復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

王計(jì)寶

（遼寧省安全科學(xué)研究院，遼寧沈陽 110004）

復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

王計(jì)寶

（遼寧省安全科學(xué)研究院，遼寧沈陽 110004）

由于復(fù)合材料優(yōu)良的特性，使得其在當(dāng)前各個(gè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，其不僅在航天航空領(lǐng)域得到廣泛使用，而且在建筑生產(chǎn)和汽車等行業(yè)中也得到廣泛應(yīng)用。復(fù)合材料的檢測(cè)技術(shù)在復(fù)合材料的生產(chǎn)應(yīng)用中是十分重要的，其發(fā)展速度也是十分迅速的。本文主要介紹了幾種復(fù)合材料的檢測(cè)方法，以及復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)程和未來的發(fā)展方向。

復(fù)合材料 無損檢測(cè) 研究進(jìn)展

復(fù)合材料是由兩種或是兩種以上的不同物質(zhì)，經(jīng)過不同方式的組合，從而形成的材料。這種材料能夠發(fā)揮各類材料的優(yōu)點(diǎn)，能夠克服單一材料出現(xiàn)的缺陷，從而有效擴(kuò)大材料的使用范圍。一般情況下，復(fù)合材料都具備重量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，并且具有較強(qiáng)的可塑性，加工成型更加方便，還具有耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，其已經(jīng)在諸多領(lǐng)域逐漸取替了其他材料的使用，如金屬合金、木材等。復(fù)合材料主要是在航天航空、電子電氣、汽車以及建筑生產(chǎn)等領(lǐng)域廣泛使用，近些年復(fù)合材料的發(fā)展得到廣泛關(guān)注，發(fā)展速度迅速。但是復(fù)合材料又具有非均質(zhì)性與各項(xiàng)異性，在其制造過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)某些缺陷，存在著不穩(wěn)定因素。在其實(shí)際應(yīng)用過程中，也經(jīng)常會(huì)因?yàn)樽矒?、疲勞累積、腐蝕等產(chǎn)生缺陷。因此，在復(fù)合材料的生產(chǎn)與使用過程中，復(fù)合材料的檢測(cè)技術(shù)就具有十分顯著的作用，當(dāng)然，在檢測(cè)方法中無損檢測(cè)就具有更加重要的作用。

1 復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)

在復(fù)合材料的生產(chǎn)制造過程中，主要會(huì)出現(xiàn)如下缺陷。氣孔、疏松、分層、夾雜、界面分離、鉆孔損傷以及樹脂固化不良等。在其使用過程中主要會(huì)出現(xiàn)疲勞損傷與環(huán)境損傷的缺陷，損傷形式主要有分層、脫膠、基本龜裂、纖維斷裂、空隙增長(zhǎng)、皺褶變形、劃傷、腐蝕坑、下陷和燒傷等。目前，我國(guó)研究人員為了能夠趕超國(guó)際發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)水平，在復(fù)合材料的無損檢測(cè)方面進(jìn)行了深入廣泛的研究，，并取得了良好的成績(jī)。主要表現(xiàn)為射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)、視覺檢測(cè)等檢測(cè)技術(shù)。

1.1 射線檢測(cè)技術(shù)

射線檢測(cè)技術(shù)（Radiographic Testing，即RT）是利用射線（如X射線、γ射線以及中子射線等）穿過物體時(shí)，具有吸收和散射的特性，從而檢測(cè)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否具有連續(xù)性的技術(shù)。X射線檢測(cè)方法是復(fù)合材料損傷檢測(cè)技術(shù)中最為常見的一種檢測(cè)方法。主要適用于對(duì)復(fù)合材料空隙、夾雜物等體積型缺陷的檢測(cè)，是一種十分重要的檢測(cè)技術(shù)，但是其主要是對(duì)平行于射線穿透方向的缺陷有著較好的檢測(cè)效果，只能檢測(cè)出表面的垂直裂紋，但是可以通過超聲反射技術(shù)與其相結(jié)合，相互補(bǔ)充，取得良好的檢測(cè)結(jié)果。在射線檢測(cè)技術(shù)中最早發(fā)展的是膠片照相技術(shù)，但是發(fā)展最快的是數(shù)字式射線檢測(cè)技術(shù)。與膠片照相檢測(cè)技術(shù)相比，數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)的成像效果與膠片照相檢測(cè)技術(shù)不相上下，但是其檢測(cè)可以做到實(shí)時(shí)檢測(cè)，具有高效率性、易用性和經(jīng)濟(jì)性，因此，數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)得到了更快的發(fā)展。

1.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)（Ultrasonics Testing）是利用材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生一定影響的物理現(xiàn)象，從而通過對(duì)超聲波受影響程度和狀況的分析來了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)［1］。主要是使用穿透法、串列法、脈沖反射法等方法。超聲波檢測(cè)技術(shù)能夠直觀地顯示，快速地檢測(cè)，目前在航空復(fù)合材料的檢測(cè)過程中已經(jīng)是十分普遍的檢測(cè)技術(shù)。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波探頭的控制，利于控制方向的移動(dòng)改變。通過控制超聲波探傷儀對(duì)探頭發(fā)出信號(hào)，與此同時(shí)，當(dāng)超聲波信號(hào)經(jīng)過需要檢測(cè)的工件后，它會(huì)被自身的探頭接收，超聲波探傷儀就可以接收到相應(yīng)的信息，然后對(duì)信息進(jìn)行計(jì)算、分析和處理，再由計(jì)算機(jī)對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)。計(jì)算機(jī)能夠完整的顯示出整片的檢測(cè)區(qū)域，可以十分清楚明白的查看工件是否存在缺陷，以及相應(yīng)的缺陷所在位置與具體的情況。

1.3 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)

聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)（ Acoustic Emission）就是通過復(fù)合材料的材料局部能量能夠快速釋放出需要發(fā)出瞬態(tài)彈波性的現(xiàn)象，材料會(huì)在應(yīng)力的作用下發(fā)生變形，從而會(huì)產(chǎn)生裂紋或是出現(xiàn)擴(kuò)展的現(xiàn)象［2］。聲音的頻率范圍十分寬闊，可以從次聲波到超聲波。而且彈性波可以在穿過檢測(cè)介質(zhì)后，直接到達(dá)被檢測(cè)的表面，從而使得檢測(cè)物表面出現(xiàn)相應(yīng)的振動(dòng)，傳感器適時(shí)接收這樣的振動(dòng)并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，當(dāng)聲發(fā)射信號(hào)逐漸增強(qiáng)后，就可以形成一定的數(shù)據(jù)信息，并且被顯示與記錄。這種檢測(cè)方法能夠?qū)?fù)合材料的整體進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)其整體質(zhì)量水平作出相應(yīng)評(píng)價(jià)。

1.4 視覺檢測(cè)技術(shù)

近些年伴隨著計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)的快速發(fā)展，復(fù)合材料的無損檢測(cè)技術(shù)又有了新的發(fā)展。計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)能夠與射線檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，從而使得無損檢測(cè)技術(shù)具備了直觀與高效的特點(diǎn)。這樣，視覺檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)技術(shù)研究領(lǐng)域就有著十分重要的意義。

2 復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 自動(dòng)化水平迅速提高

在航空工業(yè)中為了節(jié)約成本，往往會(huì)采取增大結(jié)構(gòu)，減少零部件數(shù)量的措施，這樣會(huì)使得復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)件越來越大，傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方式已經(jīng)無法適應(yīng)檢測(cè)的要求，為了提高工作的效率需要對(duì)工件進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)，自動(dòng)生成相應(yīng)數(shù)據(jù)，檢測(cè)是否出現(xiàn)裂紋等缺陷，可以大大提高航空工業(yè)的自動(dòng)化水平，有效降低人為的誤差。

2.2 提高原位檢測(cè)能力成了研究重點(diǎn)

隨著復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的體積越來越大，在安裝與拆卸過程中存在著越來越多的困難，于是眾多的公司都希望能夠提高部件的原位檢測(cè)能力。目前主要存在兩種解決方案。一是采用大型設(shè)備，對(duì)整架飛機(jī)進(jìn)行無損檢測(cè)。二是采用多功能小型化的檢測(cè)設(shè)備，直接在外場(chǎng)進(jìn)行無損檢測(cè)。

2.3 可視化定量檢測(cè)水平不斷提高

隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字成像技術(shù)的不斷提高與全面應(yīng)用，復(fù)合材料無損檢測(cè)的速度也大大提高，精準(zhǔn)度也是逐步提高。

2.4 結(jié)構(gòu)健康自監(jiān)控能力將成為可能

隨著復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，以及傳感器的不斷出現(xiàn)，將傳感器進(jìn)行嵌入成為發(fā)展重點(diǎn)，未來復(fù)合材料必將是以提高結(jié)構(gòu)健康康自監(jiān)控能力為發(fā)展方向，未來的復(fù)合材料將有能夠做出反應(yīng)的智能結(jié)構(gòu)。

［1］汪星明等.復(fù)合材料無損檢測(cè)研究進(jìn)展［J］.玻璃鋼/復(fù)合材料增刊，2012：261-265.

［2］郭彥宏，王金輝.復(fù)合材料無損檢測(cè)方法及其研究進(jìn)展［J］.科技傳播，2012：34.