航空复合材料无损检测应用研究

魏建义

（安阳职业技术学院，安阳 455000）

航空复合材料无损检测应用研究

魏建义

（安阳职业技术学院，安阳 455000）

文章主要对航空复合材料的无损检测技术及其应用状况进行分析，以增强人们对复合材料无损检测的认知，并为相关实践工作的顺利及高效开展提供助力。

航空 复合材料 无损检测 超声波检测技术 射线检测技术

复合材料其实就是指由两种及两种以上物质采用不同方式组合而成的材料。此材料在应用中可将各类材料的优势充分发挥出来，同时，还可有效弥补单一材料应用中存在的不足，从而进一步增强材料应用的实用性。现今科技的逐步发展使复合材料在航空构件中得到极为广泛的应用，且其对飞行安全的影响也逐渐增强。所以，加强对航空复合材料的质量检测极为重要。对航空复合材料进行定期的安全检测，排除隐患故障，有利于维护航空安全。

1 航空复合材料的无损检测技术

1.1 航空复合材料

航空复合材料的主要特点为：重量轻，强度高，刚性强，耐磨损且易于设计，符合航空飞行器的应用要求。因此，其在航空飞行器市场中得到极为广泛的应用。由于复合材料具有各向异性，且声衰减剧烈，因此，其在相关无损检测技术应用中与金属类材料不同。航空复合材料构件经常会出现一些缺陷，主要缺陷类型为：树脂开裂、胶接缺陷、分层、溢胶、纤维断裂及卷曲、厚度偏离、划伤、铺层皱折、积瘤、空隙、断裂等。其中，较为常见的缺陷为：断裂、分层、空隙及裂纹[1]。

1.2 无损检测技术

无损检测技术被简称为NDT，主要是指运用非损害性的方式，科学运用声、电、热、射线、磁等方式对复合材料构件的内部质量及存在缺陷进行科学检查，并探明缺陷的具体位置。现如今，在金属材料领域中，无损检测技术得到极为广泛的应用，较为常见的检测方式为超声波、射线、渗透等[2]。其中，射线检测法的检测对象是一些体积型缺陷，主要为气孔、夹渣及未焊透等；而渗透检测主要是对非多孔材料的开口缺陷进行检测；超声波检测则是对一些面积性缺陷进行检测，主要包括白点、裂纹及未融合等。复合材料的无损检测技术主要是在金属材料检测的基础上对复合材料的特点予以改进而产生的检测技术，如超声波、射线检测技术等。由于现今图像技术得到了较为迅速的发展，因此，无损检测技术在应用中也会有机结合图像检测技术进行创新处理。

1.3 航空复合材料缺陷

第一，工艺缺陷。复合材料在成型中会因工艺因素的影响而产生各类缺陷，如分层、脱胶、断裂、裂纹及蜂窝芯的变形、节点脱开、发泡胶空洞等[3]。

第二，使用缺陷。复合材料在应用中，由于受到振动、外来物损伤等环境因素的影响，易出现层板分层、划伤、脱胶、断裂、进水、蜂窝芯压塌等问题。其中，分层及脱胶是较为常见的缺陷，也是航空无损检测的重点[4]。

复合材料在应用时，由于自身具有的缺陷，极易受到日常常见的低能量冲击。如在维修中，维修人员掉下的扳手等施工工具如果砸在复合材料上，便可直接导致其内部分层，但在表面却难以察觉。在后期航空飞机运行中，复合材料受到的冲击逐渐加大，当维修人员真正目视到其所受的损伤时，其内部实际上已开始分崩离析，出现大量分层，材料强度已降低至原有的40%，这对航空工作的顺利及高效开展会造成极为不利的影响。

2 航空复合材料的无损检测技术应用

2.1 超声波检测技术

超声波检测技术属于应用较为广泛的无损检测技术，其实用性极强[5]。应用此技术，可准确检测出复合材料的常见缺陷，如疏松、分层、孔隙等，因此，被全面应用于航空领域的制造维护工作中。

超声波检测技术的应用优势主要为：穿透性极强，对平面型缺陷的探查较为灵敏准确，且整个检测操作安全可靠，可帮助实现自主化检测。但不可否认的是，该检测技术在应用中还存在着部分不足。如对复杂构件的缺陷检测难度较大，且常需运用耦合剂将探头、被测构件之间的空隙填充完整。同时，也不适用于一些大型航空复合材料的外场原位检测。

中国飞机强度研究所研发出的IUCS-II型便携式智能超声C扫描检测设备的检测基础是超声脉冲反射法，其超声探头采用的是自主研发出的聚焦水囊探头，其在应用过程中具有极高的检测分辨率，因此，可准确定位航空飞机材料损伤的所在层。同时，也无需运用喷水耦合，主要可用于平曲面、装配后的结构件无损检测。传感器的扫描定位系统可在处于800mm/s探头运动速率的状态下实现对缺陷的准确定位[6]。对不同的材料及结构，可依照实际需求采用回波距离及幅度的方式进行成像处理，检测的结果可依照与实际尺寸1:1的比例进行实时显示输出处理。

激光超声检测技术主要运用激光束在空气中可实现远距离传播的优势进行无损检测，在整个检测活动中无需运用耦合剂。如美国的F-22战机的复合材料运用的检测技术就是激光超声检测，加拿大、法国等民航机上采用的也是此检测技术。该技术在应用中可在对激光束照射面积进行选取时，实现对大面积复合材料的急速扫描检查。对一些较大型的复合材料壁板、金属胶结结构，单通道的超声扫描速度至少为300mm/s，其最终的检查结果可实现超声的B、C、T扫描成像。

2.2 射线检测技术

射线无损检测技术的应用优势主要在于：直观、可靠且形象生动[7]。但该技术对一些薄板复合材料的分层缺陷、扁平气孔缺陷无法实现准确检测。

F-111水平安定面复合材料构件则运用射线检测法对其叠层蒙皮、蜂窝芯子内部存在缺陷进行检测。有学者曾对空导弹轻质树脂基复合材料翼面蒙皮中的0.2mm孔隙、裂纹采用了射线检测法；还有人曾运用X线照射法对火箭发动机固体药柱内部气孔进行检测，并检测出了直径超过3mm的气孔，可充分满足对气孔缺陷检测的设计标准。整体而言，射线检测法应广泛应用于复合材料蒙皮的粘贴检测中，在对飞机发动机的分层检测中，能出检测0.15mm的分层间隙。

2.3 光学检测技术

光学检测技术主要是指全息术、激光全息、错位散班干涉等技术[8]。现如今，激光技术得到了较为迅速且良好的发展，激光全息照相技术在无损检测中的应用越来越广泛且频繁，其基本应用原理在于：采用外界加载法对物体的内外部缺陷进行处理，促使其在相应物体表面处形成变形，并运用全息照相方式对变形状况进行观察及对比处理，记录好在不同外界载荷状态下的物体变形状况，并对其实行全面化的观察探究，之后判定、检测物体的内部缺陷。光学检测技术主要可应用于对蜂窝、胶接结构的裂纹、未粘合等缺陷的检测[9-10]。

在超声波激光、射线及光学几种无损检测技术中，超声波激光属于应用范围较广且适用性较强的一种检测技术。其主要应用优势为：明确内部缺陷大小、所处位置等指标参数值要明显优于其他无损检测技术，因此，其综合性优势较强。另外，检测设备较为简单，可用于现场检测，检测方不会受到经济、区域等多种因素的限制，检测实用性极强。但也应看到此种检测技术在应用中依旧存在缺陷。

整体而言，针对航空复合材料构件质量的无损检测技术较为多样化，但不可否认的是，无论是哪种无损检测技术，均具有特定的应用范围及优势缺陷。因此，在航空复合材料质检工作中，单一应用某种检测方式无法及时、准确地检测出所有缺陷，需有机结合多种检测方式，对复合材料的构件质量及缺陷进行科学全面化检测。

3 结语

由于航空复合材料的结构特点及其成型方式存在众多影响因素，因此，在其内部构件质量方面不可避免地存在着部分问题。在应用或加工处理复合材料时，不可避免地会出现结构损伤。另外，由于复合材料的应用范围较广，因此，其结构质量安全性极为重要。而对复合材料内部检测方式的探究极为重要。航空复合材料的无损检测技术较为多样化，其中，激光超声波检测技术属于应用较多且效果较高的一种技术，可在今后的实践工作中，加强对其的应用。为了实现检测的高精准性及安全性，还可积极实现超声波与其他检测技术的有机融合，以获取最佳检测效果，进而确保相关实践工作的良好开展。

[1]张昭，肖迎春，李闵行，等.激光超声技术在航空碳纤维复合材料无损检测中的应用[J].航空工程进展，2014，（3）：269-274.

[2]孙丽转，张体磊.航空复合材料无损检测及进展[J].军民两用技术与产品，2015，（12）：127.

[3]马保全，周正干.航空航天复合材料结构非接触无损检测技术的进展及发展趋势[J].航空学报，2014，（7）：1787-1803.

[4]詹湘琳，韩红斌，周德新，等.民用飞机复合材料结构件超声相控阵无损检测技术进展[J].航空制造技术，2014，（15）：124-127.

[5]南勇涛.民用航空器复合材料的无损检测技术[J].科技资讯，2012，（28）：82.

[6]周正干，孙广开，李征，等.复合材料层压板钻孔分层激光超声检测方法[J].机械工程学报，2013，（22）：29-33.

[7]周正干，孙广开，李征，等.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，2012，17（6）：119-122.

[8]孙广开，周正干.激光超声检测技术在先进复合材料质量评价中的应用[J].国际航空，2011，（10）.

[9]郭佳，李四海，宁宁，等.激光超声技术在无损检测中的应用[J].航空工程进展，2014，（4）：487-501.

[10]陈秀成，孙广开，周正干，等.激光超声技术在复合材料部件钻孔分层检测中的应用[J].//2013年度全国检测声学会议.2013年度全国检测声学会议论文集[C].2013：18-19.

Research on Nondestructive Testing of Aviation Composite Materials

WEI Jianyi
(Career Technical College in Anyang,Anyang 455000)

This paper mainly analyzes the nondestructive testing technology and its application in aviation composite materials, in order to enhance people's cognition on the non destructive testing of composite materials, and provide help for the smooth and efficient operation of the relevant practice.

aviation composite material,nondestructive testing,ultrasonic testing,radiographic testing technology