重視復(fù)合材料與固相焊接由于其自身的材料、工藝、結(jié)構(gòu)應(yīng)用而具有的缺陷特點(diǎn)，制定相應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)方法、技術(shù)。不能簡(jiǎn)單地沿用傳統(tǒng)金屬材料及其制件的慣性思維。特別值得指出的是，復(fù)合材料在應(yīng)用初期（20世紀(jì)70年代），人們更多的是沿用了一些金屬材料無(wú)損檢測(cè)理念和方法，但經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)研究和實(shí)際應(yīng)用，很快在20世紀(jì)80年代初就達(dá)成技術(shù)共識(shí)：必須針對(duì)復(fù)合材料特點(diǎn)，研究復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)問(wèn)題、檢測(cè)方法和手段、標(biāo)準(zhǔn)范圍、人員資質(zhì)等。在固相焊接中，當(dāng)選用傳統(tǒng)的檢測(cè)方法和檢測(cè)儀器設(shè)備時(shí)，必須慎重對(duì)待。沒(méi)有檢測(cè)出缺陷，不能完全表明其焊接區(qū)一定沒(méi)有缺陷。

其次，超聲是目前復(fù)合材料和固相焊接主要的檢測(cè)方法，與金屬材料超聲檢測(cè)相比，檢測(cè)原理相近，但技術(shù)細(xì)節(jié)相差甚遠(yuǎn)，比如檢測(cè)分辨率、表面檢測(cè)盲區(qū)、缺陷孔隙當(dāng)量問(wèn)題、缺陷識(shí)別問(wèn)題、耦合與掃查問(wèn)題等，都有明顯不同之處。

第三，檢測(cè)方法選擇與儀器設(shè)備的選擇（目前商業(yè)市場(chǎng)與技術(shù)市場(chǎng)顯得有些混亂），就復(fù)合材料結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)而言，更多的還是要呼喚技術(shù)理性和責(zé)任文化。越來(lái)越多的技術(shù)共識(shí)是，復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)還是有其自身強(qiáng)烈的檢測(cè)文化和技術(shù)理念，需要積累，需要沉淀，特別是不能將復(fù)合材料、固相焊接的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)化為儀器設(shè)備的商業(yè)推銷(xiāo)行為。

第四，復(fù)合材料和固相焊接無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域需要解決的技術(shù)問(wèn)題還有很多，我國(guó)復(fù)合材料和固相焊接無(wú)損檢測(cè)有自己的技術(shù)特色，但整體上與發(fā)達(dá)國(guó)家尚存差距。需要業(yè)內(nèi)業(yè)外同行攜手共進(jìn)，全力推動(dòng)復(fù)合材料和固相焊接無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。

4 航空材料和結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代航空材料和結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用帶來(lái)了巨大的機(jī)遇；特別是各種新型材料輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、整體結(jié)構(gòu)及其制造工藝的不斷推出和工程化應(yīng)用，給無(wú)損檢測(cè)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。特別是那些既能定性定量，又具有高靈敏度和高分辨率的快速可靠的可視化成像檢測(cè)技術(shù)，將會(huì)是未來(lái)航空材料和結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)的主流發(fā)展方向。

5 結(jié)語(yǔ)

航空材料和結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)需要結(jié)合具體的檢測(cè)對(duì)象、檢測(cè)要求、應(yīng)用環(huán)境等，研究制定針對(duì)性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，包括無(wú)損檢測(cè)方法、技術(shù)及其儀器設(shè)備與檢測(cè)工藝方法、標(biāo)準(zhǔn)等，保證能夠?qū)崿F(xiàn)航空材料與結(jié)構(gòu)的高靈敏度、高可靠性檢測(cè)。

高靈敏度、高分辨率、高可靠性是現(xiàn)代航空材料和結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)核心和應(yīng)用基礎(chǔ)，在研究和選用無(wú)損檢測(cè)方法和檢測(cè)技術(shù)、制定檢測(cè)工藝規(guī)范時(shí)，需要十分謹(jǐn)慎地注意到其對(duì)缺陷的檢出能力和分辨能力以及可檢性。

面向現(xiàn)代航空材料工程結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)，需要有足夠真實(shí)的檢測(cè)試驗(yàn)積累與驗(yàn)證基礎(chǔ)，驗(yàn)證所選檢測(cè)方法和檢測(cè)技術(shù)及其儀器設(shè)備的有效性和重復(fù)性。先進(jìn)高效、可靠、環(huán)保的可視化、自動(dòng)化、高分辨率、高靈敏度無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是航空領(lǐng)域今后一個(gè)重要發(fā)展方向。

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