復合材料無損檢測技術研究進展

王計寶

（遼寧省安全科學研究院，遼寧沈陽 110004）

復合材料無損檢測技術研究進展

王計寶

（遼寧省安全科學研究院，遼寧沈陽 110004）

由于復合材料優(yōu)良的特性，使得其在當前各個領域都得到廣泛的應用，其不僅在航天航空領域得到廣泛使用，而且在建筑生產(chǎn)和汽車等行業(yè)中也得到廣泛應用。復合材料的檢測技術在復合材料的生產(chǎn)應用中是十分重要的，其發(fā)展速度也是十分迅速的。本文主要介紹了幾種復合材料的檢測方法，以及復合材料無損檢測技術的研究進程和未來的發(fā)展方向。

復合材料 無損檢測 研究進展

復合材料是由兩種或是兩種以上的不同物質(zhì)，經(jīng)過不同方式的組合，從而形成的材料。這種材料能夠發(fā)揮各類材料的優(yōu)點，能夠克服單一材料出現(xiàn)的缺陷，從而有效擴大材料的使用范圍。一般情況下，復合材料都具備重量輕、強度高的特點，并且具有較強的可塑性，加工成型更加方便，還具有耐化學腐蝕等優(yōu)點，其已經(jīng)在諸多領域逐漸取替了其他材料的使用，如金屬合金、木材等。復合材料主要是在航天航空、電子電氣、汽車以及建筑生產(chǎn)等領域廣泛使用，近些年復合材料的發(fā)展得到廣泛關注，發(fā)展速度迅速。但是復合材料又具有非均質(zhì)性與各項異性，在其制造過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)某些缺陷，存在著不穩(wěn)定因素。在其實際應用過程中，也經(jīng)常會因為撞擊、疲勞累積、腐蝕等產(chǎn)生缺陷。因此，在復合材料的生產(chǎn)與使用過程中，復合材料的檢測技術就具有十分顯著的作用，當然，在檢測方法中無損檢測就具有更加重要的作用。

1 復合材料無損檢測技術

在復合材料的生產(chǎn)制造過程中，主要會出現(xiàn)如下缺陷。氣孔、疏松、分層、夾雜、界面分離、鉆孔損傷以及樹脂固化不良等。在其使用過程中主要會出現(xiàn)疲勞損傷與環(huán)境損傷的缺陷，損傷形式主要有分層、脫膠、基本龜裂、纖維斷裂、空隙增長、皺褶變形、劃傷、腐蝕坑、下陷和燒傷等。目前，我國研究人員為了能夠趕超國際發(fā)展的先進技術水平，在復合材料的無損檢測方面進行了深入廣泛的研究，，并取得了良好的成績。主要表現(xiàn)為射線檢測、超聲波檢測、聲發(fā)射檢測、視覺檢測等檢測技術。

1.1 射線檢測技術

射線檢測技術（Radiographic Testing，即RT）是利用射線（如X射線、γ射線以及中子射線等）穿過物體時，具有吸收和散射的特性，從而檢測其內(nèi)部結構是否具有連續(xù)性的技術。X射線檢測方法是復合材料損傷檢測技術中最為常見的一種檢測方法。主要適用于對復合材料空隙、夾雜物等體積型缺陷的檢測，是一種十分重要的檢測技術，但是其主要是對平行于射線穿透方向的缺陷有著較好的檢測效果，只能檢測出表面的垂直裂紋，但是可以通過超聲反射技術與其相結合，相互補充，取得良好的檢測結果。在射線檢測技術中最早發(fā)展的是膠片照相技術，但是發(fā)展最快的是數(shù)字式射線檢測技術。與膠片照相檢測技術相比，數(shù)字射線檢測技術的成像效果與膠片照相檢測技術不相上下，但是其檢測可以做到實時檢測，具有高效率性、易用性和經(jīng)濟性，因此，數(shù)字射線檢測技術得到了更快的發(fā)展。

1.2 超聲波檢測技術

超聲波檢測（Ultrasonics Testing）是利用材料的聲學特性和內(nèi)部組織的變化對超聲波的傳播產(chǎn)生一定影響的物理現(xiàn)象，從而通過對超聲波受影響程度和狀況的分析來了解材料性能和結構變化的技術［1］。主要是使用穿透法、串列法、脈沖反射法等方法。超聲波檢測技術能夠直觀地顯示，快速地檢測，目前在航空復合材料的檢測過程中已經(jīng)是十分普遍的檢測技術。通過計算機技術的應用實現(xiàn)對超聲波探頭的控制，利于控制方向的移動改變。通過控制超聲波探傷儀對探頭發(fā)出信號，與此同時，當超聲波信號經(jīng)過需要檢測的工件后，它會被自身的探頭接收，超聲波探傷儀就可以接收到相應的信息，然后對信息進行計算、分析和處理，再由計算機對結果進行顯示、存儲。計算機能夠完整的顯示出整片的檢測區(qū)域，可以十分清楚明白的查看工件是否存在缺陷，以及相應的缺陷所在位置與具體的情況。

1.3 聲發(fā)射檢測技術

聲發(fā)射檢測技術（ Acoustic Emission）就是通過復合材料的材料局部能量能夠快速釋放出需要發(fā)出瞬態(tài)彈波性的現(xiàn)象，材料會在應力的作用下發(fā)生變形，從而會產(chǎn)生裂紋或是出現(xiàn)擴展的現(xiàn)象［2］。聲音的頻率范圍十分寬闊，可以從次聲波到超聲波。而且彈性波可以在穿過檢測介質(zhì)后，直接到達被檢測的表面，從而使得檢測物表面出現(xiàn)相應的振動，傳感器適時接收這樣的振動并將其轉化為電信號，當聲發(fā)射信號逐漸增強后，就可以形成一定的數(shù)據(jù)信息，并且被顯示與記錄。這種檢測方法能夠?qū)秃喜牧系恼w進行檢測，對其整體質(zhì)量水平作出相應評價。

1.4 視覺檢測技術

近些年伴隨著計算機圖像技術的快速發(fā)展，復合材料的無損檢測技術又有了新的發(fā)展。計算機圖像技術能夠與射線檢測技術進行結合，從而使得無損檢測技術具備了直觀與高效的特點。這樣，視覺檢測技術在檢測技術研究領域就有著十分重要的意義。

2 復合材料無損檢測技術的發(fā)展趨勢

2.1 自動化水平迅速提高

在航空工業(yè)中為了節(jié)約成本，往往會采取增大結構，減少零部件數(shù)量的措施，這樣會使得復合材料的結構件越來越大，傳統(tǒng)的人工檢測方式已經(jīng)無法適應檢測的要求，為了提高工作的效率需要對工件進行自動化檢測，自動生成相應數(shù)據(jù)，檢測是否出現(xiàn)裂紋等缺陷，可以大大提高航空工業(yè)的自動化水平，有效降低人為的誤差。

2.2 提高原位檢測能力成了研究重點

隨著復合材料結構件的體積越來越大，在安裝與拆卸過程中存在著越來越多的困難，于是眾多的公司都希望能夠提高部件的原位檢測能力。目前主要存在兩種解決方案。一是采用大型設備，對整架飛機進行無損檢測。二是采用多功能小型化的檢測設備，直接在外場進行無損檢測。

2.3 可視化定量檢測水平不斷提高

隨著計算機數(shù)字成像技術的不斷提高與全面應用，復合材料無損檢測的速度也大大提高，精準度也是逐步提高。

2.4 結構健康自監(jiān)控能力將成為可能

隨著復合材料無損檢測技術的不斷發(fā)展與進步，以及傳感器的不斷出現(xiàn)，將傳感器進行嵌入成為發(fā)展重點，未來復合材料必將是以提高結構健康康自監(jiān)控能力為發(fā)展方向，未來的復合材料將有能夠做出反應的智能結構。

［1］汪星明等.復合材料無損檢測研究進展［J］.玻璃鋼/復合材料增刊，2012：261-265.

［2］郭彥宏，王金輝.復合材料無損檢測方法及其研究進展［J］.科技傳播，2012：34.