復合材料的無損檢測技術研究

張翠翠?阮宏斌?孟妙?王麗華?王洲

摘 要：在持續發展的復合材料影響下，借助無損檢測的技術檢測產品的質量是一種綜合性的科技。其基礎是不損壞檢測對象的應用性，通過化學與物理現象，有效地測試與檢測一系列的產品、零部件、工程材料，從而對其物理性能、連續性、完整性進行評價。當今在產品應用與制造中，以及在提升勞動生產率、完善工藝、節省原料、確保產品穩定與安全、控制質量上一種必不可少的方式就是無損檢測。

關鍵詞：復合材料；無損檢測；技術；應用

因為受到一些隨機要素（環境控制、生產工藝等）的制約，復合材料一直面臨著一系列的缺陷，并且在裝配與制造時，會由于刮擦、碰撞、外力沖擊、機械加工等而導致損傷與缺陷，并且較難以目視的方式發現，這會嚴重地影響結構的承載性，所以成為制約結構安全性的關鍵隱患。為了對與隱患進行發現以及排除，科技工作者需要借助無損檢測技術來監測這一系列的損傷與缺陷。

1 X射線無損檢測技術

在X射線無損檢測技術中，膠片照相法是經常應用的，其是對復合材料體積型缺陷（夾雜物與空隙）進行檢查的一種理想手段。該技術能夠檢測不均勻的增強劑分布、纖維斷裂、貧膠、疏松等，這種手段的特點是檢測結果直觀與方法靈敏性高，然而難以檢測分層缺陷，不容易對垂直射線方向的裂紋進行發現，以及裝置龐大復雜，要求安全防護。在日益進步的計算機技術影響下，已經出現了新的“X射線CT”與“X射線實時成像檢測技術”，業已在結構的無損探傷應用。這種檢測技術不管是在實用方便、遠程傳送、表現力，還是在經濟、效率上都具有顯著的優勢，因此發展前景廣闊。

2 紅外熱成像無損檢測技術

紅外熱成像無損檢測技術是通過紅外物理原理，在檢測對象中應用紅外輻射特點的分析方法與技術。這種檢測技術是借助對物體熱流與熱量的檢測，進而對物質的質量進行鑒定。在物體內部面臨缺陷與裂縫的情況下，物體的熱傳導性會發生變化，進而導致物體存在差異的溫度分布，這個時候借助檢測設備能夠對熱輻射的差異進行顯示，最終對缺陷之處進行檢查。紅外熱成像技術的優點是準確、方便、迅速、成本低等，能夠在復合材料與多層材料的開裂、脫粘、分層、夾雜等損傷檢測中應用，然而需要被測件有著高表面發射率和良好傳熱性能。

3 超聲波無損檢測技術

超聲波檢測技術重點通過復合材料缺陷或者是本身聲學性質對傳播超聲波的制約，進而對表面或者是材料內部的缺陷進行檢測。復合材料結構中的夾雜、裂紋、空隙、分層等缺陷可以借助超聲波檢測，也可以對材料的幾何形狀、厚度、疏密等的改變進行判斷。超聲檢測技術有著較高的靈敏度，能夠對缺陷的分布進行確定，操作簡便。然而其不足之處是檢測效率比較低，要通過規格不同的探頭來監測異樣種類的缺陷，也較難檢測復雜零件，以及在檢測時要借助耦合劑。在日益發展的計算機技術影響下，超聲C掃描因為檢測迅速與顯示直觀，業已成為大型復合材料通常應用的無損檢測技術。

4 計算機層析照相無損檢測技術

工業CT，即ICT，也就是工業計算機斷層掃描成像，其特點是無損傷、準確、直觀，重點在工業構件的無損檢測上應用。其主要原理是在對工件進行掃描的基礎上獲得斷層投影值，再借助圖像重建算法對斷層圖像重建。CT有著清晰的圖像，為此，國際無損檢測界將工業CT叫做最為理想的無損檢測方式。檢測結果證實，工業CT裝置能夠有效地檢測復合材料的密度分布、裂紋、分層、疏松、空隙、夾雜、氣孔等，在相應的范圍之內可以對缺陷的幾何尺寸進行測定。

5 激光無損檢測技術

激光無損檢測技術涵蓋激光數字錯位散斑與激光全息無損檢測技術。激光全息無損檢測技術是在無損行業應用最多和最早的一種技術，其能夠對復合材料的裂紋、分層、疏松、空隙、夾雜、氣孔等缺陷進行檢。其特點是能夠記錄結果、自動化程度高、檢測迅速。激光散斑無損檢測有效地統一精密測試技術、計算機技術、圖像采集與處理技術、現代激光技術、散斑干涉技術等，相比較于激光全息照相有著更加明顯的優勢，即散斑干涉度量術使機械的相干性與穩定性的需要降低，便于面內位移的策略與靈敏度的調整。并且使全息照相情況下測運動場的不足解決。因此，針對散斑與全息檢測而言，散斑有著更加穩定的性能。

6 聲發射無損檢測技術

聲發射技術（AE）作為一種無損檢測技術是對構件或材料的損傷情況進行評價，其在分析與處理聲發射信號的基礎上，對缺陷的發展規律進行評價，且對缺陷之處進行確定。聲發射檢測是通過外界條件影響下的物體的異常或缺陷位置由于集中應力而形成斷裂或變形，且通過彈性波將應變能釋放出，在對這一系列動態信息進行捕捉的基礎上，再結合其AE信號的發射強度與特點，就能夠預報與檢測材料的裂紋與微觀開裂情況。然而通過升發射檢測應當具備以下條件：一是材料的缺陷與內部結構出現改變，二是材料要承受外載影響。當今，復合材料當中所有玻璃纖維與碳纖維絲束的斷裂、分布的絲束斷裂載荷都能夠借助聲發射法技術進行，進而對玻璃纖維或者是碳纖維絲束的質量進行評價。聲發射技術還能夠對復合材料層板不同時期的斷裂特點進行區分，像是裂紋層間擴大、樹脂與纖維界面開裂、基體開裂。

7 中子照相無損檢測技術

中子射線照相技術是由中子源發出中子束，借助準直器對被檢工件進行照射，檢測器對透射的中子束的分布圖像進行記錄。物質不同，中子衰減系數存在差異性。為此，透射中子束的分布圖像能夠使工件雜質與缺陷的圖像形成。中子硼、碳氫化合物、水等有著較大的吸收系數，為此能夠靈敏地檢測復合材料當中的粘接、水汽、腐蝕等缺陷。其不足之處是中子源費用高，應用的過程中應當重視中子的防護與安全事項。這種技術能夠在檢測固體火箭推進劑裝填、子彈裝藥、葉片型芯殘留物中應用。

8 聲-超聲無損檢測技術

聲-超聲（AU）技術跟一般的無損檢測技術存在差別，AU技術重點是分析與檢測材料的剛度、強度、細微缺陷群等，是完整地評估材料的技術。借助聲-超聲振幅C掃描技術也可以檢測金屬材料與復合材料之間的粘接界面，并且有著超聲透射技術傳感器可達性強與超聲反射技術信號高清晰度的優勢，然而這種檢測技術對一些分散與單個的缺陷不靈敏。在復合材料、膠接接頭等已經成功地應用聲-超聲技術，像是通過分析板波來判斷復合材料的剛性等。

9 敲擊無損檢測技術

數字敲擊無損檢測技術是通過傳感器接收源于前端裝置敲擊被檢測件的振動信號，然后借助軟件程序與運算電路處理采集信號，進而判斷被檢測件。在復合材料結構損傷區敲擊的情況下，因為損傷區存在脫粘與脫層，從而降低了損傷區接觸的剛度，進而導致存在損傷區的撞擊時域曲線跟沒有損傷區的時域曲線存在差異性。在對兩種時域曲線或者是頻譜進行比較的基礎上能夠檢測損傷情況。這種技術便于操作，不會受到附近環境的制約，跟大型復合材料構造的檢驗相適應，然而缺少靈敏性。

10 結語

總之，高度重視復合材料的無損檢測技術，應用國際先進技術以及形成強大的科研隊伍，這是發展無損檢測技術的根本所在，也是非常迫切的一項任務。

參考文獻

[1]周正干，孫廣開，李征，張耀.激光超聲檢測技術在復合材料檢測中的應用[J].哈爾濱理工大學學報.2012（06）

[2]肖玉霜，曾啟林，馬鐵軍，謝雷.新型激光散斑輪胎無損檢測儀開發及應用[J].無損探傷.2012（01）

[3]劉松平，劉菲菲，郭恩明，李樂剛，史俊偉.我國航空材料和結構先進無損檢測技術之應用與發展[J].無損檢測.2013（07）

[4]孫超，董恩生，郭綱，李永恒，朱兵.基于EIS的飛機復合材料異常檢測技術研究[J].壓電與聲光.2014（06）