無損檢測技術(shù)在復(fù)合材料檢測中的研究

肖亞楠

摘 要：無損檢測技術(shù)在對復(fù)合材料進(jìn)行檢測的過程中，不會損壞材料的結(jié)構(gòu)以及形狀，不影響其使用性能，通過抽樣檢查或者逐漸檢查的方式，來獲取材料的結(jié)構(gòu)信息以及缺陷狀況。不同種類的復(fù)合材料基于其自身的特點(diǎn)，可以選擇適當(dāng)?shù)臒o損檢測方法，對其內(nèi)部以及表面的缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷和評價。本文就無損檢測技術(shù)在復(fù)合材料檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的討論。

關(guān)鍵詞：無損檢測技術(shù)；復(fù)合材料；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.241

1 無損檢測技術(shù)在復(fù)合材料檢測中的應(yīng)用概述

為了保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的完整性，必須對其進(jìn)行準(zhǔn)確的缺陷以及損傷的檢測，一旦發(fā)現(xiàn)問題，及時修復(fù)，進(jìn)而對材料的性能進(jìn)行準(zhǔn)確的評價和判斷。不同的復(fù)合材料，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)各不相同，所選取的無損檢測方法也存在著差異，現(xiàn)階段，被廣泛應(yīng)用的無損檢測方法包括：X射線檢測無損檢測法、超聲波無損檢測法、計(jì)算機(jī)層析檢測法、紅外熱成像檢測法、聲發(fā)射法等，各種不同那個的無損檢測方法也都有自身的應(yīng)用范圍、優(yōu)點(diǎn)和缺陷。

2 不同種類無損檢測技術(shù)的應(yīng)用狀況

2.1 X射線無損檢測技術(shù)

應(yīng)用比較廣泛的X設(shè)備無損檢測方法是膠片照相法，這種方法能夠檢測出復(fù)合材料中的孔隙以及雜質(zhì)等在外形方面表現(xiàn)出來的缺陷，同時，也能夠檢測出結(jié)構(gòu)的疏散、孔洞、纖維斷裂、材料分布不均勻等缺陷。這種檢測方法具有較高的靈敏度，檢測結(jié)果觀察起來比較直接，但是如果在和射線垂直的方向上存在裂紋，不容易被發(fā)現(xiàn)，同時，設(shè)備體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在養(yǎng)護(hù)以及維修方面所需投入的資金量較大，對安全防護(hù)方面的要求比較高。隨著技術(shù)的進(jìn)步，X射線無損檢測技術(shù)也在不斷的優(yōu)化和更新，新型的X成像檢測技術(shù)以及X射線CT技術(shù)已經(jīng)相對成熟，并投入到實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中。這兩種方法的優(yōu)勢在于有著更高的精度以及效率，在資金方面投入量小，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測結(jié)果的遠(yuǎn)距離傳輸，使用性強(qiáng)，比傳統(tǒng)照相底板的檢測方式具有明顯的優(yōu)勢。

2.2 超聲波無損檢測技術(shù)

依據(jù)復(fù)合材料本身的性質(zhì)以及聲學(xué)性質(zhì)對聲波產(chǎn)生的作用來開展復(fù)合材料的超聲波無損檢測，實(shí)現(xiàn)對復(fù)合材料內(nèi)部以及表面缺陷的檢測。這種檢測方法能夠?qū)?fù)合材料的層間結(jié)構(gòu)、孔隙、裂紋、裂縫以及夾雜物等缺陷進(jìn)行檢測，并對材料的密度纖維狀取向、彈性模量數(shù)值、厚度數(shù)值以及幾何尺寸進(jìn)行檢測，及時發(fā)現(xiàn)材料的變化情況。這種檢測方法具有極高的靈敏性，能夠準(zhǔn)確的對缺陷處進(jìn)行位置的確定，檢測出缺陷的主要位置以及分布狀況，設(shè)備的復(fù)雜程度低，操作容易。但是也存在著一定的弊端，比如：檢測效率不高，無法實(shí)現(xiàn)同一設(shè)備對全部缺陷進(jìn)行檢測，對于不同種類的缺陷，需要更換不同形式的探頭，才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的檢測。對厚度尺寸較小，外形尺寸不大以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高的復(fù)合材料，也無法進(jìn)行很好的檢測，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，超聲波掃描技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，基于其顯示比較直觀、檢測效率高、花費(fèi)時間短等特點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用于飛行器等大型復(fù)合材料的檢測工作。

2.3 計(jì)算機(jī)層析照相檢測技術(shù)

工業(yè)計(jì)算機(jī)層析照相技術(shù)，就是工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描成像技術(shù)，主要應(yīng)用于檢測工業(yè)構(gòu)件。具有操作簡單、檢查直觀、不對試件造成損傷等優(yōu)點(diǎn)。這種方法的工作原理是：以掃描的方式，獲取試件的斷層投影值，再依據(jù)圖像進(jìn)行斷層圖像的重新建立。這種方法掃描完成的圖像清晰度好，普通的透視照相方法比較容易發(fā)生圖像模糊和重疊的現(xiàn)象，這種層析照相技術(shù)極大的改進(jìn)了之前的成像狀況，圖像清晰度極高，對比靈敏度高于透視照相技術(shù)兩個數(shù)量級以上?；谶@一顯著的優(yōu)勢，國際上已經(jīng)將工業(yè)計(jì)算機(jī)層析照相技術(shù)列為現(xiàn)階段最佳的無檢測方法。通過大量的產(chǎn)品檢驗(yàn)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)工業(yè)計(jì)算機(jī)層析照相技術(shù)能夠檢測出復(fù)合材料中的氣孔、夾雜、空隙、分層等缺陷，靈敏度極高，可以十分準(zhǔn)確的檢定缺陷的外形尺寸。

2.4 紅外熱成像無損檢測技術(shù)

這一技術(shù)的原理為利用紅外物理理論，將紅外輻射特性的技術(shù)以及方法合理地應(yīng)用于被檢測元件，實(shí)現(xiàn)綜合性的無損檢測。這種檢測技術(shù)鑒定物體缺陷的方法是利用物體的熱量以及熱流。當(dāng)復(fù)合材料內(nèi)部存在缺陷時，會導(dǎo)致材料的傳熱性能發(fā)生變化，使表面的溫度分布狀況產(chǎn)生不同，再通過檢測設(shè)備來判斷熱輻射的差異，得到缺陷存在的準(zhǔn)確位置。紅外熱成像技術(shù)的優(yōu)勢在于資金投入小、檢查時間短、速度快、操作簡單、準(zhǔn)確度高。主要應(yīng)用于對復(fù)合材料以及多層材料進(jìn)行夾雜物、分層、開裂等缺陷的檢查。

2.5 聲發(fā)射法檢測技術(shù)

聲發(fā)射法用于對復(fù)合材料以及構(gòu)件進(jìn)行檢查和評價，是一類動態(tài)性較強(qiáng)的檢查技術(shù)，通過對聲發(fā)信號的妥善處理對缺陷進(jìn)行評價，確定缺陷的實(shí)際位置，并進(jìn)一步判斷其發(fā)展的規(guī)律。這種檢測方法的工作原理是：如果物體存在缺陷或者有某一部分出現(xiàn)異常，則其在外力的作用下，就會出現(xiàn)應(yīng)力集中，進(jìn)而發(fā)生形狀的改變或者出現(xiàn)斷裂，其內(nèi)部由此而產(chǎn)生的應(yīng)變能以彈性波的形式被釋放出來，設(shè)備將這些信號以及信息進(jìn)行捕捉，然后通過聲發(fā)射的信號特點(diǎn)以及發(fā)生強(qiáng)度數(shù)值，來判斷材料的微觀形變以及裂紋、裂縫的狀況，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的檢測和報(bào)告。這種無損檢測方法有其特定的適用范圍，必須具備以下兩個條件才能應(yīng)用這種方法：第一，必須有外部載荷作用于材料。第二，材料內(nèi)部的缺陷或者結(jié)構(gòu)必須發(fā)生改變?，F(xiàn)階段，這種技術(shù)已經(jīng)用于檢測復(fù)合材料內(nèi)部碳纖維、玻璃纖維是否斷裂，斷裂載荷的分配狀況等，進(jìn)而對巖纖維或者玻璃纖維的質(zhì)量進(jìn)行有效評價。聲發(fā)射技術(shù)還可以用于區(qū)分復(fù)合材料中層板內(nèi)缺陷的斷裂狀況，對其特性進(jìn)行有效判斷，比如：基體開裂、纖維和樹脂的開裂狀況，裂紋是否存在拓展等。

綜上所述，不同種類的無損檢測技術(shù)都有其自身的優(yōu)勢以及弊端，適用范圍也有所不同，對于大型復(fù)合材料的分層、裂紋、內(nèi)部缺陷都可以通過采用適當(dāng)?shù)臒o損檢測技術(shù)進(jìn)行檢測、判定和評價。技術(shù)人員可需要不斷的將檢測技術(shù)進(jìn)行更新與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的穩(wěn)步提高。

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