复合材料的无损检测技术研究

张翠翠?阮宏斌?孟妙?王丽华?王洲

摘 要：在持续发展的复合材料影响下，借助无损检测的技术检测产品的质量是一种综合性的科技。其基础是不损坏检测对象的应用性，通过化学与物理现象，有效地测试与检测一系列的产品、零部件、工程材料，从而对其物理性能、连续性、完整性进行评价。当今在产品应用与制造中，以及在提升劳动生产率、完善工艺、节省原料、确保产品稳定与安全、控制质量上一种必不可少的方式就是无损检测。

关键词：复合材料；无损检测；技术；应用

因为受到一些随机要素（环境控制、生产工艺等）的制约，复合材料一直面临着一系列的缺陷，并且在装配与制造时，会由于刮擦、碰撞、外力冲击、机械加工等而导致损伤与缺陷，并且较难以目视的方式发现，这会严重地影响结构的承载性，所以成为制约结构安全性的关键隐患。为了对与隐患进行发现以及排除，科技工作者需要借助无损检测技术来监测这一系列的损伤与缺陷。

1 X射线无损检测技术

在X射线无损检测技术中，胶片照相法是经常应用的，其是对复合材料体积型缺陷（夹杂物与空隙）进行检查的一种理想手段。该技术能够检测不均匀的增强剂分布、纤维断裂、贫胶、疏松等，这种手段的特点是检测结果直观与方法灵敏性高，然而难以检测分层缺陷，不容易对垂直射线方向的裂纹进行发现，以及装置庞大复杂，要求安全防护。在日益进步的计算机技术影响下，已经出现了新的“X射线CT”与“X射线实时成像检测技术”，业已在结构的无损探伤应用。这种检测技术不管是在实用方便、远程传送、表现力，还是在经济、效率上都具有显著的优势，因此发展前景广阔。

2 红外热成像无损检测技术

红外热成像无损检测技术是通过红外物理原理，在检测对象中应用红外辐射特点的分析方法与技术。这种检测技术是借助对物体热流与热量的检测，进而对物质的质量进行鉴定。在物体内部面临缺陷与裂缝的情况下，物体的热传导性会发生变化，进而导致物体存在差异的温度分布，这个时候借助检测设备能够对热辐射的差異进行显示，最终对缺陷之处进行检查。红外热成像技术的优点是准确、方便、迅速、成本低等，能够在复合材料与多层材料的开裂、脱粘、分层、夹杂等损伤检测中应用，然而需要被测件有着高表面发射率和良好传热性能。

3 超声波无损检测技术

超声波检测技术重点通过复合材料缺陷或者是本身声学性质对传播超声波的制约，进而对表面或者是材料内部的缺陷进行检测。复合材料结构中的夹杂、裂纹、空隙、分层等缺陷可以借助超声波检测，也可以对材料的几何形状、厚度、疏密等的改变进行判断。超声检测技术有着较高的灵敏度，能够对缺陷的分布进行确定，操作简便。然而其不足之处是检测效率比较低，要通过规格不同的探头来监测异样种类的缺陷，也较难检测复杂零件，以及在检测时要借助耦合剂。在日益发展的计算机技术影响下，超声C扫描因为检测迅速与显示直观，业已成为大型复合材料通常应用的无损检测技术。

4 计算机层析照相无损检测技术

工业CT，即ICT，也就是工业计算机断层扫描成像，其特点是无损伤、准确、直观，重点在工业构件的无损检测上应用。其主要原理是在对工件进行扫描的基础上获得断层投影值，再借助图像重建算法对断层图像重建。CT有着清晰的图像，为此，国际无损检测界将工业CT叫做最为理想的无损检测方式。检测结果证实，工业CT装置能够有效地检测复合材料的密度分布、裂纹、分层、疏松、空隙、夹杂、气孔等，在相应的范围之内可以对缺陷的几何尺寸进行测定。

5 激光无损检测技术

激光无损检测技术涵盖激光数字错位散斑与激光全息无损检测技术。激光全息无损检测技术是在无损行业应用最多和最早的一种技术，其能够对复合材料的裂纹、分层、疏松、空隙、夹杂、气孔等缺陷进行检。其特点是能够记录结果、自动化程度高、检测迅速。激光散斑无损检测有效地统一精密测试技术、计算机技术、图像采集与处理技术、现代激光技术、散斑干涉技术等，相比较于激光全息照相有着更加明显的优势，即散斑干涉度量术使机械的相干性与稳定性的需要降低，便于面内位移的策略与灵敏度的调整。并且使全息照相情况下测运动场的不足解决。因此，针对散斑与全息检测而言，散斑有着更加稳定的性能。

6 声发射无损检测技术

声发射技术（AE）作为一种无损检测技术是对构件或材料的损伤情况进行评价，其在分析与处理声发射信号的基础上，对缺陷的发展规律进行评价，且对缺陷之处进行确定。声发射检测是通过外界条件影响下的物体的异常或缺陷位置由于集中应力而形成断裂或变形，且通过弹性波将应变能释放出，在对这一系列动态信息进行捕捉的基础上，再结合其AE信号的发射强度与特点，就能够预报与检测材料的裂纹与微观开裂情况。然而通过升发射检测应当具备以下条件：一是材料的缺陷与内部结构出现改变，二是材料要承受外载影响。当今，复合材料当中所有玻璃纤维与碳纤维丝束的断裂、分布的丝束断裂载荷都能够借助声发射法技术进行，进而对玻璃纤维或者是碳纤维丝束的质量进行评价。声发射技术还能够对复合材料层板不同时期的断裂特点进行区分，像是裂纹层间扩大、树脂与纤维界面开裂、基体开裂。

7 中子照相无损检测技术

中子射线照相技术是由中子源发出中子束，借助准直器对被检工件进行照射，检测器对透射的中子束的分布图像进行记录。物质不同，中子衰减系数存在差异性。为此，透射中子束的分布图像能够使工件杂质与缺陷的图像形成。中子硼、碳氢化合物、水等有着较大的吸收系数，为此能够灵敏地检测复合材料当中的粘接、水汽、腐蚀等缺陷。其不足之处是中子源费用高，应用的过程中应当重视中子的防护与安全事项。这种技术能够在检测固体火箭推进剂装填、子弹装药、叶片型芯残留物中应用。

8 声-超声无损检测技术

声-超声（AU）技术跟一般的无损检测技术存在差别，AU技术重点是分析与检测材料的刚度、强度、细微缺陷群等，是完整地评估材料的技术。借助声-超声振幅C扫描技术也可以检测金属材料与复合材料之间的粘接界面，并且有着超声透射技术传感器可达性强与超声反射技术信号高清晰度的优势，然而这种检测技术对一些分散与单个的缺陷不灵敏。在复合材料、胶接接头等已经成功地应用声-超声技术，像是通过分析板波来判断复合材料的刚性等。

9 敲击无损检测技术

数字敲击无损检测技术是通过传感器接收源于前端装置敲击被检测件的振动信号，然后借助软件程序与运算电路处理采集信号，进而判断被检测件。在复合材料结构损伤区敲击的情况下，因为损伤区存在脱粘与脱层，从而降低了损伤区接触的刚度，进而导致存在损伤区的撞击时域曲线跟没有损伤区的时域曲线存在差异性。在对两种时域曲线或者是频谱进行比较的基础上能够检测损伤情况。这种技术便于操作，不会受到附近环境的制约，跟大型复合材料构造的检验相适应，然而缺少灵敏性。

10 结语

总之，高度重视复合材料的无损检测技术，应用国际先进技术以及形成强大的科研队伍，这是发展无损检测技术的根本所在，也是非常迫切的一项任务。

参考文献

[1]周正干，孙广开，李征，张耀.激光超声检测技术在复合材料检测中的应用[J].哈尔滨理工大学学报.2012（06）

[2]肖玉霜，曾启林，马铁军，谢雷.新型激光散斑轮胎无损检测仪开发及应用[J].无损探伤.2012（01）

[3]刘松平，刘菲菲，郭恩明，李乐刚，史俊伟.我国航空材料和结构先进无损检测技术之应用与发展[J].无损检测.2013（07）

[4]孙超，董恩生，郭纲，李永恒，朱兵.基于EIS的飞机复合材料异常检测技术研究[J].压电与声光.2014（06）