_无损检测技术在复合材料检测中的应用

Vol.49No 12工程与试验EN GIN EERIN G &TEST J une 2009

[收稿日期]　2009-03-30[作者简介]　郁青(1980-),女,硕士研究生,主要研究方向:新型工程材料及应用。

无损检测技术在复合材料检测中的应用

郁　青,何春霞

(南京农业大学工学院,江苏南京210031)

摘　要:介绍了复合材料在制造和使用过程中产生的缺陷和损伤的形式,讨论和分析了复合材料检测中各种无损检测技术的特点及适用范围,并对其优、缺点进行了比较和评价。关键词:无损检测技术;复合材料;应用

中图分类号:TB303 文献标识码:B doi :1013969/j.issn.167423407.2009.02.008

Application of Nondestructive T esting in Composite Materials

Yu Qing ,He Chunxia

(College of Engi neeri n g ,N anj i n g A g ricult ural U ni versit y ,N anj i ng 210031,J i an gs u ,Chi na )Abstract :This article int roduces t he forms of defect s and damages which are brought during p ro 2cessing and operation of composite materials.The characteristic and applicability of different

techniques of nondest ructive testing (ND T )used for compo sites are described and analyzed.Mo 2reover ,t heir merit s and drawbacks are compared and estimated.K eyw ords :no ndest ructive testing ;compo site material ;application

1　概　述

无损检测是不破坏产品原来的形状、不改变其使用性能,对产品进行检测(或抽检),以确保其可靠性和安全性的检测技术。在不损伤被检测对象的条件下,利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化,来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷,对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化做出判断和评价。

随着科学技术的迅速发展,对材料的性能提出了更苛刻的要求,传统的材料因其性能单一而不能满足需要。复合材料是由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求,因此被越来越广泛地用于航空航天、汽车工业、化工、纺织、机械制造以及生命科学和医学等各个领

域。复合材料在工艺过程中,由于增强纤维的表面

状态、树脂粘度、低分子物含量、线性高聚物向体型高聚物转化的化学反应速度、树脂与纤维的浸渍性、组分材料热膨胀系数的差异以及工艺参数控制的影响等,使复合材料结构在生产制造和使用过程中不可避免地会存在缺陷和遭受损伤[1]。无损检测技术可对复合材料在不破坏的情况下有效地检测出各种缺陷和损伤形式,因此被广泛地应用于工程中。

2　无损检测技术在复合材料检测中的应用

复合材料的缺陷和损伤检测是复合材料结构修理的基础和前提,也是其性能评估的依据。针对不同的缺陷和损伤形式,可以采用不同的无损检测手段。目前,对于复合材料无损检测的常用方法有X 射线、超声波、计算机层析照相(CT )、红外热成像检测、声发射、微波、激光检测法、中子照相法、敲击法以及声-超声检测法等。211　X 射线无损检测技术

X 射线无损检测中目前常用的是胶片照相法,

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它是检查复合材料中孔隙和夹杂物等体积型缺陷的优良方法[2],对疏松、贫胶、纤维断裂、增强剂分布不匀也有一定的检出能力。该方法灵敏度高,检测结果直观,但检测分层缺陷困难,不易发现与射线垂直方向上的裂纹,且设备复杂庞大,需要安全防护。随着计算机技术的飞速发展,新型的“X射线实时成像检测技术”和“X射线C T”已应运而生,并开始应用于结构的无损探伤。此两种方法无论在检测效率、经济、表现力、远程传送、方便实用等方面都比照相底片更胜一筹,因而具有良好的发展前景。

徐翔星[3]分别运用X射线照相、X射线实时成像和X射线C T三种方式对C纤维预制体及C/SiC 复合材料进行了检测和研究。结果表明X射线照相对C/SiC复合材料中SiC或C/SiC缺陷的形状和方向参数敏感,检测出了C纤维预制体的编织缺陷、C/SiC中由于编织错误产生的的孔洞、纤维的编织纹路和较大范围内密度的变化等。用X射线工业CT(B T-400)对C/SiC构件进行了断层扫描成像检测,能精确检测出C/SiC复合材料截面密度分布,且能够清楚地显示出纤维束间孔隙的形状、相对大小、位置等信息,能检测出C/SiC中编织缺陷造成的孔洞。

212　超声波无损检测技术

超声波检测法主要利用复合材料本身或缺陷声学性质对超声波传播的影响,来检测材料内部或表面的缺陷。超声波能检测复合材料构件中的分层、孔隙、裂纹、夹杂等缺陷,能判断材料的疏密、纤维取向曲屈、弹性模量、厚度等特性和几何形状等方面的变化[4]。超声检测灵敏度高,可精确确定缺陷的位置与分布,且操作简单。但缺点是检测效率低,对不同类型的缺陷要使用不同规格的探头。对小、薄和复杂零件难以检测,且在检测过程中需要使用耦合剂。随着计算机的发展,超声C扫描,由于显示直观、检测速度快,已成为飞行器零件等大型复合材料构件普遍采用的无损检测技术。

魏勤等[5]研究表明,铝基SiC复合材料中通过超声波C扫描可以直观地显示Al/SiC材料中的凝聚物或裂痕,根据缺陷在显示图形中的位置可判定工件中所对应缺陷的位置。另外,许有昌[6]针对碳纤维复合材料舱体缺陷产生的原因和舱体结构特点进行了专门的超声波检测的研究,认为采用C扫描超声波检测法为主,A型脉冲反射超声波检测法为辅可有效实施对碳纤维复合材料舱体缩比件的缺陷检测。图(1)[7]是美国Sandia国家实验室的John H.G ieske等人采用超声C扫描方法对一个边长305mm的正方形复合材料———金属粘接结构试样进行检测所得到的结果,从图中可以清晰看到试样中存在两个大面积的脱粘缺陷(图中的高亮显示区域)及其它一些零星的脱粘不良缺陷

。

图(1)　复合材料2金属粘结构试件超声C扫描检测结果

213　计算机层析照相技术(C T)

工业C T(简称IC T),即工业计算机断层扫描成像,具有直观、准确、无损伤等特点,主要用于工业构件的无损检测。其原理主要是:通过扫描工件得到断层投影值,然后通过图像重建算法重建出断层图像。CT的图像清晰,与一般透视照相法相比不存在影像重叠与模糊,图像对比灵敏度比透视照相要高出两个数量级。因此,国际无损检测界把工业C T称为最佳的无损检测手段。对产品的检测结果表明,工业CT设备对复合材料的气孔、夹杂、空隙、疏松、分层、裂纹以及密度分布不均匀等各种常见缺陷具有很高的探测灵敏度,在一定范围内能够精确地测定缺陷的几何尺寸

。

图(2)　一种新型复合材料的CT断层图像

图(2)[8]是一种新型复合材料的C T断层图像,图中可清楚地看到该复合材料内部的微裂纹。金虎等[9]利用C T技术对C/C复合材料的内部缺陷进

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No2.2009 郁　青,等:无损检测技术在复合材料检测中的应用

行了无损检测。结果表明,CT 检测技术的空间分辨率和密度分辨率完全可以满足C/C 复合材料内部缺陷的检出要求,从而保证C/C 复合材料产品的内部质量,保证C/C 复合材料的性能。H.Hocheng [10]用C T 技术检测到了复合材料试件的横切面上因为钻孔所引起的分层损伤,证实了CT 技术在复合材料无损检测中的有效性和可行性。214　红外热成像无损检测技术

红外热成像无损检测技术的基本原理是利用红外物理理论,把红外辐射特性的分析技术和方法应用于被检对象的一个综合性无损检测应用技术。此检测法是通过检测物体的热量和热流来鉴定该物体质量。当物体内部存在裂缝和缺陷时,将会改变该物体的热传导性能,使物体表面温度分布有差别,此时通过检测装置可显示出其热辐射的不同,从而判别并检查出缺陷的位置。红外热成像法具有成本低、快速、方便、精确的优点,可用于多层材料与复合材料的夹杂、脱粘、分层、开裂等缺陷与损伤的检测评估,但要求被测件传热性能好,表面发射率高。

1994年,美国韦恩州立大学工业制造研究所的L.D.Favro 等人使用红外成像技术对碳纤维增强

环氧薄板中的冲击损伤进行了检测[11];美国航空航天局Langley 研究中心的William P.Winf ree 和陆军研究实验室的Jo sep h N.Zalameda 对复合材料中分层深度的红外热成像检测技术进行了专门研究[12],以上两例的检测结果表明,红外热成像技术不仅具有探测纤维增强复合材料中是否存在分层缺陷的能力,而且还能够给出缺陷深度方面的信息。215　声发射法检测技术

声发射(A E )技术是一种评价材料或构件损伤的动态无损检测技术,它通过对声发射信号的处理和分析来评价缺陷的发生和发展规律,并确定缺陷的位置。声发射检测的原理就是利用物体在外界条件作用下,缺陷或物体异常部位因应力集中而产生变形或断裂,并以弹性波形式释放出应变能,通过捕捉这些动态的信息,根据其A E 信号的特征及其发射强度,就可对材料的微观变形和开裂以及裂纹的发生和发展情况进行检测和预报。但利用声发射检测要具备两个条件:第一,材料要受外载作用;第二,材料内部结构或缺陷要发生变化。

目前,采用声发射技术已能检测复合材料中每根碳纤维或玻璃纤维丝束的断裂及丝束断裂载荷的分布,从而评价碳纤维或玻璃纤维丝束的质量。声发射技术还可区分复合材料层板不同阶段的断裂特性,如基体开裂、纤维与树脂界面开裂和裂纹层间扩展等[13,14]。方鹏等[15]利用声发射技术对C/SiC 复合材料高温蠕变试验过程进行动态监测,研究结果表明,在此过程中,A E 信号累计能量同复合材料的蠕变应变有一致的变化趋势,故可以用A E 信号累计能量表征和描述其高温蠕变。刘怀喜等[16]采用声发射法对复合材料飞轮试件高速旋转时的损伤信号进行采集,并借助体视显微镜、光学显微镜和着色法等辅助检测方法,使损伤类型与损伤信号一一对应,研究发现用声发射法能灵敏地采集到飞轮试件高速旋转时的各种损伤信号。216　微波检测技术

微波是介于红外和无线电波之间波段范围的电磁波。微波无损检测的主要优点是设备简单,操作方便,不需要耦合剂,而且很容易穿过空气介质,是非接触测量,检测速度快,可实现自动化检测。与射线检测相比,微波对人体无辐射性危害。由于微波具有良好的穿透性能,可检测出复合材料中的脱粘、分层、裂缝、孔隙等缺陷。但微波检测不适应于金属导体或导电性能较好的复合材料的内部缺陷检测,如碳纤维增强塑料。另外,小于1mm 的缺陷,微波也很难检测出来。

陆荣林等[17]利用微波对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料、玻璃纤维增强酚醛树脂基复合材料以及环氧树脂浇铸体进行了无损检测,经过一系列试验和分析表明,微波无损检测技术用于复合材料缺陷的检测是完全可行的。不仅可以检出体积型缺陷,同时还可以检测出平面型缺陷;检测灵敏度较高,对于6mm 波长的微波可检出的最小孔隙尺寸约为210mm ;利用一定的装置还可以对复合材料缺陷进行定位。B 1Akut hota [18]等利用近场微波技术对用于增强混凝土结构的碳纤维增强复合材料的脱粘情况进行了检测,实验证明微波图像能有效地对复合材料中的脱粘情况进行定位和定量。217　激光检测技术

激光无损检测技术包括激光全息无损检测技术和激光数字错位散斑无损检测技术。激光全息检测技术是激光技术在无损领域应用最早、用得最多的方法。它可检测出复合材料中的气孔、夹杂、孔隙、疏松、分层、裂纹等缺陷。检测快速,自动化程度高,结果可记录。激光散斑检测则是集现代激光技术、散斑干涉技术、图像采集及处理技术、计算机技术、精密测试技术于一体的计量检测技术。它比激光全息照相更为突出的优点是,散斑干涉度量术降低了机械稳定性和相干性的要求,易于调整灵敏度和测量面内位移。同时,解决了全息照相时测运动场时

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的局限。所以,就全息和散斑检测来说,散斑比全息的性能更可靠,影响的因素更少。

曾启林等[19]分别采用激光全息和激光数字错位散斑检测技术对航空轮胎的内部脱层和气泡等缺陷进行了检测,并比较了两种方法的优异。结果表明两种激光无损检测技术都能清晰地辨别出航空轮胎中存在的缺陷。图(3)a 是轮胎内部缺陷的全息图像,图(3)b 是激光错位散斑检测到的胎侧缺陷图像

。

218　中子照相无损检测技术

中子射线照相技术原理为从中子源发出的中子束,通过准直器照射到被检工件,检测器记录透射的中子束分布图像。不同物质具有不同的中子衰减系数,因此透射中子束的分布图像可以形成工件缺陷和杂质等的图像。中子对水、碳氢化合物、硼等轻元素的吸收系数大,因此对复合材料中存在的腐蚀、水汽、粘接质量等缺陷的检测灵敏度高于X 射线。但主要缺点是中子源价格昂贵,使用时需特别注意中子的安全与防护问题等。

该技术可用于叶片型芯残留物、子弹装药情况和固体火箭推进剂装填情况等复合材料的检测;铝蜂窝粘接结构表面蒙皮与蜂窝芯体的粘接情况,由于粘接剂强烈吸收中子,因此采用中子射线照相能够很容易检查粘接质量[20]。加拿大皇家军事学院的Lewis 等人介绍了一种中子射线设备,对金属陶

瓷复合材料和飞行器控制面进行了研究。通过对CF188飞机的中子检测,发现了93处缺陷(如湿气、蜂窝裂纹、损伤的蜂窝芯、异质材料、孔洞和修补等)[21]。219　敲击法无损检测技术数字敲击无损检测是利用传感器接收来自前端设备(如敲击锤)对被测件的敲击振动信号,再通过运算电路以及软件程序对采集信号进行后期处理,对被测件作出判断的一种无损检测技术。当敲击在复合材料结构有损伤区时,由于损伤区脱层、脱粘的存在,导致了损伤区有效接触刚度的减小,从而引起有损伤区的撞击时域曲线不同于无损伤区的时域曲线。通过比较两者的时域曲线或相应的频谱,就可以检测出损伤。该方法设备简单,操作方便,不受周围环境的影响,适合大型复合材料结构的现场检验,但对于小缺陷灵敏度低。

冷劲松、杜善义等[22]为了确定敲击法检测复合材料结构损伤的灵敏度,检测了含不同大小损伤的GFRP 复合材料试件,敲击法可有效地检测2mm 厚复合材料层板的脱粘、脱层等损伤,并且该方法尤其适用于蒙皮结构,蜂窝结构的损伤检测。闫晓东[1]研究开发了飞机复合材料结构智能敲击检测系统,并运用本系统对复合材料的损伤实验件进行了敲击检测与分析,验证了所开发系统的可行性、有效性和先进性。其研究成果,可应用于民用飞机复合材料结构的生产及维修现场,具有自动化程度高、使用简便、快速精确等特点。2110　声-超声无损检测法

声-超声(AU )技术又称应力波因子(SWF )技术。与通常的无损检测技术不同,AU 技术主要用于检测和研究材料中分布的细微缺陷群及其对结构力学性能(强度或刚度等)的整体影响,属于材料的完整性评估技术。采用声-超声振幅C 扫描技术也能够对复合材料与金属材料间的粘接界面进行有效检测,而且克服了超声反射技术信号清晰度不高、超声透射技术传感器可达(及)性差的缺点。但该检测方法对单个、分散的缺陷不敏感。

声-超声技术已在复合材料、胶接接头、复合材料类似材料中得到许多成功应用,如利用板波分析对复合材料构件的刚性进行评价,从声-超声信号中获取超声衰减率来评价材料的状态和机械性能等[23]。图4(a )是某复合材料涡轮叶片的外形图,图4(b )是美国Sandia 国家试验室的John H.G ieske 等[12]采用声-超声振幅C 扫描技术对该复合材料涡轮叶片中复合层与柱形金属(钢)芯棒间粘接界面

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72?No2.2009 郁　青,等:无损检测技术在复合材料检测中的应用

状态进行检测所得到的AU 图像,从图中可以非常清楚地看到结构左边区域粘接界面存在大面积的脱粘缺陷。王勇[24]研究了利用声?超声检测系统对蜂窝结构和纤维增强结构复合材料缺陷的检测,通过对各种结构缺陷的定量及定性分析,认为有可能通过声?超声检测来对复合材料的整体性能进行评估

。

3　结束语

工程上各种无损检测技术都有其特点及适用范围,一般来说对于大型复合材料的脱粘、分层、裂纹

等缺陷检测可采用敲击法和超声C 扫描技术;对于复合材料的表面或是近表面缺陷的检测一般采用涡流法、渗透法和工业内窥镜法;对于复合材料的内部缺陷及损伤(如疏松、分层、夹杂、空隙、裂纹等)的检测,X 射线、超声波、CT 、红外热成像、微波以及激光法等均有良好的效果;对于复合材料中萌生与扩展的裂纹检查采用声发射法检测尤为有效;而对于细微缺陷群的检测可采用声-超声法;对于复合材料中存在的腐蚀、水汽、粘接质量等缺陷的检测中子照相法尤为适宜。计算机技术、传感器技术等的进一步发展,使无损检测技术朝着更方便、快捷、灵敏、可靠及精确的方法发展。另外,两种或两种以上的无损检测技术交叉发展能更好地扬长避短,提高其检测的有效性。

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(上接第12页)

中,损伤大孔的一阶到四阶振幅均大于损伤小孔的一阶到四阶振幅。即损伤损伤程度越大,固支梁一阶到四阶振幅越大。

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(上接第17页)

线表明有正和负偏差,曲线部分说明其接近加和特性。PVC/ABS复合材料的这种特性主要取决于二者的组份比。

3　结　论

(1)PVC/ABS复合材料是一个半相容体系,两聚合物之间显示出了高的接触粘合力和低的表面张力,由于它们相互之间存在有强烈的亲和力(但不像熔混时那么大),PVC/ABS复合材料具有良好的力学性能。

(2)ABS的弹性区提供了一个球粒相和由交联导致的固定的直径,它可均匀地分散于PVC中,弹性区可提高PVC/ABS复合材料冲击强度,但它的存在也降低了拉伸性能。

(3)PVC和ABS复合时缩小了体系的自由体积或使结构致密,从而增加了二者之间的相互作用,提高了PVC/ABS复合材料的相容性,并导致了体系的冲击强度的提高。

(4)在PVC/ABS复合材料中网络结构的形成既有利于体系冲击性能的提高,又有利于拉伸性能的提高,因此,体系中有网络结构存在的区域内可获得理想的力学性能。

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Vol.49No 12工程与试验EN GIN EERIN G &TEST J une 2009 [收稿日期]　2009-03-30[作者简介]　郁青(1980-),女,硕士研究生,主要研究方向:新型工程材料及应用。 无损检测技术在复合材料检测中的应用 郁　青,何春霞 (南京农业大学工学院,江苏南京210031) 摘　要:介绍了复合材料在制造和使用过程中产生的缺陷和损伤的形式,讨论和分析了复合材料检测中各种无损检测技术的特点及适用范围,并对其优、缺点进行了比较和评价。关键词:无损检测技术;复合材料;应用 中图分类号:TB303 文献标识码:B doi :1013969/j.issn.167423407.2009.02.008 Application of Nondestructive T esting in Composite Materials Yu Qing ,He Chunxia (College of Engi neeri n g ,N anj i n g A g ricult ural U ni versit y ,N anj i ng 210031,J i an gs u ,Chi na )Abstract :This article int roduces t he forms of defect s and damages which are brought during p ro 2cessing and operation of composite materials.The characteristic and applicability of different techniques of nondest ructive testing (ND T )used for compo sites are described and analyzed.Mo 2reover ,t heir merit s and drawbacks are compared and estimated.K eyw ords :no ndest ructive testing ;compo site material ;application 1　概　述 无损检测是不破坏产品原来的形状、不改变其使用性能,对产品进行检测(或抽检),以确保其可靠性和安全性的检测技术。在不损伤被检测对象的条件下,利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化,来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷,对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化做出判断和评价。 随着科学技术的迅速发展,对材料的性能提出了更苛刻的要求,传统的材料因其性能单一而不能满足需要。复合材料是由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求,因此被越来越广泛地用于航空航天、汽车工业、化工、纺织、机械制造以及生命科学和医学等各个领 域。复合材料在工艺过程中,由于增强纤维的表面 状态、树脂粘度、低分子物含量、线性高聚物向体型高聚物转化的化学反应速度、树脂与纤维的浸渍性、组分材料热膨胀系数的差异以及工艺参数控制的影响等,使复合材料结构在生产制造和使用过程中不可避免地会存在缺陷和遭受损伤[1]。无损检测技术可对复合材料在不破坏的情况下有效地检测出各种缺陷和损伤形式,因此被广泛地应用于工程中。 2　无损检测技术在复合材料检测中的应用 复合材料的缺陷和损伤检测是复合材料结构修理的基础和前提,也是其性能评估的依据。针对不同的缺陷和损伤形式,可以采用不同的无损检测手段。目前,对于复合材料无损检测的常用方法有X 射线、超声波、计算机层析照相(CT )、红外热成像检测、声发射、微波、激光检测法、中子照相法、敲击法以及声-超声检测法等。211　X 射线无损检测技术 X 射线无损检测中目前常用的是胶片照相法, ? 42?

复合材料无损检测技术的现状与展望

复合材料无损检测技术的现状与展望 Present Situ ation and Prospects of Nondestructive T esting and Evalu ation T echnology for Composites 中国航空工业制造工程研究所　研究员 刘松平　郭恩明 [摘要]　回顾了复合材料无损检测技术的发展, 从材料、结构和服役3个方面介绍了复合材料无损检测技术的现状及今后的发展趋势。 关键词:复合材料　无损检测　超声 [ABSTRACT]　The development of nondestruc 2tive testing and evaluation (ND T &E )technology for composites is reviewed in this paper.The present situa 2tion and the development trends of this technology are introduced in aspects of composite material ,structure and service. K eyw ords :Composites N DT &E U ltrasonic 1　概述 复合材料之所以能够成为20世纪迅速地在工业部门推广应用的新材料、新结构,无损检测技术发挥了十分重要的推动作用,反过来,复合材料也为无损检测技术的迅速发展带来了更多的研究空间。一些过去在金属材料无损检测中因技术障碍而面临困境的检测技术,在复合材料对无损检测技术的需求牵引下,得到了新的飞速发展。如针对初期基于金属材料及其结构在负载作用下产生应力波的物理现象的声发射检测技术、基于物理波相干原理的激光全息干涉检测技术、激光超声检测技术等,几乎都是70年代问世,80年代在应用中由于物理信号特征解释困难、环境条件要求苛刻或技术上有待进一步突破等原因,难以在工程上找到用武之地,自90年代后则得到了迅速的应用发展。 由于复合材料的先进性与其质量的离散性和高成本并存,在实际应用中,即使是经过研究和试验制订的合理工艺,在结构件的制造过程中还可能会产生缺陷,引起质量问题,严重时还会导致整个结构件的报废,造成重大经济损失。因此,国外自70年代以来,就针对复合材料的研究、应用开展了全方位的无损检测技术研究。早期主要是沿用金属材料所采取的一些检测方法,进行复合材料的无损检测技术探索,随着研究工作的深入,人们对复合材料的内部规律和缺陷特征有了更深的认识,发现完全采用常规金属材料无损检测的方法不能解决复合材料的无损检测问题。因此,进入80年代后,才真正走向复合材料无损检测,研究出了许多适应复合材料特点的无损检测新技术、新方法,从而为解决复合材料的无损检测、促进复合材料的推广应用发挥了重要作用。 目前复合材料无损检测已经应用于材料、结构件和服役无损检测3个方面。技术上已从初期的检测方法探索发展到目前的检测方法研究、信号处理技术、传感器技术、缺陷识别技术、成像显示技术、仪器设备技术、结构件检测技术、定量检测与评估、服役结构寿命评估、强度评估和性能测试等。无损检测技术已经成为复合材料研究和应用中的一项关键技术,融入复合材料从研究到最终装机应用的全过程,如图1所示 。 图1　复合材料与无损检测Fig.1　Composites and ND T &E 2　复合材料无损检测技术的应用范围 复合材料无损检测主要应用于以下3个方面:(1) 材料无损检测;(2)结构无损检测;(3)服役无损检测,如图2所示 。 图2　复合材料无损检测的应用Fig.2　Applications of ND T &E for composites 3第十三届国际复合材料学术会议专辑 2001年第3期

浅论复合材料无损检测技术的现状与发展论文【最新版】

浅论复合材料无损检测技术的现状与发展论文 1 概述 复合材料之所以能够成为20 世纪迅速地在工业部门推广应用的新材料、新结构, 无损检测技术发挥了十分重要的推动作用, 反过来, 复合材料也为无损检测技术的迅速发展带来了更多的研究空间。一些过去在金属材料无损检测中因技术障碍而面临困境的检测技术, 在复合材料对无损检测技术的需求牵引下, 得到了新的飞速发展。如针对初期基于金属材料及其结构在负载作用下产生应力波的物理现象的声发射检测技术、基于物理波相干原理的激光全息干涉检测技术、激光超声检测技术等, 几乎都是70 年代问世, 80 年代在应用中由于物理信号特征解释困难、环境条件要求苛刻或技术上有待进一步突破等原因, 难以在工程上找到用武之地, 自90 年代后则得到了迅速的应用发展。 由于复合材料的先进性与其质量的离散性和高成本并存, 在实际应用中, 即使是经过研究和试验制订的合理工艺, 在结构件的制造过程中还可能会产生缺陷,引起质量问题, 严重时还会导致整个结构件的报废, 造成重大经济损失。因此, 国外自70 年代以来, 就针对复合材料的研究、应用开展了全方位的无损检测技术研究。早期主要是沿用金属材料所采取的一些检测方法, 进行复合材料的无损检测技

术探索, 随着研究工作的深入, 人们对复合材料的内部规律和缺陷特征有了更深的认识, 发现完全采用常规金属材料无损检测的方法不能解决复合材料的无损检测问题。因此, 进入80 年代后, 才真正走向复合材料无损检测, 研究出了许多适应复合材料特点的无损检测新技术、新方法, 从而为解决复合材料的无损检测、促进复合材料的推广应用发挥了重要作用。 目前复合材料无损检测已经应用于材料、结构件和服役无损检测3 个方面。技术上已从初期的检测方法探索发展到目前的检测方法研究、信号处理技术、传感器技术、缺陷识别技术、成像显示技术、仪器设备技术、结构件检测技术、定量检测与评估、服役结构寿命评估、强度评估和性能测试等。无损检测技术已经成为复合材料研究和应用中的一项关键技术, 融入复合材料从研究到最终装机应用的全过程。 2 复合材料无损检测技术的应用范围 复合材料无损检测主要应用于以下3 个方面:(1)材料无损检测;(2)结构无损检测;(3)服役无损检测。 2.1 材料无损检测 材料无损检测主要解决材料研究中面临的问题,进行诸如材料内

红外热波无损检测

红外热波无损检测技术在复合材料检测方面的应用 邓淑萍郑海平姜照汉西安非金属材料材料研究所 杨玉孝西安交通大学 摘要：本文阐述了红外热波无损检测技术的基本原理和特点，介绍了国内外相关技术研究的发展现状，以及在非金属复合材料上检测应用的实例。 关键词：红外热波；复合材料 1 引言 由于复合材料具有高强度、高弹性模量、低热膨胀系数和高导热性等优良性能，现已在航天航空领域获得了广泛的应用，但是，由于复合材料制造过程复杂，在制作成型过程中受设备、环境、人员及原材料等因素的影响，在产品内部易产生空穴、裂纹、分层、多孔等缺陷，对产品的质量和安全性能影响极大，因此，对产品的检测尤为重要。 用于复合材料无损检测的方法主要有射线、超声、磁粉、渗透、涡流、激光全息及红外无损检测技术等，超声、射线检测技术应用最多，但受检测原理影响，射线检测成本高、周期长，不适于现场在线检测，对小分层、脱粘紧贴型缺陷无法检测；超声检测需要逐点扫描、检测效率低，对小、薄及结构复杂的工件检测困难，对复合构件中的脱粘紧贴型缺陷也无法检测；磁粉法只限于铁磁性材料，定量检测缺陷深度较为困难；渗透法检测程序复杂，只能检测表面开口缺陷，不能检测表面多孔性材料；涡流法对工件边缘效应敏感，易给出虚假显示；激光全息检测需暗室防震操作，检测效率低；红外无损检测技术作为复合材料结构件的一种无损检测新方法，具有快速、直观、准确、非接触的特点，对于提高复合材料构件的研制与防护质量，减少或避免重大事故的发生，具有重要的科学意义和应用价值。 2 红外热波无损检测原理及特点 红外热波无损检测技术是近年来复合材料无损检测领域发展迅速的一种新方法，与常规的超声、射线等检测技术相比，该项检测技术具有非接触、全场、大面积、快速、直观、易实现检测自动化等优点，采用专用软件对获得的红外图像信息处理后，可直接识别缺陷位置坐标，除此之外，检测时对周围环境没有特殊要求，设备轻便、可移动，特别适合现场应用和在线、在役检测，国外已经用于金属和非金属材料及其复合结构件的无损检测。 红外热成像技术理论及应用的研究重点是研究热源，产品被加热后，材料内部的缺陷改变复 合材料局部的热性能，导致材料表面温度场的变化，通过材料表面的温度图谱即可判定缺陷，采

复合材料的无损检测技术

复合材料的无损检测技术 复合材料(composite materials)是指由两种或两种以上不同性能、不同形态的组分通过复合工艺组合而成的一种多相材料，它既保持了原组分材料的主要特点又显示了原组分材料所没有的新性能。复合材料是应用现代技术发展涌现出的具有极大生命力的材料，具有刚度大、强度高、重量轻的优点，而且可根据使用条件的要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能，已成为一种当代新型的工程材料。 然而由于复合材料的非均质性和各项异性，在制造过程中工艺不稳定，极易产生缺陷。在应用过程中，由于疲劳累积、撞击、腐蚀等物理化学的因素影响，复合材料也容易产生缺陷，这些缺陷很大一部分还是产生在复合材料内部。 复合材料在制造过程中的主要缺陷有: 气孔、分层、疏松、越层裂纹、界面分离、夹杂、树脂固化不良、钻孔损伤；在使用过程中的主要缺陷有:疲劳损伤和环境损伤,损伤的形式有脱胶、分层、基本龟裂、空隙增长、纤维断裂、皱褶变形、腐蚀坑、划伤、下陷、烧伤。 由于复合材料在使用工程中承担着重要作用，因此在材料进入市场前，应该进行严格的缺陷检测，这是对使用者和加工者负责的行为。相应的，复合材料检测技术也得到了快速的发展，在检测技术中无损检测技术发展尤为突出。下面就主要的复合材料无损检测技术作简要的概述： 一、射线检测技术 1.X射线检测法 X射线无损探伤是检测复合材料损伤的常用方法。目前常用的是胶片照相法,它是检查复合材料中孔隙和夹杂物等体积型缺陷的优良方法，对增强剂分布不均也有一定的检出能力,因此是一种不可缺少的检测手段。该方法检测分层缺陷很困难，一般只有当裂纹平面与射线束大致平行时方能检出，所以该法通常只能检测与试样表面垂直的裂纹，可与超声反射法互补。中北大学电子测试国防重点实验室的研究人员将X射线与现代测试理论相结合，在数字图像处理阶段，通过小波变换与图像分解理论，将一幅图像分解为大小、位置和方向都不同的分量，改变小波变换域中的某些参数的大小，实时地识别出X射线图像的内部缺陷。 2.计算机层析照相检测法 计算机层析照相(CT)应用于复合材料研究已有十多年历史。这项工作的开展首先利用的是医用CT扫描装置，由于复合材料和非金属材料元素组成与人体相近，医用CT非常适合于复合材料和非金属材料内部非微观(相对于电子显微镜及金相分析)缺陷的检测及密度分布的测量，但医用CT不适合检测大尺寸、高密度(如金属件)的物体，为此八十年代初，美国RACOR公司率先研制出用于检测大型固体火箭发动机和小型精密铸件的工业CT。CT主要用于检测非微观缺陷(裂纹、夹杂物、气孔和分层等)；测量密度分布(材料均匀性、复合材料微气孔含量)；精确测量内部结构尺寸(如发动机叶片壁厚)；检测装配结构和多余物；三维成像与CAD /CAM等制造技术结合而形成的所谓反馈工程(RE)。航天材料及工艺研究所的研究人员用这种方法对碳/碳复合材料的研究表明，CT检测技术的空间分辨率和密度分辨率完全可以满足碳/碳复合材料内部缺陷的检出要求，但应注意伪像与产品自身缺陷的区别，以避免产生误检。 3.微博检测法 微波无损检测的基本原理是综合利用微波与物质的相互作用，一方面，微波在不连续面产生反射、散射和透射；另一方面,微波还能与被检材料产生相互作用，此时微波均会受到材料

复合材料结构的无损检测技术

复合材料结构无损检测技术研究 周广银1王中青1童建春2 （1、61255 部队航修厂，山西侯马043013 2、陆航学院机械工程系北京通州101123） Nondestructive Testing Technology for Aviation Composite Component 摘要：本文首先介绍了航空复合材料的结构类型和主要缺陷，研究了现有的复合材料外场无损检测方法的技术特点，最后分析了国内外先进的无损检测技术在应用于外场一线维修检测可行性。 关键词：直升机、复合材料、无损检测 1 引入语 随着直升机装备的不断发展，复合材料以其高的比强度、比刚度及良好的抗疲劳性和耐腐蚀性获得广泛的应用。由于影响复合材料结构完整性的因素甚多，许多工艺参数的微小差异都会导致其产生缺陷，使得产品质量呈现明显的离散性，这些缺陷严重影响构件的机械性能和完整性，必须通过无损检测来鉴别产品的内部质量状况，以确保产品质量，满足设计和使用要求。无损检测是确保飞行安全的必要手段，对复合材料部件尤为重要。 复合材料部件的检测与生产制造中的检测有较大的差别，其特点为： （1)在位检测，即检测对象不动，检测围绕检测对象来进行，检测设备都是移动式或者便携式检测设备； （2）检测对象都是部件，多为中空结构，只能从外部进行单侧检测； （3）外场检测，空中作业多，检测工作实施不便。 2 航空复合材料结构类型及其缺陷 航空结构中常用的复合材料结构主要有纤维增强树脂层板结构和夹芯结构。纤维增强树脂层板结构按照材料的不同又分为碳纤维增强树脂结构(CFRP)和玻璃纤维增强树脂结构(GFRP)；夹芯结构主要是蜂窝夹芯结构、泡沫夹芯结构和少量的玻璃微珠夹芯结构。 复合材料构件在使用过程中往往会由于应力或环境因素而产生损伤，以至破坏。复合材料损伤的产生、扩展与金属结构的损伤扩展规律有比较大的差异，往往在损伤扩展到一定的尺度以后，会迅速扩展而导致结构失效，所以复合材料在使用过程中的检测，就显得极为重要，也越来越受到人们的重视。

复合材料无损检测的介绍

2012.No16 0 摘 要 复合材料以其优异的特性得到了越来越多人的重视，随着其应用范围和应用量的不断增加，人们对其质量的要求也越来越高。在这种情况下，各种检测手段便开始被应用在了复合材料的质量检测中。其中，无损检测技术 (简称NDT)以其不破坏材料完整性等优点而成为亮点。本文对复合材料和无损检测进行了介绍，着重介绍了无损检测技术在复合材料检测中的应用。 关键词 复合材料 无损检测 在现代高技术中,材料技术已与信息技术、能源技术并列为三大支柱技术,而高新技术对于新材料的依赖也变得越来越突出。由于复合材料具有高的比强度和比刚度,性能可设计自由度高,抗腐蚀和抗疲劳能力高,减震性能好,可以制成所需的任意形状的产品和综合发挥各组成材料的优点等特性,复合材料已经和无机材料、金属材料和高分子材料一起成为材料领域的四个方面之一[1]。 复合材料的先进性与其质量的离散性和高成本并存,在实际应用中,即使经过研究和试验制定了合理的工艺,但在复合材料结构件的制造过程中还有可能产生缺陷,引起质量问题,甚至导致整个结构件的报废,造成重大经济损失。因此自20世纪70年代起,国外针对复合材料的制造和应用开展了全方位的无损检测技术研究。20世纪80年代后,许多适应复合材料特点的无损检测新技术、新方法相继诞生,为解决复合材料的无损检测、促进复合材料的推广应用发挥了重要作用[2]。 1 复合材料 复合材料（Composite Materials）一词，国外20世纪50年代开始使用，国内使用大约开始于60年代，复合材料是一类成分复杂的多元多相体系，很难准确地予以定义。比较简明的说法是，复合材料是由两种或两种以上的不同性能、不同形态的组分材料通过复合工艺组合而成的一种多相材料，它既保持了原组分材料的主要特点，又显示了原组分材料所没有的新性能。 《材料大词典》对复合材料给出了比较全面完整的定义：复合材料是由有机高分子、无机非金属、活金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使组分的性能互相补充又彼此关联，从而获得新的优异性能，与一般材料的简单混合有本质的区别。该定义强调了复合材料具有可设计性的重要特点。 1.1 复合材料的特性 复合材料的特性主要体现在以下七个方面：（1）比强度和比刚度较高。（2）力学性能可以设计。（3）抗疲劳性能良好。（4）减振性能良好。（5）通常都能耐高温。（6）安全性好。(7)成型工艺简单。 1.2 复合材料中存在的问题 （1）常规材料存在的力学问题，如结构在外力作用下的强度、刚度，稳定性和振动等问题，在复合材料中依然存在。（2）复合材料中还有许多常规材料中不存在的力学问题，如层间应力（ 层间正应力和剪应力耦合会引起复杂的断裂和脱层现复合材料无损检测的介绍 蹇福婷 王霜叶 张艳全 （重庆市机械工业理化计量中心，重庆市 401147） 象）、边界效应以及纤维脱胶、纤维断裂、基体开裂等问题。（3）复合材料的材料设计和结构设计是同时进行的，因而在复合材料的材料设计（如材料选取和组合方式的确定）、加工工艺过程（如材料铺层、加温固化）和结构设计过程中都存在力学问题。（4）复合材料难以分解，污染环境，且焚烧会产生有毒物质，危害人的身体健康。这些还有待我们的进一步研究来解决，使复合材料更适合我们人类使用。 2 无损检测 无损检测（Nondestructive Testing,缩写为NDT），就是研发和应用各种技术方法，以不损害被检测对象未来用途和功能的方式，为探测、定位、测量和评价缺陷，评估完整性、性能和成分，测量几何特征，而对材料和零（部）件所进行的检测。一般来说，缺陷检测是无损检测中最重要的方面。因此，狭义而言，无损检测是基于材料的物理性质因有缺陷而发生变化这以事实，在不改变、不损害材料和工件的状态和使用性能的前提下，测定其变化量，从而判断材料和零部件是否存在缺陷的技术。就是说，无损检测是利用材料组织结构异常引起物理量变化的原理，反过来用物理量的变化来推断材料组织结构的异常。它既是一门区别于设计、材料、工艺和产品的相对独立的技术，又是一门贯穿于军工和主导民用产品设计、研制、生产和使用全过程的综合性技术。 2.1 无损检测的发展过程 （1）无损检测技术发展的三个阶段 无损检测经历了三个发展阶段，即无损检查（Nondestructive Inspection，缩写为NDI）、无损检测（Nondestructive Testing，缩写为NDT）和无损评价（Nondestructive Evaluation，缩写为NDE）。目前一般统称为无损检测（NDT）。 工业发达国家的无损检测技术已逐步从NDI和NDT阶段向NDE阶段过度，即用无损评价来代替无损探伤和无损检测。在无损检测技术中，自动无损评价（ANDE）和定量无损评价（QNDE）是其两个主要组成部分。 （2） 无损检测技术的发展趋势 20世纪70年代以来是无损检测技术飞速发展的时期，其特点是微机技术不断应用到无损检测领域，同时无损检测技术本身的新方法和新技术也不断出现，从而使无损检测仪器的性能得到很大的提高。 目前，无损检测诊断技术正向快速化、标准化、数字化、程序化和规范化的方向发展，其中包括高灵敏度、高可靠性、高效率的无损检测诊断仪器和无损检测诊断方法，无损检测诊断和验收标准的制定以及操作步骤的程序化、实施方法的规范化、缺陷判定和评价的标准化等。无损检测技术在工业生产中将发挥越来越重要的作用。 复合材料、胶接结构、陶瓷材料以及记忆合金等材料的出现，为无损检测提出了新的研究课题，需研究新的无损检测一起和方法，以满足对这些材料进行无损检测的需要。

先进复合材料的无损检测

先进复合材料的无损检测技术研究 1复合材料的组成 碳纤维复合材料是由纤维、基体、界面组成, 其细观构造是一个复杂的多相体系, 而且是不均匀和多向异性的。由于预浸料中常常含有低分子杂质、溶剂、水分等一些易挥发物, 因而, 极易在复合材料成型过程中形成孔隙、分层等缺陷。同时, 在预浸料制作、铺放和固化过程中往往存在很多人为因素和工艺质量的不稳定性, 这使得复合材料构件的质量具有一定的随机性; 而且, 缺陷的存在是不可避免的, 因此, 对其中成型缺陷的有效检测, 是复合材料构件质量保证的必要手段。 2 复合材料的缺陷与损伤 2. 1 成型过程中产生的缺陷 复合材料在成型过程往往会由于工艺原理和理论的非完美性而产生缺陷, 如高温固化的复合材料会由于纤维与树脂基体热膨胀性能的失配而产生微裂纹, 严重时甚至造成基体开裂。湿法制作的预浸料, 由于其中的低沸点溶剂挥发不完全, 固化成型过程中, 在高温下的聚集、膨胀, 因而在复合材料中产生孔隙, 严重时可导致分层。原材料因素, 也是复合材料产生缺陷的一个主要原因。购买的预浸料中局部树脂含量不均匀、毛团、纤维弯曲会造成复合材料的贫胶、富胶和纤维曲屈。如果预浸料储存时间过长, 则会在固化成型过程中, 树脂的流动性变差而导致贫胶、富胶、纤维脱粘以至分层。由于我国的先进复合材料工业, 仍以手工操作为主, 所以人为因素的随机性是复

合材料产生缺陷的一个极为重要的原因, 如夹杂、铺层错误、固化不完全等。如果这些缺陷不能及时发现, 就会严重影响复合材料构件的使用性能, 造成不可挽回的损失。 复合材料构件在成型过程中产生的缺陷, 如果不能及时发现并进行适当的修补, 就会对构件的后加工和使用性能产生严重影响, 甚至会在二次加工中造成产品报废, 因此, 复合材料构件在加工和装配前必须进行无损检测。 2. 2 使用过程中产生的缺陷 CFRP 构件在使用过程中往往会由于应力或环境因素而产生损伤以至破坏。复合材料损伤的产生、扩展与积累会加剧材料的环境与应力腐蚀, 加速材料的老化, 造成材料的耐湿热性能严重下降, 强度与刚度的急剧损失, 大大降低材料的使用寿命, 有时会造成灾难性后果所以复合材料构件在使用过程中的定期检测, 就显得极为重要, 也越来越受到人们的重视。 3 复合材料的无损检测 检测复合材料的微观破坏和内部缺陷, 用常规的机械和物理实验方法显然不能满足其检验后的使用要求, 必须对制件进行无损探伤。无损检测技术( NDT ) 是在不损害材料/ 工件使用性能的前提下, 用于检测其特征质量, 确定其是否已达到特定的工程技术要求, 是否还可以继续服役的技术方法。它也是检验产品质量、保证产品使用安全、延长产品寿命的必要的可靠技术手段。目前X 射线法、超声法、声发射法等仍是复合材料最核心的无损检测方法。近年来,这些方法

复合材料无损检测技术

复合材料无损检测技术 超声无损检测技术是复合材料非常重要的检测手段，其使用的检测频率通常为0.5～25MHZ。超声脉冲通过探头发射进入待检测材料，并对反射和穿透信号进行分析，以得到材料结构的相关信息。虽然手动检测方法还在广泛使用，但越来越多的航空制造企业开始使用自动化的检测系统以产生直观的扫描图像，如投影图像和横断面图像，即所说的C扫描和B扫描成像。 许多航空材料和结构可以用这种方式进行成像和显示，并可检测多种类型的缺陷。对于复合材料，需要检测粘接缺陷、分层缺陷、孔隙率以及分层间的异物等。 检测技术 用于自动化检测的设备通常使用3种耦合方式，从使从探头发射的超声有效进入待检零件，他们分别是接触法、水浸法和喷水法。 接触法，即让检测探头与待检测件直接接触。该方法的优点是在检测曲面零件时可使用机械跟踪器，但检测速度受到限制。 在大多数情况下，使用水浸或喷水方法进行自动化检测，待检测零件完全浸入水中，或声束通过喷出的水柱达到零件表面。水浸检测方法通常使用脉冲回波技术从一端进行检测，同一个探头既发射又接收。最近由超声波科学有限公司(USL)安装的水浸系统升级为可在2种模式下操作，根据检测的要求和零件的形状而定。在第一种模式下，复杂形状零件使用单探头，扫描线速度500MM/S，往复运动间隔1MM，即相当于每小时扫描面积大约为2M2;系统还可以以第二种更高效的方式进行扫描，该方式使用100MM宽的相控阵探头，将相控阵扫描和机械运动相结合。该方式在检测平板件和单曲面件时可实现每分钟1M2的产量，与单探头相比，生产能力大幅提升。 一个相控阵探头包含了128个独立的晶片，这些晶片以非常小的间隔，顺序发射超声脉冲。通常是每秒 20000次，也就是说在相控阵探头随着机械运动机构覆盖整个零件的时候，像完成整个阵列128个晶片这样的一次扫描，每1秒钟

复合材料研究领域对几种无损检测技术的对比说明

复合材料研究领域对几种无损检测技术的对比说明 复合材料是两种或两种以上具有完全不同的机械性能、热学性能和电性能材料的组合。 复合材料由于其较高的材料性能，广泛应用于航空、航天、航海、汽车、体育等行业的结构材料领域。 导读 然而，在复合材料制备过程中形成的孔洞、分层或纤维分布不均匀等缺陷会严重影响复合材料的力学性能。 本研究采用热成像法、高频涡流检测法、超声波检测法、x 射线成像法、x 射线断层扫描法、高分辨率x射线CT等方法对碳纤维复合材料的显微组织进行了表征。 然后，采用连续抛磨切片技术对同一试样进行了三维重构。 为了更好地分析这项工作的结果，并为复合材料中包含的所有特征和缺陷提取一个清晰的体积图像，对数百个显示微观结构变化的三维无损检测和多序列扫描图像进行了深入的比较。

(图片与内容无关) 试验概况介绍 复合材料由两种或两种以上的材料制成，以利用组件达到的理想特性。 复合材料通常由增强剂（纤维）和相容的树脂粘合剂（基体）组成，以获得所需的性能。 先进的复合材料可以分为分层结构和三明治夹层结构。 分层结构是粘合在一起的复合材料层或堆积材料层，而夹层是由复合材料薄层（蒙皮）之间的低密度芯组成的多层复合结构[ 1 ]。 为了评估几种成像无损检测方法在检测可能影响碳纤维复合材料力学性能的所有特征和缺陷方面的测量效率，本研究的目的如下： 1.. 在手工铺敷的固化过程中，通过改变真空压力来制造具有预定孔隙度和分层的碳/ 环氧复合材料。 2.. 进行多种3 D- NDE 成像技术检测，以表征碳/ 环氧复合材料特定区域中包含的所有微观特征。 3.. 实现自动连续切片，对成像无损检测技术提供同一区域内数百层的真实图像。

航空复合材料结构的无损检测技术

在役航空复合材料结构的无损检测技术 关键词：航空复合无损检测 随着航空制造技术的不断发展，复合材料以其高的比强度、比刚度及良好的抗疲劳性和耐腐蚀性获得广泛的应用。由于影响复合材料结构完整性的因素甚多，许多工艺参数的微小差异都会导致其产生缺陷，使得产品质量呈现明显的离散性，这些缺陷严重影响构件的机械性能和完整性，必须通过无损检测来鉴别产品的内部质量状况，以确保产品质量，满足设计和使用要求。 在役飞机的无损检测是确保飞行安全的必要手段，对复合材料部件尤为重要。在役飞机复合材料部件的检测与生产制造中的检测有较大的差别，其特点为： （1）在位检测，即检测对象不动，检测围绕检测对象来进行，检测设备都是移动式或者便携式检测设备； （2）检测对象都是部件，多为中空结构，只能从外部进行单侧检测； （3）外场检测，空中作业多，检测工作实施不便。 航空复合材料结构类型及其缺陷 航空结构中常用的复合材料结构主要有纤维增强树脂层板结构和夹芯结构。纤维增强树脂层板结构按照材料的不同又分为碳纤维增强树脂结构（CFRP）和玻璃纤维增强树脂结构（GFRP）；夹芯结构主要是蜂窝夹芯结构、泡沫夹芯结构和少量的玻璃微珠夹芯结构。 复合材料构件在使用过程中往往会由于应力或环境因素而产生损伤，以至破坏。复合材料损伤的产生、扩展与金属结构的损伤扩展规律有比较大的差异，往往在损伤扩展到一定的尺度以后，会迅速扩展而导致结构失效，所以复合材料在使用过程中的检测，就显得极为重要，也越来越受到人们的重视。 1纤维增强树脂层板结构中存在的主要缺陷 纤维增强树脂层板结构在成型过程中往往会由于工艺原因而产生缺陷，人为操作的随机性会产生夹杂、铺层错误等缺陷；固化程控不好会产生孔隙率超标、分层、脱胶等缺陷；在制孔过程和装配中会形成孔边的分层缺陷；使用中由于受载荷、振动、湿热酸碱等环境因素的综合作用会导致初始缺陷（如分层、脱胶）的扩展和分层、脱胶、断裂等新的损伤和破坏的发生。 2夹芯结构中存在的主要缺陷 夹芯结构在成型过程中也会由于工艺原因而产生某些缺陷；为操作误差等会产生蜂窝芯的变形、节点脱开、因为蜂窝芯过低导致的弱粘接等缺陷，固化程控不好会导致局部的贫胶或富胶、弱粘接、发泡胶空洞等缺陷；使用中会导致初始缺陷（如弱脱胶）的扩展和脱胶、进水、蜂窝芯压塌等新的损伤和破坏的发生。泡沫夹芯结构会产生脱胶、芯子开裂等类型的缺陷。

谈无损检测工作的重要性

随着社会主义市场经济的蓬勃发展，我国的工业化程度有了大幅度的提高，各种机械设备装置在各行业的应用越来越普及。伴随着各种机械设备装置的大量应用，其潜在的安全隐患也建逐渐显露了出来，尤其是近年来的锅炉爆炸、管道泄漏等安全事故频繁发生，不禁给我们敲响了警钟。是什么原因导致这些安全事故发生的呢？难道在事故发生之前没有不能查出这些安全隐患防患于未然吗？那么查出安全隐患的手段又是什么呢？ 无损检测就是发现这类安全隐患的直接而有效的手段之一。所谓的无损检测，就是指不损及其将来使用和使用可靠性，对材料或制件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、化学成分、组织结构和力学性能的评定。无损检测的运用广泛到涉及民航、铁道、石油、锅容管特等关系到人民的生命安全和生产安全的重要部门。无损检测技术是在第二次世界大战后迅速发展起来的一门综合工程技术，它主要是根据物质的各种物理特性变化，在不损伤被检物使用性能与形状的条件下可以实现百分之百检查，从而判断被检物的质量状况。因此，它的应用已经在工业生产、物理研究和生物工程等广大科技领域获得极大的重视和迅猛发展，已经成为控制产品质量、保证设备安全运行等方面的极为重要的技术手段。不仅如此，它已经从单纯的检测技术发展为无损评价技术，不仅包含了无损检查与测试，还涉及以断裂力学为基础的损伤容限设计而对产品及设备的安全使用寿命作出评估，因此尽管无损检测技术本身并非是一种生产技术，但其技术水平却能反映该部门、该行业、该地区甚至该国的工业技术水平。在机械制造业以及军事工业中它已经占据了相当重要的地位，在许多重要的大型设备安全保障体系中都发挥着重要作用。然而，在一般设备或者普通民用设备的诊断维护工程中则尚未受到足够的重视和广泛应用。 无损检测的手段主要可分为X射线探伤检测、超声探伤检测、磁粉探伤检测等等。X射线检测所依据的是被检工件由于成分、密度、厚度等的不同，对射线产生不同的吸收或散射的特性，对被检工件的质量、尺寸、特性等作出判断，X射线检测适用于各种材料的检验，对被检工件的表面和结构没有特殊要求。它的检验原理决定了这种技术最适宜检验体积型缺陷，目前X射线探伤检测广泛的用于机械、航空航天等方面的铸件和焊接件的检验。 利用超声波作为无损检测的手段，主要是取决于超声自身的传播特性，超声波测定的原理分为穿透应力波系统和脉冲-反应系统两种，现有设备也是按照这两种原理设计生产制造的，通过对超声波作用在试件上的反射波、透射波和折射波进行研究，可以对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构评价。超声法的适用范围广至金属、非金属、复合材料，它对确定工件的内部缺陷的大小、位置、取向、性质等参量较之其它无损检测方法有综合优势，但是它对试件的形状的复杂性有一定的限制。利用超声检测的手段，我们可以定量的分析锅炉、压力容器、铁路轨道在内部存在的缺陷。 众所周知，铁磁金属材料在作为受力结构件的使用过程中会不同程度承受疲劳载荷，从而引发疲劳裂纹。由于疲劳裂纹大多萌生于表面或近表面的微观缺陷所带来的应力集中区域，加上构件中存在的应力集中还可以使有的材料产生应力腐蚀等早期损伤，故有效的实施构件表面及近表面的应力检测对铁磁性材料构件的安全使用具有非常重要的意义。磁粉探伤检测手段的原理非常简单，即当被磁化的铁磁性材料的表面或近表面存在缺陷从而导致该处的磁阻有足够的变大时，在材料的表面空间可形成漏磁场，将微细的铁磁性粉末施加在次表面上，漏磁场吸附磁粉形成磁痕显示出缺陷的存在及形状。虽然它有着仅适用于铁磁性材料及缺陷必须在表面或近表面的缺点，但是它的优点也很多，即：显示出来的缺陷的形状、大小、位置、比较准确，而且使用方便、检测速度快，工艺简单，费用低廉。目前广泛的用于钢铁生产、石油运输、锅炉检测等方面。 无损检测技术属于高新科技领域的特种测试技术，当把它与断裂力学、损伤容限设计等安全评价技术相结合时，它不但能有效地检测出危害性缺陷而且可以根据检测评定缺陷的大小、数量、长度、密集度、缺陷所在位置及缺陷性质等因素对在役设备继续运行的安全性、使用寿命等做出评价，因此，如果能在设备工程中广泛推广应用无损检测技术，相信对在役设备安全运行的保障体系将做出极其有益的贡献和获得良好的经济效益。 无损检测的数据是否准确，关键在于选取适当的无损检测手段以及所使用的设备的性能的怎样，使用性能稳定、合格的无损检测设备是出具准确数据的直接因素，由于数据不精确而导致的事故以及屡见不鲜了，

浅析复合材料的无损检测技术

浅析复合材料的无损检测技术 无损检测技术在对复合材料进行检测的过程中，不会损坏材料的结构以及形状，不影响其使用性能，通过抽样检查或者逐渐检查的方式，来获取材料的结构信息以及缺陷状况。由于具有高的强度重量比和模量重量比，复合材料是十分有用结构材料，不论微观上还是宏观上，复合材料都是多层的，非均匀的和各向异性的，复合材料中大部分不连续性与金属中不同，而且断裂机理要复杂得多。因此复合材料无损检测形成了一套特有理论基础及实践经验。本文对于复合材料的无损检测技术进行了探讨和研究，希望为以后的具体工作起到一定的参考作用。 标签：复合材料；无损检测；检测系统；验收标准 1 无损检测技术在复合材料检测中的应用概述 为了保证复合材料结构的完整性，必须对其进行准确的缺陷以及损伤的检测，一旦发现问题，及时修复，进而对材料的性能进行准确的评价和判断。不同的复合材料，其结构和性质各不相同，所选取的无损检测方法也存在着差异，现阶段，被广泛应用的无损检测方法包括：X射线检测无损检测法、超声波无损检测法、计算机层析检测法、红外热成像检测法、声发射法等，各种不同那个的无损检测方法也都有自身的应用范围、优点和缺陷。 2 无损检测研究 由于高强度、高模量.脆性的增强剂均匀的与低强度、低模量、韧性的基体相结合而组成的纤维增强型塑料复合材料具有综合优良性能，近年来已获得迅速发展和广泛应用.但由于制造工艺上的原因，使产品的质量保证成了关键问题。 所有工程结构都必须满足一定工程任务的各项技术性能的要求。因而，当设计某一结构时，首先需要掌握该结构材料的强度、模量、疲劳寿命等数据。这些数据又都是以一定的机械试验为基础的.实际使用的结构如果只是几何形状等项与设计要求相符，那是不够的，更重要的是，工程结构件的质量性能应比试验件的质量性能好。只有这样，该工程结构才能满足使用要求而不会出现意外损坏，才算达到了构件的质量保证。无疑要做到这一点，使用的构件必须不存在超过试验件的缺陷。 复合材料构件的缺陷主要有三类：一是与纤维有关的缺陷；二是与树脂基体有关的缺陷；三是由制造过程造成的缺陷，如纤维的损伤、纤维的不齐平、树脂过多或过少、欠固化或过固化等等。 3 复合材料工艺的特点 一次成形制成组件或部件，二次加工量很少，因而材料缺陷总是呈现于完工的构件中。保证质量的手段之一是对纤维原料和基体材料的验收以及对制造工艺

复合材料无损检测

金属基复合材料超声无损检测及评价技术的发展 金属基复合材料同时具有金属的性能（塑性和韧性）和陶瓷的优点（高强度和高刚度），如硼或碳化硅增强的铝或钛在性能上比基体材料均有明显的改善，除比强度、比刚度和工作温度提高外，还具有耐磨损、抗老化、不吸湿、不放气、尺寸稳定等特点，它在工业中的应用有利于提高零件强度，减轻产品重量。从20世纪60年代开始，金属基复合材料就受到了广泛的关注，但由于制造工艺复杂，成本较高，它主要被应用于航空航天领域。 金属基复合材料通常采用铸锭冶金法或粉末冶金工艺制备，均有可能产生增强体分布不均匀等缺陷，从而导致材料的性能下降或性能分散度大。传统的方法是通过金相照片观察材料的组织结构与形态，从而确定材料是否包含缺陷，或采用力学性能试验机等仪器设备直接测量材料的机械性能。上述这些方法都必须破坏试样，甚至造成材料无法使用，且存在操作复杂，费时费力，检测区域受限等问题，严重限制了材料使用范围。因此，迫使人们开展金属基复合材料的无损检测和评价方法的研究，以满足工程实际的需要。 金属基复合材料的超声无损检测 超声波检测技术在金属基复合材料方面的应用主要分为2类：一是探测材料或构件中是否存在缺陷，并对缺陷的形状、大小、方位、取向、分布和内含物等情况进行判断，即超声无损检测（Ultrasonic Non-destructive Testing，UNDT）；二是借鉴有损测试手段获得的信息，在材料的力学性能、微观结构与无损检测参量之间建立相关联系，进而对材料进行评价，即超声无损评价（Ultrasonic Non-destructive Evaluation，UNDE）。 由于UNDT操作简单，成本较低，对人体无害，已被广泛应用于金属基复合材料的检测。UNDT检测的缺陷对象除裂纹、内孔等普通缺陷外，还包括增强体偏聚等金属基复合材料特有的缺陷。利用聚焦探头进行超声C扫描，可以获得存在团聚、气孔等缺陷的分布图像。P.K.Liaw在对粉末冶金工艺制造的SiCp增强6013铝合金（增强体体积百分比为25%）坯料进行无损检测中，首先使用5MHz 聚焦探头对试样进行了超声C扫描成像，从图像中可以清晰地辨认出SiCp的团聚，其中最小的团聚体直径为1.6mm；然后利用扫描电镜观察了对应位置的微观结构形貌，验证了C扫描结果的正确性。K.Lemster在研究X38CrMoV5-1/Al2O3金属基复合材料的机械性能时使用超声C扫描对材料内部的均匀性和裂纹进行了检测。国内魏勤等人利用超声C扫描对SiCp/Al试样进行了检测，可以清晰地看出材料中的团聚和孔洞。 金属基复合材料的超声无损评价是通过可测的声学参量，如声速、声衰减系数、回波频率等对材料的弹性常数、SiCp体积百分比含量、孔隙率等特征进行测量，从而对材料的力学性能、成分或微观结构等方面做出评价。在对材料进行

基于空间相移技术的航空复合材料激光散斑无损检测仪的研制

基于空间相移技术的航空复合材料激光散斑无损检测仪 的研制 陈荔新1，颜卫卫1，马铁军1，2，谢雷2，黄嘉兴2，曾启林2 （1．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640；2.广州华工百川科技股份有限公司广东广州510640）摘要：简单介绍了无损检测技术的几种方法，并对激光错位散斑的原理进行了阐述。然后介绍了华工百川公司自行研制的复合材料无损检测仪，以及对缺陷检测效果的进行了分析与改进。关键词：无损检测；激光错位散斑；空间相移；航空复合材料中图分类号：TP-19 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2013）01-0092-04 Research on laser shearography instrument for nondestructive testing of aeronautical composite based on spatial phase -shifting method CHEN Li -xin 1，YAN Wei -wei 1，MA Tie -jun 1，2，XIE Lei 2，HUANG Jia -xing 2，ZENG Qi -lin 2 （1.School of Mechanical and Automotive Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou 510640，China ； 2.Guangzhou SCUT Bestry Technology Co.，Ltd ，Guangzhou 510640，China ） Abstract:This article simply introduces several methods of nondestructive testing technology ，and expounds the principle of laser shearography .And then it introduces the instrument for nondestructive testing of composite which researched by the company of SCUT Bestry ，as well as to analyze and improve the detection effect of the defect. Key words:nondestructive testing ；laser shearography ；spatial phase -shifting ；aeronautical composite 收稿日期：2012-09-12 稿件编号：201209078 作者简介：陈荔新（1987—），男，福建莆田人，硕士研究生。研究方向：聚氨酯实心轮胎项目的温度场的试验研究与有限元软件 的分析模拟。 随着航空制造技术的不断发展，复合材料以其高的比强度、比刚度及良好的抗疲劳性和耐腐蚀性获得广泛的应用。由于影响复合材料结构完整性的因素甚多，许多工艺参数的微小差异都会导致其产生缺陷，使得产品质量呈现明显的离散性，这些缺陷严重影响构件的机械性能和完整性，必须通过无损检测来鉴别产品的内部质量状况，以确保产品质量，满足设计和使用要求。 在复合材料结构的生产过程中，为了确定其技术指标是否达到设计要求，在生产的各个环节中，都会通过不同的无损检测手段来检验产品质量，以确保产品的最终质量。其中有些方法也被移植应用于外场的检测，这些方法包括目视法、敲击法、声阻法、声谐振法、超声检测技术、射线检测技术等。然而这些传统的检测方法都具有一定的局限性，相应发展起来的复合材料结构外场无损检测新技术、新方法有：外场在位检测的便携式超声C 扫描系统、X 射线非胶片成像技术、红外热成像技术、激光错位散斑干涉无损检测技术等[1]。本文正是基于激光错位散斑技术的应用，而进行开发的一个复合材料无损检测仪。 1基本原理 激光错位散斑（Laser Shearography ）技术也称剪切散斑技 术，是20世纪80年代兴起的用于表面变形测量的新型光学检测技术。该技术用于无损检测的原理与激光全息干涉类似，都是通过对待测物体加载，观察缺陷表面异常变形所产生的异常光学干涉条纹来判断缺陷特征。与激光全息检测相比，错位散斑技术操作方便、检测效率高。 Shearography 不仅光学干涉装置比较简单，而且对刚体 运动和机械噪声不敏感，对系统的隔震要求也不高， Shearography 较ESPI 更适合于如生产线上的现场检验。与非 光测技术相比，如C 扫描，Shearography 是非接触式的，不需要任何介质，而且速度快，适合于工程结构，特别是大型结构的现场无损检测，这是C 扫描难以做到的。 1.1剪切电子散斑 剪切电子散斑[2]系统的原理如图1所示。 电子设计工程 Electronic Design Engineering 第21卷 Vol.21 第1期No.12013年1月Jan.2013 图1 剪切电子散斑系统原理图 Fig.1The schematic diagram of ESSPI system －92－