CR射線檢測(cè)技術(shù)在航空復(fù)合材料檢測(cè)中的應(yīng)用

單威

摘 要：復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于民用航空領(lǐng)域，CR射線檢測(cè)技術(shù)是最直接、有效的無(wú)損檢測(cè)方法之一。簡(jiǎn)要介紹了CR射線檢測(cè)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料CR射線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，復(fù)合材料CR檢測(cè)工藝的質(zhì)量控制，制作了具有人工蜂窩缺陷的試塊，并對(duì)其進(jìn)行CR射線檢測(cè)。結(jié)果表明，使用CR檢測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)出復(fù)合材料蜂窩夾層的缺陷。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；CR射線檢測(cè)；蜂窩缺陷；質(zhì)量控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TB302.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.137

復(fù)合材料在民用航空領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，而射線檢測(cè)是復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)中最直接、最有效的方法之一。因?yàn)镃R射線檢測(cè)技術(shù)具有IP板可以彎曲，可以節(jié)省檢測(cè)時(shí)間，動(dòng)態(tài)范圍大，可重復(fù)使用，無(wú)需膠片存貯空間等優(yōu)點(diǎn)，所以，在復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，它將逐漸成為可取代膠片照相技術(shù)的一種檢測(cè)技術(shù)。

1 CR射線檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

CR射線檢測(cè)系統(tǒng)主要是由射線機(jī)、IP板、掃描器、圖像顯示與處理單元四部分組成的。當(dāng)射線束透射被檢工件時(shí)，工件局部缺陷或結(jié)構(gòu)差異會(huì)改變工件對(duì)射線的衰減，使照射在IP板上的射線強(qiáng)度有所不同，而IP板中熒光物質(zhì)電子被激勵(lì)俘獲到較高能帶，形成了光激發(fā)射熒光中心（PLC），以潛在圖像保留照相射線信息。將IP板放入掃描儀后，利用激光激發(fā)，光激發(fā)射熒光中心電子返回初始能級(jí)，并發(fā)射可見(jiàn)光輸出能量。光發(fā)射與接收到的射線劑量成比例，掃描儀將可見(jiàn)光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的處理得到灰度圖像以供評(píng)判。

2 CR射線檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

自20世紀(jì)80年代中后期，將數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域以來(lái)，國(guó)內(nèi)外相繼制訂了一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它們主要涉及技術(shù)導(dǎo)則、檢測(cè)系統(tǒng)裝置標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)三類(lèi)，而這些檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)金屬材料的。復(fù)合材料射線檢測(cè)沒(méi)有通用的像質(zhì)計(jì)，不能保證其靈敏度。國(guó)內(nèi)外關(guān)于復(fù)材射線檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)比較少，針對(duì)CR射線檢測(cè)技術(shù)的通用標(biāo)準(zhǔn)就更少，甚至沒(méi)有。為了讓復(fù)材CR射線檢測(cè)有法可依，制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是勢(shì)在必行的。在制訂復(fù)合材料CR檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須要考慮到復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、檢測(cè)靈敏度、缺陷檢出能力和缺陷特點(diǎn)與評(píng)判等。

3 復(fù)合材料CR檢測(cè)工藝質(zhì)量控制

復(fù)合材料CR射線檢測(cè)可參考膠片射線照相檢測(cè)，主要控制檢測(cè)技術(shù)級(jí)別、透照布置、CR系統(tǒng)選擇、透照布置、散射線屏蔽和評(píng)判圖像要求等，可見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)EN 14784-2和GB/T 26642.為了保證CR系統(tǒng)性能的穩(wěn)定，必須定期測(cè)試系統(tǒng)性能，比如基本空間分辨率、規(guī)格化信噪比、幾何失真、激光束功能、模糊或閃爍、掃描器抖動(dòng)、陰影、影像擦除和IP偽像等，可通過(guò)驗(yàn)證規(guī)定尺寸缺陷檢測(cè)能力來(lái)保證檢測(cè)的靈敏度。

4 復(fù)合材料CR射線檢測(cè)

蜂窩夾層復(fù)材零件易形成夾雜、芯格分離、蜂窩壓縮、壓壞、變形和填料不足等缺陷，所以，特制作了具有一定尺寸人工缺陷的碳纖維復(fù)材試塊以供檢測(cè)。檢測(cè)采用GE ISOVOLT TITAN 160型號(hào)X射線機(jī)、Carestream INDUSTREX HPX-1 CR掃描儀和Carestream INDUSTREX FLEX XL藍(lán)光IP板。

圖1為CR檢測(cè)圖像，圖像空間分辨率都高于3 Lp/mm。圖1（a）為夾雜缺陷試塊圖像，從中可以清晰地發(fā)現(xiàn)3處長(zhǎng)度分別為6 mm、8 mm和10 mm的灰度較低的線性顯示，這和在蜂窩與膠膜間放置的3處銅絲尺寸吻合。圖1（b）為芯格分離試塊圖像，從中可以發(fā)現(xiàn)有3處分別有4個(gè)連續(xù)芯格分離顯示，分離處同時(shí)也伴隨著一排排的蜂窩壓縮和部分蜂窩變形，蜂窩壓縮處蜂窩壁基本保持平行，但是，蜂窩變形處蜂格已不是六邊形，同時(shí)蜂壁發(fā)生扭曲。圖1（c）為蜂窩壓壞缺陷試塊圖像，其中顯示2處被壓壞，缺陷處比正常區(qū)域蜂格顯示模糊，具有暈圈效應(yīng)。圖1（d）為填料不足缺陷試塊圖像，從中可以發(fā)現(xiàn)，第一排右三個(gè)格子未填區(qū)域與正常區(qū)域灰度基本相同，填充區(qū)域灰度比較小，第二排四個(gè)格子灰度都比正常區(qū)域的灰度小，但是，灰度從左到右依次增加。在制作試塊時(shí)，第一排高度方向填滿，右3個(gè)格子橫向未填滿，第二排橫向覆蓋填滿，右3個(gè)格子高度方向依次填充3/4，1/2，1/4.由此可知，填料不足引起射線衰減變化，最終導(dǎo)致圖像灰度變化。也就是說(shuō)，可以通過(guò)圖像灰度的變化來(lái)確認(rèn)填料是否充足。

5 結(jié)論

目前，關(guān)于復(fù)合材料CR射線檢測(cè)技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)比較少，可參照現(xiàn)有金屬材料CR檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工藝質(zhì)量控制，并通過(guò)人工缺陷試塊確保系統(tǒng)的缺陷檢出能力。采用這項(xiàng)技術(shù)，可對(duì)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料零件進(jìn)行CR檢測(cè)，它對(duì)夾雜、芯格分離、蜂窩壓縮、蜂窩壓壞、蜂窩變形、填料不足等缺陷的檢測(cè)效果都比較好。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕