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(qiáng)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(cè)手段，而無(wú)損檢測(cè)剛好滿足這一方面的檢測(cè)要求。本文就無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TB332 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

由于復(fù)合材料構(gòu)件的成型過程相對(duì)復(fù)雜，其中不僅包括化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)還有物理變化，各種因素還會(huì)對(duì)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(huì)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(wú)損檢測(cè)對(duì)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(jì)的基本要求。

一、針對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的無(wú)損檢測(cè)概述

針對(duì)先進(jìn)的航空用復(fù)合材料，常規(guī)的物理檢測(cè)法和機(jī)械檢測(cè)法都無(wú)法滿足檢驗(yàn)精度的需求，無(wú)法對(duì)復(fù)合材料中的細(xì)微內(nèi)部缺陷進(jìn)行良好的檢測(cè)識(shí)別。破壞性實(shí)驗(yàn)檢測(cè)法雖然能對(duì)材料進(jìn)行很好的檢測(cè)，但并不適用于航空復(fù)合材料的檢測(cè)工作。針對(duì)航空用復(fù)合材料的檢測(cè)工作，可以選擇無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。針對(duì)航空復(fù)合材料的常見無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，主要包括超聲檢測(cè)技術(shù)、射線檢測(cè)技術(shù)及渦流檢測(cè)技術(shù)等。

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

（一）超聲檢測(cè)技術(shù)在航天復(fù)合材料中的應(yīng)用

在超聲檢測(cè)法這一大類中，還包括多種檢測(cè)具體的檢測(cè)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(cè)方法各自有不同的特征，在具體的檢測(cè)過程中可以根據(jù)材料結(jié)構(gòu)的不同進(jìn)行選擇。針對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)；針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，在檢測(cè)過程中可以選擇脈沖反射法進(jìn)行檢測(cè)；而對(duì)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(cè)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(huì)有很強(qiáng)的衰減作用，這會(huì)加大超聲檢測(cè)在航天復(fù)合材料中的應(yīng)用難度，因此在檢測(cè)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(cè)方法。

（二）射線檢測(cè)技術(shù)在航天復(fù)合材料中的應(yīng)用

射線檢測(cè)技術(shù)是一種最有效、最直接的檢測(cè)技術(shù)，主要用來(lái)檢測(cè)先進(jìn)復(fù)合材料當(dāng)中的孔隙，或者是檢測(cè)復(fù)合材料中的雜質(zhì)問題。而且，射線檢測(cè)技術(shù)還能檢測(cè)出材料表面的垂直裂紋，這種檢測(cè)方式在裂紋的檢測(cè)中有靈敏度高及可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)。而在復(fù)合材料的樹脂聚集和新纖維聚集檢測(cè)方面，射線檢測(cè)技術(shù)也具備一定的檢測(cè)能力。在小厚度復(fù)合材料的鋪層中，往往會(huì)出現(xiàn)纖維彎曲的情況，對(duì)于這種缺陷問題，使用射線檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。但是射線檢測(cè)技術(shù)對(duì)于復(fù)合材料中常見的分層缺陷，則存在一定的檢測(cè)困難。此外，對(duì)于材料表面的平行裂紋檢測(cè)，射線檢測(cè)技術(shù)的敏感度會(huì)有所降低。在整個(gè)射線檢測(cè)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(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，射線檢測(cè)的實(shí)時(shí)成像技術(shù)也得到日益得到完善，促進(jìn)了射線檢測(cè)在航空用復(fù)合材料中的應(yīng)用推廣。射線檢測(cè)的實(shí)時(shí)成像技術(shù)是通過圖像增強(qiáng)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(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯，改變了以往傳統(tǒng)檢測(cè)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(cè)效率。而射線檢測(cè)的實(shí)時(shí)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(cè)的成本，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特性。因此，這種檢測(cè)技術(shù)通常被用作復(fù)合材料產(chǎn)品的在線檢測(cè)當(dāng)中，能夠?qū)ε渚€上的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

（三）渦流檢測(cè)技術(shù)在航天復(fù)合材料中的應(yīng)用

渦流檢測(cè)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(cè)試樣能產(chǎn)生一定的渦流。通過渦流的變化來(lái)對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)的一種手段。由于這種渦流能產(chǎn)生一種交變反磁場(chǎng)，能影響線圈的磁場(chǎng)，并對(duì)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(shí)，若線圈的電流發(fā)生變化，就會(huì)造成線圈的阻抗發(fā)生變化。這時(shí)若對(duì)線圈的阻抗變化進(jìn)行測(cè)量，就能對(duì)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(cè)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(cè)工作，對(duì)GFRP以及KFRP材料的檢測(cè)不適宜。利用渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)CFRP當(dāng)中的纖維含量及存在的缺陷有較好的檢測(cè)效果。此外，渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)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(cè)靈敏度。

結(jié)語(yǔ)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在復(fù)合材料缺陷檢測(cè)中發(fā)揮了重要的推動(dòng)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(duì)結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量造成影響。開展復(fù)合材料的無(wú)損檢測(cè)，可以根據(jù)材料的性質(zhì)選擇合理的檢測(cè)方法，并且設(shè)定無(wú)損檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用[J].航空材料學(xué)報(bào)，2012，32（1）：72-77.