無損檢測技術在復合材料檢測中的研究

肖亞楠

摘 要：無損檢測技術在對復合材料進行檢測的過程中，不會損壞材料的結構以及形狀，不影響其使用性能，通過抽樣檢查或者逐漸檢查的方式，來獲取材料的結構信息以及缺陷狀況。不同種類的復合材料基于其自身的特點，可以選擇適當的無損檢測方法，對其內部以及表面的缺陷進行準確的判斷和評價。本文就無損檢測技術在復合材料檢測中的應用進行了詳細的討論。

關鍵詞：無損檢測技術；復合材料；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.241

1 無損檢測技術在復合材料檢測中的應用概述

為了保證復合材料結構的完整性，必須對其進行準確的缺陷以及損傷的檢測，一旦發現問題，及時修復，進而對材料的性能進行準確的評價和判斷。不同的復合材料，其結構和性質各不相同，所選取的無損檢測方法也存在著差異，現階段，被廣泛應用的無損檢測方法包括：X射線檢測無損檢測法、超聲波無損檢測法、計算機層析檢測法、紅外熱成像檢測法、聲發射法等，各種不同那個的無損檢測方法也都有自身的應用范圍、優點和缺陷。

2 不同種類無損檢測技術的應用狀況

2.1 X射線無損檢測技術

應用比較廣泛的X設備無損檢測方法是膠片照相法，這種方法能夠檢測出復合材料中的孔隙以及雜質等在外形方面表現出來的缺陷，同時，也能夠檢測出結構的疏散、孔洞、纖維斷裂、材料分布不均勻等缺陷。這種檢測方法具有較高的靈敏度，檢測結果觀察起來比較直接，但是如果在和射線垂直的方向上存在裂紋，不容易被發現，同時，設備體積大，結構復雜，在養護以及維修方面所需投入的資金量較大，對安全防護方面的要求比較高。隨著技術的進步，X射線無損檢測技術也在不斷的優化和更新，新型的X成像檢測技術以及X射線CT技術已經相對成熟，并投入到實際的應用當中。這兩種方法的優勢在于有著更高的精度以及效率，在資金方面投入量小，能夠實現檢測結果的遠距離傳輸，使用性強，比傳統照相底板的檢測方式具有明顯的優勢。

2.2 超聲波無損檢測技術

依據復合材料本身的性質以及聲學性質對聲波產生的作用來開展復合材料的超聲波無損檢測，實現對復合材料內部以及表面缺陷的檢測。這種檢測方法能夠對復合材料的層間結構、孔隙、裂紋、裂縫以及夾雜物等缺陷進行檢測，并對材料的密度纖維狀取向、彈性模量數值、厚度數值以及幾何尺寸進行檢測，及時發現材料的變化情況。這種檢測方法具有極高的靈敏性，能夠準確的對缺陷處進行位置的確定，檢測出缺陷的主要位置以及分布狀況，設備的復雜程度低，操作容易。但是也存在著一定的弊端，比如：檢測效率不高，無法實現同一設備對全部缺陷進行檢測，對于不同種類的缺陷，需要更換不同形式的探頭，才能實現準確的檢測。對厚度尺寸較小，外形尺寸不大以及結構復雜程度較高的復合材料，也無法進行很好的檢測，計算機技術的進步，超聲波掃描技術應運而生，基于其顯示比較直觀、檢測效率高、花費時間短等特點，已經應用于飛行器等大型復合材料的檢測工作。

2.3 計算機層析照相檢測技術

工業計算機層析照相技術，就是工業計算機斷層掃描成像技術，主要應用于檢測工業構件。具有操作簡單、檢查直觀、不對試件造成損傷等優點。這種方法的工作原理是：以掃描的方式，獲取試件的斷層投影值，再依據圖像進行斷層圖像的重新建立。這種方法掃描完成的圖像清晰度好，普通的透視照相方法比較容易發生圖像模糊和重疊的現象，這種層析照相技術極大的改進了之前的成像狀況，圖像清晰度極高，對比靈敏度高于透視照相技術兩個數量級以上。基于這一顯著的優勢，國際上已經將工業計算機層析照相技術列為現階段最佳的無檢測方法。通過大量的產品檢驗實踐，發現工業計算機層析照相技術能夠檢測出復合材料中的氣孔、夾雜、空隙、分層等缺陷，靈敏度極高，可以十分準確的檢定缺陷的外形尺寸。

2.4 紅外熱成像無損檢測技術

這一技術的原理為利用紅外物理理論，將紅外輻射特性的技術以及方法合理地應用于被檢測元件，實現綜合性的無損檢測。這種檢測技術鑒定物體缺陷的方法是利用物體的熱量以及熱流。當復合材料內部存在缺陷時，會導致材料的傳熱性能發生變化，使表面的溫度分布狀況產生不同，再通過檢測設備來判斷熱輻射的差異，得到缺陷存在的準確位置。紅外熱成像技術的優勢在于資金投入小、檢查時間短、速度快、操作簡單、準確度高。主要應用于對復合材料以及多層材料進行夾雜物、分層、開裂等缺陷的檢查。

2.5 聲發射法檢測技術

聲發射法用于對復合材料以及構件進行檢查和評價，是一類動態性較強的檢查技術，通過對聲發信號的妥善處理對缺陷進行評價，確定缺陷的實際位置，并進一步判斷其發展的規律。這種檢測方法的工作原理是：如果物體存在缺陷或者有某一部分出現異常，則其在外力的作用下，就會出現應力集中，進而發生形狀的改變或者出現斷裂，其內部由此而產生的應變能以彈性波的形式被釋放出來，設備將這些信號以及信息進行捕捉，然后通過聲發射的信號特點以及發生強度數值，來判斷材料的微觀形變以及裂紋、裂縫的狀況，實現準確的檢測和報告。這種無損檢測方法有其特定的適用范圍，必須具備以下兩個條件才能應用這種方法：第一，必須有外部載荷作用于材料。第二，材料內部的缺陷或者結構必須發生改變。現階段，這種技術已經用于檢測復合材料內部碳纖維、玻璃纖維是否斷裂，斷裂載荷的分配狀況等，進而對巖纖維或者玻璃纖維的質量進行有效評價。聲發射技術還可以用于區分復合材料中層板內缺陷的斷裂狀況，對其特性進行有效判斷，比如：基體開裂、纖維和樹脂的開裂狀況，裂紋是否存在拓展等。

綜上所述，不同種類的無損檢測技術都有其自身的優勢以及弊端，適用范圍也有所不同，對于大型復合材料的分層、裂紋、內部缺陷都可以通過采用適當的無損檢測技術進行檢測、判定和評價。技術人員可需要不斷的將檢測技術進行更新與優化，實現檢測數據準確性的穩步提高。

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（01）：72-77.

[2]劉松平，劉菲菲，史俊偉等.復合材料沖擊損傷高分辨率超聲成像檢測與損傷行為分析[J].機械工程學報，2013，49（22）：16-23.