CR射線檢測技術在航空復合材料檢測中的應用

單威

摘 要：復合材料被廣泛應用于民用航空領域，CR射線檢測技術是最直接、有效的無損檢測方法之一。簡要介紹了CR射線檢測技術，國內外復合材料CR射線檢測技術的發展現狀，復合材料CR檢測工藝的質量控制，制作了具有人工蜂窩缺陷的試塊，并對其進行CR射線檢測。結果表明，使用CR檢測技術能夠檢測出復合材料蜂窩夾層的缺陷。

關鍵詞：復合材料；CR射線檢測；蜂窩缺陷；質量控制

中圖分類號：TB302.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.137

復合材料在民用航空領域有廣闊的應用前景，而射線檢測是復合材料無損檢測中最直接、最有效的方法之一。因為CR射線檢測技術具有IP板可以彎曲，可以節省檢測時間，動態范圍大，可重復使用，無需膠片存貯空間等優點，所以，在復合材料無損檢測領域，它將逐漸成為可取代膠片照相技術的一種檢測技術。

1 CR射線檢測技術簡介

CR射線檢測系統主要是由射線機、IP板、掃描器、圖像顯示與處理單元四部分組成的。當射線束透射被檢工件時，工件局部缺陷或結構差異會改變工件對射線的衰減，使照射在IP板上的射線強度有所不同，而IP板中熒光物質電子被激勵俘獲到較高能帶，形成了光激發射熒光中心（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，光激發射熒光中心電子返回初始能級，并發射可見光輸出能量。光發射與接收到的射線劑量成比例，掃描儀將可見光信號轉變為數字信號，經過計算機的處理得到灰度圖像以供評判。

2 CR射線檢測技術現狀

自20世紀80年代中后期，將數字射線檢測技術應用于工業無損檢測領域以來，國內外相繼制訂了一些技術標準。它們主要涉及技術導則、檢測系統裝置標準和檢測標準三類，而這些檢測標準主要是針對金屬材料的。復合材料射線檢測沒有通用的像質計，不能保證其靈敏度。國內外關于復材射線檢測的標準比較少，針對CR射線檢測技術的通用標準就更少，甚至沒有。為了讓復材CR射線檢測有法可依，制訂相應的標準是勢在必行的。在制訂復合材料CR檢測標準時，必須要考慮到復合材料的結構特點、檢測靈敏度、缺陷檢出能力和缺陷特點與評判等。

3 復合材料CR檢測工藝質量控制

復合材料CR射線檢測可參考膠片射線照相檢測，主要控制檢測技術級別、透照布置、CR系統選擇、透照布置、散射線屏蔽和評判圖像要求等，可見標準EN 14784-2和GB/T 26642.為了保證CR系統性能的穩定，必須定期測試系統性能，比如基本空間分辨率、規格化信噪比、幾何失真、激光束功能、模糊或閃爍、掃描器抖動、陰影、影像擦除和IP偽像等，可通過驗證規定尺寸缺陷檢測能力來保證檢測的靈敏度。

4 復合材料CR射線檢測

蜂窩夾層復材零件易形成夾雜、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材試塊以供檢測。檢測采用GE ISOVOLT TITAN 160型號X射線機、Carestream INDUSTREX HPX-1 CR掃描儀和Carestream INDUSTREX FLEX XL藍光IP板。

圖1為CR檢測圖像，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，從中可以清晰地發現3處長度分別為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，從中可以發現有3處分別有4個連續芯格分離顯示，分離處同時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，同時蜂壁發生扭曲。圖1（c）為蜂窩壓壞缺陷試塊圖像，其中顯示2處被壓壞，缺陷處比正常區域蜂格顯示模糊，具有暈圈效應。圖1（d）為填料不足缺陷試塊圖像，從中可以發現，第一排右三個格子未填區域與正常區域灰度基本相同，填充區域灰度比較小，第二排四個格子灰度都比正常區域的灰度小，但是，灰度從左到右依次增加。在制作試塊時，第一排高度方向填滿，右3個格子橫向未填滿，第二排橫向覆蓋填滿，右3個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，最終導致圖像灰度變化。也就是說，可以通過圖像灰度的變化來確認填料是否充足。

5 結論

目前，關于復合材料CR射線檢測技術方面的標準比較少，可參照現有金屬材料CR檢測標準進行工藝質量控制，并通過人工缺陷試塊確保系統的缺陷檢出能力。采用這項技術，可對蜂窩夾層結構復合材料零件進行CR檢測，它對夾雜、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效果都比較好。

參考文獻

[1]賈鵬軍，王聯國，魏永忠.工業X射線數字影像CR系統檢測方法應用簡介[J].內蒙古石油化工，2013（18）.

[2]鄭世才.數字射線無損檢測技術[M].北京：機械工業出版社，2012.

〔編輯：白潔〕