張斌

摘 要：作為航空制造技術(shù)中的基礎(chǔ)部分，材料技術(shù)在不斷被革新，各種新型材料也不斷涌出，復(fù)合材料就是其中比較廣泛應(yīng)用的一種。為了增強復(fù)合材料構(gòu)件的生產(chǎn)效率，航空領(lǐng)域需要一種更有效的檢測手段，而無損檢測剛好滿足這一方面的檢測要求。本文就無損檢測技術(shù)在航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件檢測中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：航空；復(fù)合材料；結(jié)構(gòu)件；無損檢測

中圖分類號：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

由于復(fù)合材料構(gòu)件的成型過程相對復(fù)雜，其中不僅包括化學(xué)反應(yīng)，同時還有物理變化，各種因素還會對材料的成型造成很大影響。諸多工藝參數(shù)若出現(xiàn)任何差異都會導(dǎo)致材料構(gòu)件的成型出現(xiàn)問題，使得構(gòu)件的質(zhì)量和力學(xué)性能受到影響。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量的離散型需要通過無損檢測對產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行鑒定，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量滿足設(shè)計的基本要求。

一、針對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的無損檢測概述

針對先進(jìn)的航空用復(fù)合材料，常規(guī)的物理檢測法和機械檢測法都無法滿足檢驗精度的需求，無法對復(fù)合材料中的細(xì)微內(nèi)部缺陷進(jìn)行良好的檢測識別。破壞性實驗檢測法雖然能對材料進(jìn)行很好的檢測，但并不適用于航空復(fù)合材料的檢測工作。針對航空用復(fù)合材料的檢測工作，可以選擇無損檢測技術(shù)。針對航空復(fù)合材料的常見無損檢測技術(shù)，主要包括超聲檢測技術(shù)、射線檢測技術(shù)及渦流檢測技術(shù)等。

二、常見的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件無損檢測技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）超聲檢測技術(shù)在航天復(fù)合材料中的應(yīng)用

在超聲檢測法這一大類中，還包括多種檢測具體的檢測方式，主要有脈沖反射法、穿透法、共振法以及阻抗法等，這些檢測方法各自有不同的特征，在具體的檢測過程中可以根據(jù)材料結(jié)構(gòu)的不同進(jìn)行選擇。針對結(jié)構(gòu)簡單、且曲率較小的復(fù)合材料構(gòu)件，可選擇水浸式反射板法進(jìn)行檢測；針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，在檢測過程中可以選擇脈沖反射法進(jìn)行檢測；而對一些大型的復(fù)合材料構(gòu)件，可以選用水噴脈沖反射法進(jìn)行檢測工作。由于航空航天領(lǐng)域的特殊行，其復(fù)合材料構(gòu)件往往屬于薄形結(jié)構(gòu)，且在多層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料構(gòu)件中，聲波會有很強的衰減作用，這會加大超聲檢測在航天復(fù)合材料中的應(yīng)用難度，因此在檢測方法的選擇中需要進(jìn)行全面細(xì)致地考慮，最終選擇事宜的檢測方法。

（二）射線檢測技術(shù)在航天復(fù)合材料中的應(yīng)用

射線檢測技術(shù)是一種最有效、最直接的檢測技術(shù)，主要用來檢測先進(jìn)復(fù)合材料當(dāng)中的孔隙，或者是檢測復(fù)合材料中的雜質(zhì)問題。而且，射線檢測技術(shù)還能檢測出材料表面的垂直裂紋，這種檢測方式在裂紋的檢測中有靈敏度高及可靠性強的特點。而在復(fù)合材料的樹脂聚集和新纖維聚集檢測方面，射線檢測技術(shù)也具備一定的檢測能力。在小厚度復(fù)合材料的鋪層中，往往會出現(xiàn)纖維彎曲的情況，對于這種缺陷問題，使用射線檢測技術(shù)可以對其進(jìn)行檢測。但是射線檢測技術(shù)對于復(fù)合材料中常見的分層缺陷，則存在一定的檢測困難。此外，對于材料表面的平行裂紋檢測，射線檢測技術(shù)的敏感度會有所降低。在整個射線檢測技術(shù)的大類中，膠片射線照相技術(shù)是最常見，也是應(yīng)用范圍最廣泛的一種，通過不斷地技術(shù)革新，膠片射線照相技術(shù)的發(fā)展也日益成熟，且其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也逐漸得到完善。

在計算機技術(shù)不斷發(fā)展的同時，射線檢測的實時成像技術(shù)也得到日益得到完善，促進(jìn)了射線檢測在航空用復(fù)合材料中的應(yīng)用推廣。射線檢測的實時成像技術(shù)是通過圖像增強器將穿透材料后的射線信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后將其轉(zhuǎn)換成圖像信息，將這種可視圖像再輸入計算機當(dāng)中，使其轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，數(shù)字圖像能夠在顯示屏上顯示出材料的內(nèi)部缺陷性質(zhì)以及缺陷所在的位置。射線實時成像檢測技術(shù)的優(yōu)勢明顯，改變了以往傳統(tǒng)檢測技術(shù)，需要進(jìn)行膠片暗室處理的弊端，從而大大提高了檢測效率。而射線檢測的實時成像技術(shù)在成像質(zhì)量方面卻與傳統(tǒng)膠片而言不遑多讓，降低了檢測的成本，具有經(jīng)濟(jì)實用的特性。因此，這種檢測技術(shù)通常被用作復(fù)合材料產(chǎn)品的在線檢測當(dāng)中，能夠?qū)ε渚€上的工作進(jìn)行實時檢測。

（三）渦流檢測技術(shù)在航天復(fù)合材料中的應(yīng)用

渦流檢測技術(shù)，是將渦流探頭中的線圈進(jìn)行交變電流通電操作，使得線圈附近的檢測試樣能產(chǎn)生一定的渦流。通過渦流的變化來對材料進(jìn)行檢測的一種手段。由于這種渦流能產(chǎn)生一種交變反磁場，能影響線圈的磁場，并對流經(jīng)線圈中的電流造成影響，因此當(dāng)線圈上的電壓恒定時，若線圈的電流發(fā)生變化，就會造成線圈的阻抗發(fā)生變化。這時若對線圈的阻抗變化進(jìn)行測量，就能對復(fù)合材料試樣內(nèi)部的缺陷信息進(jìn)行分析。不過，渦流檢測技術(shù)的使用范圍容易受到限制，一般僅適用用于導(dǎo)電復(fù)合材料的檢測工作，對GFRP以及KFRP材料的檢測不適宜。利用渦流檢測技術(shù)對CFRP當(dāng)中的纖維含量及存在的缺陷有較好的檢測效果。此外，渦流檢測技術(shù)對復(fù)合材料以及與金屬粘接結(jié)構(gòu)當(dāng)中的金屬材料變形問題，有較高的檢測靈敏度。

結(jié)語

無損檢測技術(shù)在復(fù)合材料缺陷檢測中發(fā)揮了重要的推動作用。由于復(fù)合材料的先進(jìn)性以及其質(zhì)量的離散性，在結(jié)構(gòu)件的制造過程中容易產(chǎn)生各種缺陷，從而對結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量造成影響。開展復(fù)合材料的無損檢測，可以根據(jù)材料的性質(zhì)選擇合理的檢測方法，并且設(shè)定無損檢測標(biāo)準(zhǔn)，有利于改變材料中存在的各種缺陷，從而保證材料質(zhì)量滿足使用要求。

參考文獻(xiàn)

[1]劉穎韜，郭廣平，楊黨綱，等.脈沖熱像法在航空復(fù)合材料構(gòu)件無損檢測中的應(yīng)用[J].航空材料學(xué)報，2012，32（1）：72-77.