樹脂基復合材料無損檢測技術
日期：2023-08-11
來源：多浦樂
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樹脂基復合材料由于具有高比強、高比模、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、阻尼減震性好、破損安全性好、性能可設計等優點，已發展成為航空航天結構的基本材料。同時復合材料的先進性與其質量的離散性和高成本并存, 在實際應用中, 即使經過研究和試驗制定了合理的工藝, 但在復合材料結構件的制造過程中還有可能產生缺陷, 引起質量問題, 甚至導致整個結構件的報廢, 造成重大經濟損失。因此復合材料的無損檢測技術應運而生，早期復合材料的無損檢測技術主要沿用金屬的無損檢測，但發現其不能完全解決復合材料的無損檢測問題，20 世紀80 年代后, 許多適應復合材料特點的無損檢測新技術、新方法相繼誕生。
● 分層：基體，纖維，磨具熱膨脹系數不匹配或存儲時間過長；
● 夾雜：操作失誤或預浸料本身有缺陷或操作不當；
● 脫粘：粘結劑選擇不當或固化不完全；
● 孔隙：溶劑、低分子雜質的揮發，真空控制不當；
● 沖擊、撞擊損傷：工具脫落或其他外物體碰撞引起；
● 纖維曲屈：預浸料本身有缺陷或操作不當；
● 纖維斷裂：預浸料中纖維質量不好；
射線檢測技術適合于孔隙、夾雜等體積型缺陷檢測，對平行于射線穿透方向的裂紋有比較好的檢測效果，對復合材料中特有的樹脂聚集與纖維聚集等缺陷也有一定的檢測能力，在鋪層數量較少時，還可發現鋪層內纖維彎曲等缺陷。由于分層缺陷對射線穿透方向上介質并無明顯影響，因此分層缺陷在成像上并不明顯。同樣的原因，射線檢測技術對平行于材料表面的裂紋也不敏感。超聲波不僅能檢測復合材料構件中的分層、孔隙、裂紋和夾雜物等, 而且在判斷材料的疏密、密度、纖維取向、曲屈、彈性模量、厚度等特性和幾何形狀等方面的變化也有一定作用。
對于一般小而薄、結構簡單的平面層壓板及曲率不大的構件, 宜采用水浸式反射法；對于小或稍厚的復雜結構件, 無法采用水浸式反射板法時, 可采用水浸或噴水脈沖反射法和接觸延遲塊脈沖反射法；對于大型結構和生產型的復合材料構件的檢測宜采用噴水穿透法或噴水脈沖反射法。
具體應用：
飛行器零件等大型復合材料構件，蜂窩泡沫夾心等復雜結構件，曲面構件，飛機復合材料機身層合板結構的無損檢測。
該檢測方法特別適合檢測復合材料薄板與金屬粘接結構中的脫粘、分層類面積型缺陷，尤其是當零件或組件不能浸入水中進行超聲C-掃描檢測以及零件表面形狀使得超聲檢測實施比較困難時也可使用紅外熱波檢測方法，紅外熱波方法能夠準確確定復合材料中分層的深度，而且該方法具有非接觸、實時、高效、直觀的特點。
聲-超聲檢測技術主要用于檢測和研究材料中分布的細微缺陷群及其對結構力學性能( 強度或剛度等) 的整體影響，屬于材料的完整性評估技術。采用聲-超聲振幅C掃描技術也能夠對復合材料與金屬材料間的粘接界面進行有效檢測。
反映復合材料中損傷的發展與破壞模式，預測構件的最終承載強度，并能夠確定出構件質量的薄弱區域。聲發射技術是檢測復合材料結構整體質量水平的非常實用的技術手段，使用簡單方便，可以在測試材料力學性能的同時獲取材料動態變形損傷過程中的寶貴信息。
用于導電材料，可以用于碳-碳復合材料與金屬基復合材料的檢測。由于端頭效應的存在，該方法在邊界處的檢測效果不好，同時該技術需要用標準試樣進行對比，因此其應用受到了限制。
微波指向性高，在復合材料中穿透能力強、衰減小，適合于檢測厚度較大的材料。對結構中的孔隙、疏松、基體開裂、分層和脫粘等缺陷具有較高的靈敏性。上世紀60 年代，微波檢測技術就已經用于大型導彈固體發動機玻璃鋼殼體中的缺陷和內部質量的檢測。實踐證明，利用反射法測量的厚度誤差小于0. 125mm，利用穿透法可測定材料密度的變化。由于微波探傷技術不能穿透導體，因此這種檢測方法很難應用于整機檢測。
