航空用復合材料結構件無損檢測技術分析

張斌

摘 要：作為航空制造技術中的基礎部分，材料技術在不斷被革新，各種新型材料也不斷涌出，復合材料就是其中比較廣泛應用的一種。為了增強復合材料構件的生產效率，航空領域需要一種更有效的檢測手段，而無損檢測剛好滿足這一方面的檢測要求。本文就無損檢測技術在航空復合材料結構件檢測中的應用進行分析。

關鍵詞：航空；復合材料；結構件；無損檢測

中圖分類號：TB332 文獻標識碼：A

由于復合材料構件的成型過程相對復雜，其中不僅包括化學反應，同時還有物理變化，各種因素還會對材料的成型造成很大影響。諸多工藝參數若出現任何差異都會導致材料構件的成型出現問題，使得構件的質量和力學性能受到影響。復合材料結構制造質量的離散型需要通過無損檢測對產品的內部質量進行鑒定，從而確保產品質量滿足設計的基本要求。

一、針對復合材料結構件的無損檢測概述

針對先進的航空用復合材料，常規的物理檢測法和機械檢測法都無法滿足檢驗精度的需求，無法對復合材料中的細微內部缺陷進行良好的檢測識別。破壞性實驗檢測法雖然能對材料進行很好的檢測，但并不適用于航空復合材料的檢測工作。針對航空用復合材料的檢測工作，可以選擇無損檢測技術。針對航空復合材料的常見無損檢測技術，主要包括超聲檢測技術、射線檢測技術及渦流檢測技術等。

二、常見的復合材料結構件無損檢測技術的具體應用

（一）超聲檢測技術在航天復合材料中的應用

在超聲檢測法這一大類中，還包括多種檢測具體的檢測方式，主要有脈沖反射法、穿透法、共振法以及阻抗法等，這些檢測方法各自有不同的特征，在具體的檢測過程中可以根據材料結構的不同進行選擇。針對結構簡單、且曲率較小的復合材料構件，可選擇水浸式反射板法進行檢測；針對復雜結構件，在檢測過程中可以選擇脈沖反射法進行檢測；而對一些大型的復合材料構件，可以選用水噴脈沖反射法進行檢測工作。由于航空航天領域的特殊行，其復合材料構件往往屬于薄形結構，且在多層結構復合材料構件中，聲波會有很強的衰減作用，這會加大超聲檢測在航天復合材料中的應用難度，因此在檢測方法的選擇中需要進行全面細致地考慮，最終選擇事宜的檢測方法。

（二）射線檢測技術在航天復合材料中的應用

射線檢測技術是一種最有效、最直接的檢測技術，主要用來檢測先進復合材料當中的孔隙，或者是檢測復合材料中的雜質問題。而且，射線檢測技術還能檢測出材料表面的垂直裂紋，這種檢測方式在裂紋的檢測中有靈敏度高及可靠性強的特點。而在復合材料的樹脂聚集和新纖維聚集檢測方面，射線檢測技術也具備一定的檢測能力。在小厚度復合材料的鋪層中，往往會出現纖維彎曲的情況，對于這種缺陷問題，使用射線檢測技術可以對其進行檢測。但是射線檢測技術對于復合材料中常見的分層缺陷，則存在一定的檢測困難。此外，對于材料表面的平行裂紋檢測，射線檢測技術的敏感度會有所降低。在整個射線檢測技術的大類中，膠片射線照相技術是最常見，也是應用范圍最廣泛的一種，通過不斷地技術革新，膠片射線照相技術的發展也日益成熟，且其技術標準和規范也逐漸得到完善。

在計算機技術不斷發展的同時，射線檢測的實時成像技術也得到日益得到完善，促進了射線檢測在航空用復合材料中的應用推廣。射線檢測的實時成像技術是通過圖像增強器將穿透材料后的射線信息進行轉換，然后將其轉換成圖像信息，將這種可視圖像再輸入計算機當中，使其轉換為數字圖像，數字圖像能夠在顯示屏上顯示出材料的內部缺陷性質以及缺陷所在的位置。射線實時成像檢測技術的優勢明顯，改變了以往傳統檢測技術，需要進行膠片暗室處理的弊端，從而大大提高了檢測效率。而射線檢測的實時成像技術在成像質量方面卻與傳統膠片而言不遑多讓，降低了檢測的成本，具有經濟實用的特性。因此，這種檢測技術通常被用作復合材料產品的在線檢測當中，能夠對配線上的工作進行實時檢測。

（三）渦流檢測技術在航天復合材料中的應用

渦流檢測技術，是將渦流探頭中的線圈進行交變電流通電操作，使得線圈附近的檢測試樣能產生一定的渦流。通過渦流的變化來對材料進行檢測的一種手段。由于這種渦流能產生一種交變反磁場，能影響線圈的磁場，并對流經線圈中的電流造成影響，因此當線圈上的電壓恒定時，若線圈的電流發生變化，就會造成線圈的阻抗發生變化。這時若對線圈的阻抗變化進行測量，就能對復合材料試樣內部的缺陷信息進行分析。不過，渦流檢測技術的使用范圍容易受到限制，一般僅適用用于導電復合材料的檢測工作，對GFRP以及KFRP材料的檢測不適宜。利用渦流檢測技術對CFRP當中的纖維含量及存在的缺陷有較好的檢測效果。此外，渦流檢測技術對復合材料以及與金屬粘接結構當中的金屬材料變形問題，有較高的檢測靈敏度。

結語

無損檢測技術在復合材料缺陷檢測中發揮了重要的推動作用。由于復合材料的先進性以及其質量的離散性，在結構件的制造過程中容易產生各種缺陷，從而對結構件的質量造成影響。開展復合材料的無損檢測，可以根據材料的性質選擇合理的檢測方法，并且設定無損檢測標準，有利于改變材料中存在的各種缺陷，從而保證材料質量滿足使用要求。

參考文獻

[1]劉穎韜，郭廣平，楊黨綱，等.脈沖熱像法在航空復合材料構件無損檢測中的應用[J].航空材料學報，2012，32（1）：72-77.