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航空航天復合材料無損檢測常見方法
 點擊數:389次 添加時間:2019-10-5 [打印] [返回] [收藏]

       隨著新型復合材料的迅速開發和應用,其制備材料及過程監測產品缺陷檢測及質量評價等已成為不可缺少的環節。無損檢測專業已把以復合材料為主要對象的新材料,新結構的檢測技術的研究與應用作為近年來的主攻方向,而對于航空航天復合材料構件的無損檢測,更成為近年來相關領域研究的重要內容。本文將對航空航天復合材料無損評價中的幾種主要方法作簡要評述。

1、渦流法

渦流檢測法的基本原理是渦流探頭中線圈通以交變電流后能產生交變磁場。由于交變磁場的存在,放在線圈附近的試樣在線圈交變磁場的作用下,可以感應出旋渦狀電流,稱之為渦流。該渦流又能產生一個交變反磁場,2個方向相反的磁場疊加形成一個合成磁場,因此改變了線圈磁場,從而使流經線圈的電流也隨著變化。當線圈上的電壓恒定,線圈的電流變化,則引起線圈的阻抗變化。通過測量阻抗的變化,可得到試樣內部的信息,如導電率、導磁率和缺陷等。但是此方法只適用于能導電的復合材料,對 GFRP(玻璃纖維增強復合材料)與 KFRP ( 凱芙拉纖維增強復合材料)不適用,而對CFRP(碳纖維增強復合材料) 是適用的.這種渦流檢測法可檢測出CFRP的纖維含量與缺陷.該方法需用標準試樣對照,應用受到限制。

2、射線檢測法

過去的50多年里,射線檢測已成為工業無損檢測的主要技術之一,在工業產品的結構測量、缺陷監測 和損傷評價等方面獲得了廣泛應用。顯示出射線檢測在現代無損檢測領域的重要地位和作用。下面將射線檢測在航空航天復合材料無損評價中的應用作簡要評述。

2.1射線照相檢測法

X 射線照相檢測是最傳統的無損檢測方法之一,也是一種得到很好的認可與評價、并在工業領域得到廣泛應用的檢測方法。其原理是根據射線穿過不同材料時衰減量不同引起透射射線強度的變化,而在膠片上呈現明暗不同的影像, 從而檢測出被測物體中存在的缺陷。Cooper等采用一個高分辨率系統,對硼環氧樹脂蒙皮-金屬蜂窩飛機結構件中的腐蝕損傷成功地進行了定位。陳伯火等利用X射線照相法檢測火箭發動機固體藥柱內部氣孔,在底片上能顯示 出中≥3mm的氣孔,能夠滿足設計對氣孔缺陷檢測的指標要求。

3、超聲波檢測法

超聲波檢測法是廣泛用于材料探傷的常用方法, 也是最早用于復合材料無損評價的方法之一 。它主要利用復合材料本身或其缺陷的聲學性質對超聲波傳播的影響來檢測,材料內部和表面的缺陷, 如氣泡、分層、裂紋、脫粘、貧膠等。超聲波探傷具有靈敏度高、穿透性強、 檢驗速度快、成本低和對人體無害等優點。在回顧以往使用過的無損檢測方法時,我們發現很多工作是使用超聲波檢測法評價復合材料整體性的 , 如脈沖回波法、穿透法和蘭姆波法等。這些方法對于檢測和評價復合材料的可靠性和靈敏度是眾所周知的。表面掃描自動化系統和超聲信號分析軟件的開發使得可以獲取可重復的C掃描圖像 , 顯示出非常小的缺陷并可在任意深度進行缺陷定位。

德國的 W.H illger使用超聲波成像技術對具有CFRP表面和諾梅克斯芯的夾層構件進行了缺陷檢測。作者對由這種夾層材料制造的EH101型直升機的尾翼部分進行了現場檢測,由后壁回聲紀錄的C掃描圖像顯示了由缺陷引起的大約-24dB的幅值下降,而表面的B掃描顯示 了構件不同深度上沖擊損傷引起的回波。魏勤等明指出,鋁基SiC復合材料中的缺陷通常是凝聚物或裂痕,通過超聲波C掃描裝置可以直觀顯示 AI/SIC材料中的這些缺陷,根據缺陷在顯示圖形中的位置可判定工件中所對應缺陷的位置。


復合材料結構無損檢測發展特點


通過上述對復合材料無損檢測術的分析,可以得出它的一些發展特點: (1)微觀缺陷檢測受到重視。 復合材料制備過程中產生的宏觀缺陷如裂紋等,通過嚴格控制工藝往往 以避免。而復合材料結構內部的微小氣孔形成的疏松等缺陷的檢測越來越受到重視。諸如目前開發的微波檢測 和超聲頻譜分析等技術就是針對微觀缺陷檢測的。(2)過程監控等技術得到發展。通過對結構件加工和使用過程的實時監控,預測破壞的先兆,是保證產品質量的一項有效措施。(3) 計算機技術的應用。許多新近開發的無損檢測方法都需要計算機技術的支持,如工業CT 檢測獲取的數字圖像就需要先進的計算機圖像處理技術來實現圖像處理,進行缺陷的分類和定量分析等工作。


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