航空航天复合材料无损检测常见方法

随着新型复合材料的迅速开发和应用，其制备材料及过程监测产品缺陷检测及质量评价等已成为不可缺少的环节。无损检测专业已把以复合材料为主要对象的新材料，新结构的检测技术的研究与应用作为近年来的主攻方向，而对于航空航天复合材料构件的无损检测，更成为近年来相关领域研究的重要内容。本文将对航空航天复合材料无损评价中的几种主要方法作简要评述。
 
 
1、涡流法
 
涡流检测法的基本原理是涡流探头中线圈通以交变电流后能产生交变磁场。由于交变磁场的存在，放在线圈附近的试样在线圈交变磁场的作用下，可以感应出旋涡状电流，称之为涡流。该涡流又能产生一个交变反磁场，2个方向相反的磁场叠加形成一个合成磁场，因此改变了线圈磁场，从而使流经线圈的电流也随着变化。当线圈上的电压恒定，线圈的电流变化，则引起线圈的阻抗变化。通过测量阻抗的变化，可得到试样内部的信息，如导电率、导磁率和缺陷等。但是此方法只适用于能导电的复合材料，对 GFRP(玻璃纤维增强复合材料)与 KFRP ( 凯芙拉纤维增强复合材料)不适用，而对CFRP(碳纤维增强复合材料) 是适用的.这种涡流检测法可检测出CFRP的纤维含量与缺陷.该方法需用标准试样对照，应用受到限制。
 
2、射线检测法
 
过去的50多年里，射线检测已成为工业无损检测的主要技术之一，在工业产品的结构测量、缺陷监测 和损伤评价等方面获得了广泛应用。显示出射线检测在现代无损检测领域的重要地位和作用。下面将射线检测在航空航天复合材料无损评价中的应用作简要评述。
 
2.1射线照相检测法
 
X 射线照相检测是最传统的无损检测方法之一，也是一种得到很好的认可与评价、并在工业领域得到广泛应用的检测方法。其原理是根据射线穿过不同材料时衰减量不同引起透射射线强度的变化，而在胶片上呈现明暗不同的影像， 从而检测出被测物体中存在的缺陷。Cooper等采用一个高分辨率系统，对硼环氧树脂蒙皮-金属蜂窝飞机结构件中的腐蚀损伤成功地进行了定位。陈伯火等利用X射线照相法检测火箭发动机固体药柱内部气孔，在底片上能显示 出中≥3mm的气孔，能够满足设计对气孔缺陷检测的指标要求。
 
3、超声波检测法
 
超声波检测法是广泛用于材料探伤的常用方法， 也是最早用于复合材料无损评价的方法之一 。它主要利用复合材料本身或其缺陷的声学性质对超声波传播的影响来检测，材料内部和表面的缺陷， 如气泡、分层、裂纹、脱粘、贫胶等。超声波探伤具有灵敏度高、穿透性强、 检验速度快、成本低和对人体无害等优点。在回顾以往使用过的无损检测方法时，我们发现很多工作是使用超声波检测法评价复合材料整体性的 ， 如脉冲回波法、穿透法和兰姆波法等。这些方法对于检测和评价复合材料的可靠性和灵敏度是众所周知的。表面扫描自动化系统和超声信号分析软件的开发使得可以获取可重复的C扫描图像 ， 显示出非常小的缺陷并可在任意深度进行缺陷定位。
 
德国的 W.H illger使用超声波成像技术对具有CFRP表面和诺梅克斯芯的夹层构件进行了缺陷检测。作者对由这种夹层材料制造的EH101型直升机的尾翼部分进行了现场检测，由后壁回声纪录的C扫描图像显示了由缺陷引起的大约-24dB的幅值下降，而表面的B扫描显示 了构件不同深度上冲击损伤引起的回波。魏勤等明指出，铝基SiC复合材料中的缺陷通常是凝聚物或裂痕，通过超声波C扫描装置可以直观显示 AI/SIC材料中的这些缺陷，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。
 
 
复合材料结构无损检测发展特点
 
通过上述对复合材料无损检测术的分析，可以得出它的一些发展特点： (1)微观缺陷检测受到重视。 复合材料制备过程中产生的宏观缺陷如裂纹等，通过严格控制工艺往往 以避免。而复合材料结构内部的微小气孔形成的疏松等缺陷的检测越来越受到重视。诸如目前开发的微波检测 和超声频谱分析等技术就是针对微观缺陷检测的。(2)过程监控等技术得到发展。通过对结构件加工和使用过程的实时监控，预测破坏的先兆，是保证产品质量的一项有效措施。(3) 计算机技术的应用。许多新近开发的无损检测方法都需要计算机技术的支持，如工业CT 检测获取的数字图像就需要先进的计算机图像处理技术来实现图像处理，进行缺陷的分类和定量分析等工作。