航空復合材料與缺陷的無損檢測
2015-08-26
無損檢測(Non-Destructive Testing，NDT)即采用非破壞性手段，利用聲、光、電、熱、磁和射線等技術探測材料、構件內部的孔隙、夾雜、裂紋、分層等影響其使用的缺陷及其位置。目前，航空復合材料無損檢測方法主要有超聲檢測、射線檢測等。本文結合常見缺陷類型，論述了航空復合材料對無損檢測技術的需求，介紹了幾種航空復合材料無損檢測技術的現狀及其應用，并且針對航空復合材料無損檢測技術的發展趨勢進行了展望。
航空復合材料與缺陷的無損檢測
復合材料具有重量輕、比強度高、比剛度高、耐疲勞、可設計性等優點，有利于航空飛行的減重，因而獲得越來越廣泛的應用。纖維增強復合材料在物理性能上的各向異性、聲衰減嚴重等特點使其在無損檢測方面與傳統金屬材料存在區別，如何進行復合材料內部的質量控制成為研究熱點。下面結合復合材料常見的缺陷類型，簡述航空復合材料對無損檢測的技術需求。
復合材料中的缺陷類型一般包括：裂紋、樹脂開裂、斷裂、膠接缺陷、空隙、分層、夾雜物、溢膠、脫膠、膠層超厚或超薄、纖維斷裂與卷曲、貧膠、厚度偏離、磨損、劃傷、樹脂堆積、鋪層皺折、凹坑、凸起、積瘤等。其中裂紋、斷裂、空隙、分層等一般是航空復合材料構件上最主要的缺陷。航空復合材料構件常見的缺陷類型、影響及檢測特點。
微波檢測
作為一種高頻電磁波，微波的特點是波長短、頻率高、頻帶寬，其波長在1mm~1000mm 之間，頻率通常為300MHz~300GHz。微波在復合材料中穿透能力強、衰減小，可以克服其它檢測方法的不足，如超聲波在復合材料中衰減大、難以檢測內部較深部位的缺陷，射線對平面型缺陷檢測靈敏度低等，微波檢測對復合材料結構中的孔洞、疏松、基體開裂、分層和脫粘等缺陷具有較高的靈敏性。
1967 年，美國空軍燃燒控制工程實驗室使用頻率為9.6GHz(X- 波段) 和35GHz(Ka 波段) 的微波，利用反射法對塑料薄片厚度進行測量，精度可達0.125mm。該實驗室對環氧樹脂樣品進行掃描，能夠檢測出直徑為1.02mm~5.8mm 的缺陷;掃描纖維纏繞增強塑料，能夠檢測到內部面積小至直徑1.2mm、分別在厚度2.5mm~50mm 的塑料與4.0mm~75mm的橡膠襯墊之間的脫粘;利用穿透法測定微波的能量變化能夠檢測到0.02mg/cm3 的密度變化。上世紀70 年代以來，美國AD 報告和NASA報告大量介紹了大型固體火箭發動機的微波無損檢測，主要有駐波干涉法、反射法和散射法。駐波法一般用于測厚反射法可以發現固體推進劑內深600mm 處直徑25mm 的氣孔缺陷。
綜上所述，雖然用于航空復合材料的無損檢測技術有多種，但每種技術都有其特定的應用范圍和優缺點，單一方法難以實現對所有類型缺陷的檢測，通常需要多種方法相結合。隨著復合材料在航空結構件上應用比例的不斷提高，為保障飛行安全，監控復合材料結構的內部質量受到越來越廣泛的關注。因此，航空復合材料無損檢測技術也越來越多地應用于航空復合材料結構成型、裝配、試驗、維護和使用的全過程中。
無損檢測(Non-Destructive Testing，NDT)即采用非破壞性手段，利用聲、光、電、熱、磁和射線等技術探測材料、構件內部的孔隙、夾雜、裂紋、分層等影響其使用的缺陷及其位置。目前，航空復合材料無損檢測方法主要有超聲檢測、射線檢測等。本文結合常見缺陷類型，論述了航空復合材料對無損檢測技術的需求，介紹了幾種航空復合材料無損檢測技術的現狀及其應用，并且針對航空復合材料無損檢測技術的發展趨勢進行了展望。
航空復合材料與缺陷的無損檢測
復合材料具有重量輕、比強度高、比剛度高、耐疲勞、可設計性等優點，有利于航空飛行的減重，因而獲得越來越廣泛的應用。纖維增強復合材料在物理性能上的各向異性、聲衰減嚴重等特點使其在無損檢測方面與傳統金屬材料存在區別，如何進行復合材料內部的質量控制成為研究熱點。下面結合復合材料常見的缺陷類型，簡述航空復合材料對無損檢測的技術需求。
復合材料中的缺陷類型一般包括：裂紋、樹脂開裂、斷裂、膠接缺陷、空隙、分層、夾雜物、溢膠、脫膠、膠層超厚或超薄、纖維斷裂與卷曲、貧膠、厚度偏離、磨損、劃傷、樹脂堆積、鋪層皺折、凹坑、凸起、積瘤等。其中裂紋、斷裂、空隙、分層等一般是航空復合材料構件上最主要的缺陷。航空復合材料構件常見的缺陷類型、影響及檢測特點。
微波檢測
作為一種高頻電磁波，微波的特點是波長短、頻率高、頻帶寬，其波長在1mm~1000mm 之間，頻率通常為300MHz~300GHz。微波在復合材料中穿透能力強、衰減小，可以克服其它檢測方法的不足，如超聲波在復合材料中衰減大、難以檢測內部較深部位的缺陷，射線對平面型缺陷檢測靈敏度低等，微波檢測對復合材料結構中的孔洞、疏松、基體開裂、分層和脫粘等缺陷具有較高的靈敏性。
1967 年，美國空軍燃燒控制工程實驗室使用頻率為9.6GHz(X- 波段) 和35GHz(Ka 波段) 的微波，利用反射法對塑料薄片厚度進行測量，精度可達0.125mm。該實驗室對環氧樹脂樣品進行掃描，能夠檢測出直徑為1.02mm~5.8mm 的缺陷;掃描纖維纏繞增強塑料，能夠檢測到內部面積小至直徑1.2mm、分別在厚度2.5mm~50mm 的塑料與4.0mm~75mm的橡膠襯墊之間的脫粘;利用穿透法測定微波的能量變化能夠檢測到0.02mg/cm3 的密度變化。上世紀70 年代以來，美國AD 報告和NASA報告大量介紹了大型固體火箭發動機的微波無損檢測，主要有駐波干涉法、反射法和散射法。駐波法一般用于測厚反射法可以發現固體推進劑內深600mm 處直徑25mm 的氣孔缺陷。
綜上所述，雖然用于航空復合材料的無損檢測技術有多種，但每種技術都有其特定的應用范圍和優缺點，單一方法難以實現對所有類型缺陷的檢測，通常需要多種方法相結合。
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