紅外熱成像技術(shù)在復(fù)合材料無損檢測中的應(yīng)用現(xiàn)狀

趙小民

（浙江大立科技股份有限公司 浙江 杭州 310053）

1 引言

復(fù)合材料具備許多突出的優(yōu)勢，并且目前的應(yīng)用范圍越來越廣，但在無損檢測的過程中還存在較大難度，無法控制一些影響因素，并且在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜的情況下缺陷也會越發(fā)顯著，進(jìn)而影響構(gòu)件性能，但紅外技術(shù)能夠獲取最為詳細(xì)的缺陷信息，本文就對此進(jìn)行了具體分析。

2 復(fù)合材料

2.1 損傷分類

損傷類型除基本的夾雜、裂紋、缺層、孔隙之外，還包括磨損、劃傷及纖維卷曲等，其中較為常見的缺陷是夾層、孔隙，并且復(fù)合材料中的缺陷可能只存在一種，也可能是多種缺陷并存[1]。

2.2 無損檢測應(yīng)用

無損檢測技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一是材料檢測，主要的檢測內(nèi)容包括材料性能及內(nèi)部損傷情況，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上進(jìn)行模型的構(gòu)建并判斷損傷的特征。第二是結(jié)構(gòu)檢測，目的在于解決產(chǎn)品加工制造過程中內(nèi)部的結(jié)構(gòu)問題，并依據(jù)相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)與方法判別缺陷。第三是服役檢測，其主要針對的是已經(jīng)完成裝機(jī)的結(jié)構(gòu)件，目的在于了解構(gòu)件的損傷擴(kuò)展情況及構(gòu)件壽命信息，主要針對的是不同類型的應(yīng)用結(jié)構(gòu)件。

3 檢測原理

任何溫度高于零度的材料都會發(fā)射熱輻射能，而紅外檢測就利用的是物體的這一特點，即通過施加溫度場有效控制物體溫度，進(jìn)而激發(fā)其產(chǎn)生熱波。另外，不同物體在物理、化學(xué)及材質(zhì)等多個方面都存在一定的差異性，這就會對熱波的傳輸造成一定的影響，進(jìn)而出現(xiàn)反射的現(xiàn)象，最終體現(xiàn)在材料的溫度變化方面[2]，而這一變化過程及結(jié)果就可被紅外探測儀記錄，進(jìn)而可準(zhǔn)確了解材料的具體特性，并判斷其內(nèi)部是否出現(xiàn)了損傷。

4 不同類型材料檢測

復(fù)合材料分為多種類型，下面主要介紹幾種特性較為顯著的復(fù)合材料的紅外檢測。

4.1 陶瓷基

該類材料主要應(yīng)用于航空領(lǐng)域，是近年來才研發(fā)出的一種新型材料，其最大的特點在于能夠抵抗高溫且抗氧化性能較強(qiáng)，具備許多十分突出的優(yōu)勢，目前關(guān)于該種材料的研究力度也在逐步加大。因此研發(fā)適合該材料的無損檢測技術(shù)是十分必要的，這樣才能準(zhǔn)確獲取材料內(nèi)部所存在的缺陷。目前關(guān)于此方面的研究成果也越來越多，例如相關(guān)人員就利用紅外熱波技術(shù)分別對含有碳化硅的試樣及不含有碳化硅的氧化缺陷試樣進(jìn)行了無損檢測。最終的結(jié)果顯示，材料內(nèi)部的氧化損傷可以直觀呈現(xiàn)，并且由檢測結(jié)果可知，材料的熱擴(kuò)散系數(shù)可以作為損傷程度的檢測依據(jù)[3]，而通過紅外技術(shù)則能夠進(jìn)一步進(jìn)行無損探傷。

4.2 夾心復(fù)合材料

該類材料的特點在于密度較小且強(qiáng)度及剛度較大，其同樣是航空領(lǐng)域的重要材料，尤其體現(xiàn)在儲油箱及雷達(dá)罩等部位，但是由于在加工過程中涉及許多較為復(fù)雜的因素，容易使得該復(fù)合材料產(chǎn)生缺陷，進(jìn)而影響其承載能力，因此需要通過紅外熱像技術(shù)了解構(gòu)件的缺陷，進(jìn)而對生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)。目前關(guān)于此方面的研究成果也逐漸增多，例如相關(guān)研究人員就利用該技術(shù)的原理進(jìn)行了玻璃纖維試件的制作，并通過紅外技術(shù)進(jìn)行了缺陷檢測，從研究結(jié)果來看，該項技術(shù)能夠全面檢測出試件中分層缺陷的部位、尺寸及深度等各項參數(shù)，進(jìn)而使得這些缺陷得到處理，這對于促進(jìn)航空航天領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展具有十分重要的作用。

4.3 層合板

層合板屬于結(jié)構(gòu)材料的范疇之內(nèi)，其特點在于剛度及強(qiáng)度較高、可承受較高的溫度，并且不容易被磨損，但該類材料同時也存在一些缺陷，主要體現(xiàn)在層間強(qiáng)度過低，一旦受到外物沖擊就會使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部被嚴(yán)重?fù)p傷，并且出現(xiàn)脫層及開裂等十分顯著的缺陷[4]。因此，通過紅外技術(shù)檢測缺陷并加以改進(jìn)是十分必要的。當(dāng)前部分研究人員在研究絕熱層試件的過程中就將脫粘缺陷作為了研究的主要方向，進(jìn)而通過控制表面溫度來判斷缺陷位置，并通過紅外成像圖準(zhǔn)確識別缺陷，從研究結(jié)果來看，紅外熱成像能夠識別直徑與深度分別為十毫米與五毫米的脫粘缺陷，檢測效果十分突出。

5 實際應(yīng)用

紅外熱像檢測技術(shù)最為突出的優(yōu)勢在于其適用于一些大型部件中，并且檢測速度較快，操作過程也較為簡便，并且能夠獲取最具時效性的信息，但其缺陷在于探測器本身存在一定的差異，因此容易實現(xiàn)測試結(jié)果受到影響。但盡管如此，該項技術(shù)的突出優(yōu)勢仍然使得其在西方多個國家得到了廣泛應(yīng)用，尤其是航天領(lǐng)域，目前主要用于飛機(jī)及固體火箭發(fā)動機(jī)的檢測中。另外，該檢測技術(shù)在應(yīng)用過程中無需提前對表面做預(yù)處理，并且可適用于任何結(jié)構(gòu)試件，因此應(yīng)用前景十分可觀。

6 結(jié)語

總而言之，當(dāng)前復(fù)合材料的檢測成果越來越多，其中主要運用的是紅外成像技術(shù)，從檢測結(jié)果來看，該類技術(shù)能夠準(zhǔn)確獲取構(gòu)件的缺陷信息，因此當(dāng)前就可逐步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，這對于促進(jìn)航空航天及社會其他領(lǐng)域的發(fā)展具有重要作用，本文就對此進(jìn)行了深入探究。

[1] 丁克勤.紅外無損檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國鍋爐壓力容器安全，2013，16（6）：47-51.

[2] 蔡毅，唐金亞.對紅外熱成像技術(shù)發(fā)展的幾點看法[J].紅外技術(shù)，2015，22（2）：2-6.

[3] 曾祥照.無損檢測文化概論[J].無損探傷，2014，（2）：34-37.

[4] 戴宇，王方.工業(yè)爐管溫度的紅外成像測試方法[J].南京化工大學(xué)學(xué)報，2014，21（6）：44-48.