复合材料无损检测技术研究进展

王计宝

（辽宁省安全科学研究院，辽宁沈阳 110004）

复合材料无损检测技术研究进展

王计宝

（辽宁省安全科学研究院，辽宁沈阳 110004）

由于复合材料优良的特性，使得其在当前各个领域都得到广泛的应用，其不仅在航天航空领域得到广泛使用，而且在建筑生产和汽车等行业中也得到广泛应用。复合材料的检测技术在复合材料的生产应用中是十分重要的，其发展速度也是十分迅速的。本文主要介绍了几种复合材料的检测方法，以及复合材料无损检测技术的研究进程和未来的发展方向。

复合材料 无损检测 研究进展

复合材料是由两种或是两种以上的不同物质，经过不同方式的组合，从而形成的材料。这种材料能够发挥各类材料的优点，能够克服单一材料出现的缺陷，从而有效扩大材料的使用范围。一般情况下，复合材料都具备重量轻、强度高的特点，并且具有较强的可塑性，加工成型更加方便，还具有耐化学腐蚀等优点，其已经在诸多领域逐渐取替了其他材料的使用，如金属合金、木材等。复合材料主要是在航天航空、电子电气、汽车以及建筑生产等领域广泛使用，近些年复合材料的发展得到广泛关注，发展速度迅速。但是复合材料又具有非均质性与各项异性，在其制造过程中，经常会出现某些缺陷，存在着不稳定因素。在其实际应用过程中，也经常会因为撞击、疲劳累积、腐蚀等产生缺陷。因此，在复合材料的生产与使用过程中，复合材料的检测技术就具有十分显著的作用，当然，在检测方法中无损检测就具有更加重要的作用。

1 复合材料无损检测技术

在复合材料的生产制造过程中，主要会出现如下缺陷。气孔、疏松、分层、夹杂、界面分离、钻孔损伤以及树脂固化不良等。在其使用过程中主要会出现疲劳损伤与环境损伤的缺陷，损伤形式主要有分层、脱胶、基本龟裂、纤维断裂、空隙增长、皱褶变形、划伤、腐蚀坑、下陷和烧伤等。目前，我国研究人员为了能够赶超国际发展的先进技术水平，在复合材料的无损检测方面进行了深入广泛的研究，，并取得了良好的成绩。主要表现为射线检测、超声波检测、声发射检测、视觉检测等检测技术。

1.1 射线检测技术

射线检测技术（Radiographic Testing，即RT）是利用射线（如X射线、γ射线以及中子射线等）穿过物体时，具有吸收和散射的特性，从而检测其内部结构是否具有连续性的技术。X射线检测方法是复合材料损伤检测技术中最为常见的一种检测方法。主要适用于对复合材料空隙、夹杂物等体积型缺陷的检测，是一种十分重要的检测技术，但是其主要是对平行于射线穿透方向的缺陷有着较好的检测效果，只能检测出表面的垂直裂纹，但是可以通过超声反射技术与其相结合，相互补充，取得良好的检测结果。在射线检测技术中最早发展的是胶片照相技术，但是发展最快的是数字式射线检测技术。与胶片照相检测技术相比，数字射线检测技术的成像效果与胶片照相检测技术不相上下，但是其检测可以做到实时检测，具有高效率性、易用性和经济性，因此，数字射线检测技术得到了更快的发展。

1.2 超声波检测技术

超声波检测（Ultrasonics Testing）是利用材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定影响的物理现象，从而通过对超声波受影响程度和状况的分析来了解材料性能和结构变化的技术［1］。主要是使用穿透法、串列法、脉冲反射法等方法。超声波检测技术能够直观地显示，快速地检测，目前在航空复合材料的检测过程中已经是十分普遍的检测技术。通过计算机技术的应用实现对超声波探头的控制，利于控制方向的移动改变。通过控制超声波探伤仪对探头发出信号，与此同时，当超声波信号经过需要检测的工件后，它会被自身的探头接收，超声波探伤仪就可以接收到相应的信息，然后对信息进行计算、分析和处理，再由计算机对结果进行显示、存储。计算机能够完整的显示出整片的检测区域，可以十分清楚明白的查看工件是否存在缺陷，以及相应的缺陷所在位置与具体的情况。

1.3 声发射检测技术

声发射检测技术（ Acoustic Emission）就是通过复合材料的材料局部能量能够快速释放出需要发出瞬态弹波性的现象，材料会在应力的作用下发生变形，从而会产生裂纹或是出现扩展的现象［2］。声音的频率范围十分宽阔，可以从次声波到超声波。而且弹性波可以在穿过检测介质后，直接到达被检测的表面，从而使得检测物表面出现相应的振动，传感器适时接收这样的振动并将其转化为电信号，当声发射信号逐渐增强后，就可以形成一定的数据信息，并且被显示与记录。这种检测方法能够对复合材料的整体进行检测，对其整体质量水平作出相应评价。

1.4 视觉检测技术

近些年伴随着计算机图像技术的快速发展，复合材料的无损检测技术又有了新的发展。计算机图像技术能够与射线检测技术进行结合，从而使得无损检测技术具备了直观与高效的特点。这样，视觉检测技术在检测技术研究领域就有着十分重要的意义。

2 复合材料无损检测技术的发展趋势

2.1 自动化水平迅速提高

在航空工业中为了节约成本，往往会采取增大结构，减少零部件数量的措施，这样会使得复合材料的结构件越来越大，传统的人工检测方式已经无法适应检测的要求，为了提高工作的效率需要对工件进行自动化检测，自动生成相应数据，检测是否出现裂纹等缺陷，可以大大提高航空工业的自动化水平，有效降低人为的误差。

2.2 提高原位检测能力成了研究重点

随着复合材料结构件的体积越来越大，在安装与拆卸过程中存在着越来越多的困难，于是众多的公司都希望能够提高部件的原位检测能力。目前主要存在两种解决方案。一是采用大型设备，对整架飞机进行无损检测。二是采用多功能小型化的检测设备，直接在外场进行无损检测。

2.3 可视化定量检测水平不断提高

随着计算机数字成像技术的不断提高与全面应用，复合材料无损检测的速度也大大提高，精准度也是逐步提高。

2.4 结构健康自监控能力将成为可能

随着复合材料无损检测技术的不断发展与进步，以及传感器的不断出现，将传感器进行嵌入成为发展重点，未来复合材料必将是以提高结构健康康自监控能力为发展方向，未来的复合材料将有能够做出反应的智能结构。

［1］汪星明等.复合材料无损检测研究进展［J］.玻璃钢/复合材料增刊，2012：261-265.

［2］郭彦宏，王金辉.复合材料无损检测方法及其研究进展［J］.科技传播，2012：34.