飛機(jī)復(fù)合材料的先進(jìn)無損檢測技術(shù)

白艷 董楹

哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 黑龍江哈爾濱 150066

飛機(jī)復(fù)合材料以其可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、比鋼度高和熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)成為民用飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料，但是在具體的使用過程中，仍舊會存在著一些缺點(diǎn)和不足，為了保證各個(gè)構(gòu)件的質(zhì)量和安全性能，無損檢測技術(shù)的重要性就越來越突出，只有加強(qiáng)無損檢測，才能避免飛機(jī)成型及使用過程中各種不確定因素的出現(xiàn)，提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，推動(dòng)我國航空航天事業(yè)的健康發(fā)展[1]。

1 飛機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 在民用客機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

復(fù)合材料在長期的發(fā)展中有著自身的優(yōu)勢，之所以被應(yīng)用到民用客機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)當(dāng)中，除了它的熱穩(wěn)定性、耐磨損性以及比重小等等優(yōu)點(diǎn)之外，復(fù)合材料還具有一定的耐疲勞性和可設(shè)計(jì)性，所以在民用客機(jī)的應(yīng)用起到了提高飛機(jī)性能指標(biāo)的作用。比如說在波音787 客機(jī)中的應(yīng)用，其機(jī)身重量比使用傳統(tǒng)鋁合金材料要減少許多，而且各項(xiàng)性能指標(biāo)也非常穩(wěn)定，所以波音787客機(jī)與其它客機(jī)相比，更具有其優(yōu)越性，機(jī)身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等物理力學(xué)性質(zhì)提升很多，成為歷史上首架超遠(yuǎn)程中型客機(jī)。而這種復(fù)合材料在波音公司早就開始嘗試和應(yīng)用，早期的如A350 客機(jī)的機(jī)翼、A310 客機(jī)的尾翼便主要由先進(jìn)復(fù)合材料所制成，而且隨著復(fù)合材料研究的進(jìn)一步深入，波音公司在客機(jī)的使用比例上也在不斷的加大。

1.2 在軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

因?yàn)閺?fù)合材料人比重較小，所以在近年來的發(fā)展中，軍用飛機(jī)也在使用這種先進(jìn)的材料，比如說我國的殲-20第五代重型戰(zhàn)斗機(jī)，所有材料中復(fù)合材料的占比已經(jīng)達(dá)到了百分之二十左右，這個(gè)比例能夠與美國的F22 主力戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)型中復(fù)合材料的使用比例相當(dāng)。

雖然復(fù)合材料在飛機(jī)的制造中已經(jīng)被認(rèn)可和肯定，但是也存在著一些缺陷和不足，需要進(jìn)行深入的檢測和改善，這樣才能更進(jìn)一步的推動(dòng)其發(fā)展。

2 飛機(jī)復(fù)合材料的先進(jìn)無損檢測技術(shù)

無損檢測技術(shù)就是在不損傷材料和飛機(jī)零部件使用恒通的基礎(chǔ)上，利用各種手段去進(jìn)行材料的檢測，從中發(fā)現(xiàn)材料使用過程中的缺陷和不足，并對其缺陷的大小、形狀、位置、種類等等去進(jìn)行確定，以提高材料的使用性能和使用效果。無損傷檢測技術(shù)不僅能夠起到檢測產(chǎn)品質(zhì)量的作用，而且還可以提高其安全性能，保證使用過程中的穩(wěn)定性和可靠性，達(dá)到延長產(chǎn)品壽命的效果。在飛機(jī)復(fù)合材料的先進(jìn)無損檢測技術(shù)中，通過利用光、電、聲、熱、磁、射線等等手段，在不改變其狀態(tài)和形狀的前提下進(jìn)行有效的檢測。所以無損檢測技術(shù)的種類很多。

2.1 超聲檢測技術(shù)

超聲檢測技術(shù)是當(dāng)前飛機(jī)復(fù)合材料檢測過程中最主要的手段之一，它可以判斷出材料的厚度、密度、疏松度，還可以檢測出復(fù)合材料氣孔、裂紋、夾雜等缺陷。

超聲檢測技術(shù)操作簡單、可精確確定缺陷位置，實(shí)現(xiàn)檢測技術(shù)的高靈敏度，同時(shí)超聲檢測技術(shù)也存在著一定的局限性，它對于一些薄而小的零件難以進(jìn)行檢測，而且檢測效率非常低下。但是由于超聲檢測技術(shù)直觀、速度快，所以一直被飛機(jī)中大型復(fù)合材料構(gòu)件的檢測工作所采用，而且也取得了良好的效果[2]。

2.2 空氣耦合超聲檢測技術(shù)

在我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的社會背景下，新型換能器及信號處理技術(shù)也在不斷的創(chuàng)新，有效的推動(dòng)了空氣耦合式超聲檢測技術(shù)的應(yīng)用。因?yàn)榭諝怦詈鲜匠暀z測技術(shù)就以空氣為介質(zhì)的，所以在進(jìn)行檢測的過程中可以實(shí)現(xiàn)非接觸檢測，不會對換能器造成磨損，就能夠?qū)崿F(xiàn)快速而準(zhǔn)確的掃描，所以這種技術(shù)通常被應(yīng)用在材料板的脫層、脫粘、夾雜和纖維斷裂等等缺陷中，它可以解決傳統(tǒng)檢測技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)的問題。但是空氣耦合式超聲檢測技術(shù)因?yàn)樾盘査p較大，對于那些聲阻抗較高的材料無法進(jìn)行在線檢測，這也是需要進(jìn)行改進(jìn)與提升的地方。

2.3 激光超聲檢測技術(shù)

激光超聲檢測技術(shù)是利用高能量的激光脈沖與物質(zhì)表面的瞬時(shí)作用，形成熱應(yīng)力，從而在物體內(nèi)部產(chǎn)生一種超聲波，它通常被用于一些形狀較為復(fù)雜的小尺寸復(fù)合材料結(jié)構(gòu)以及一些高溫材料，因?yàn)榧兇獾募す獬暀z測技術(shù)是不需要進(jìn)行接觸的。

2.4 相控陣超聲檢測技術(shù)

相控陣超聲檢測技術(shù)其探頭是由多個(gè)晶片組成的換能器陣列，是一種多聲束的掃描成像技術(shù)，各相位可以利用軟件進(jìn)行焦點(diǎn)聚集和控制，不用移動(dòng)探頭就能夠進(jìn)行大面積的掃描，而且其分辨率和信噪比的檢測率特別高。

2.5 紅外熱成像檢測技術(shù)

紅外熱成像檢測技術(shù)就通過掃描、記錄或觀察被檢測工件表面，利用紅外輻射原理向深層傳遞的差別而導(dǎo)致表面溫度場變化，找到復(fù)合材料構(gòu)件的內(nèi)部缺陷。紅外熱成像檢測技術(shù)還可以分為脈沖加熱法、調(diào)制加熱法和超聲波激勵(lì)加熱法。主要對層板的分層、脫膠和夾雜，金屬膠接件的脫膠和腐蝕等等問題進(jìn)行檢測。它的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠在非接觸的在線檢測中實(shí)現(xiàn)大面積的檢測，并且對缺陷部位能夠快速成像，但是這種技術(shù)在檢測過程中需要長時(shí)間加熱，所以要避免因?yàn)檫^熱而引發(fā)構(gòu)件新的缺陷，同時(shí)其分辨率較低，也不適用于厚度大的構(gòu)件檢測。

3 結(jié)語

總而言之，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，航空航天事業(yè)也得到了技術(shù)的支撐，而復(fù)合材料的應(yīng)用率也是越來越廣泛，為了提高復(fù)合材料的使用效果，先進(jìn)的無損檢測技術(shù)則成為重中之重，只有不斷提高無損檢測技術(shù)的質(zhì)量和效率，并根據(jù)飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件的具體要求去進(jìn)行合理的選擇，才能實(shí)現(xiàn)檢測過程的有效性，促進(jìn)我國飛機(jī)制造業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展[3]。