航空复合材料与缺陷的无损检测
2015-08-26
无损检测(Non-Destructive Testing，NDT)即采用非破坏性手段，利用声、光、电、热、磁和射线等技术探测材料、构件内部的孔隙、夹杂、裂纹、分层等影响其使用的缺陷及其位置。目前，航空复合材料无损检测方法主要有超声检测、射线检测等。本文结合常见缺陷类型，论述了航空复合材料对无损检测技术的需求，介绍了几种航空复合材料无损检测技术的现状及其应用，并且针对航空复合材料无损检测技术的发展趋势进行了展望。
航空复合材料与缺陷的无损检测
复合材料具有重量轻、比强度高、比刚度高、耐疲劳、可设计性等优点，有利于航空飞行的减重，因而获得越来越广泛的应用。纤维增强复合材料在物理性能上的各向异性、声衰减严重等特点使其在无损检测方面与传统金属材料存在区别，如何进行复合材料内部的质量控制成为研究热点。下面结合复合材料常见的缺陷类型，简述航空复合材料对无损检测的技术需求。
复合材料中的缺陷类型一般包括：裂纹、树脂开裂、断裂、胶接缺陷、空隙、分层、夹杂物、溢胶、脱胶、胶层超厚或超薄、纤维断裂与卷曲、贫胶、厚度偏离、磨损、划伤、树脂堆积、铺层皱折、凹坑、凸起、积瘤等。其中裂纹、断裂、空隙、分层等一般是航空复合材料构件上最主要的缺陷。航空复合材料构件常见的缺陷类型、影响及检测特点。
微波检测
作为一种高频电磁波，微波的特点是波长短、频率高、频带宽，其波长在1mm~1000mm 之间，频率通常为300MHz~300GHz。微波在复合材料中穿透能力强、衰减小，可以克服其它检测方法的不足，如超声波在复合材料中衰减大、难以检测内部较深部位的缺陷，射线对平面型缺陷检测灵敏度低等，微波检测对复合材料结构中的孔洞、疏松、基体开裂、分层和脱粘等缺陷具有较高的灵敏性。
1967 年，美国空军燃烧控制工程实验室使用频率为9.6GHz(X- 波段) 和35GHz(Ka 波段) 的微波，利用反射法对塑料薄片厚度进行测量，精度可达0.125mm。该实验室对环氧树脂样品进行扫描，能够检测出直径为1.02mm~5.8mm 的缺陷;扫描纤维缠绕增强塑料，能够检测到内部面积小至直径1.2mm、分别在厚度2.5mm~50mm 的塑料与4.0mm~75mm的橡胶衬垫之间的脱粘;利用穿透法测定微波的能量变化能够检测到0.02mg/cm3 的密度变化。上世纪70 年代以来，美国AD 报告和NASA报告大量介绍了大型固体火箭发动机的微波无损检测，主要有驻波干涉法、反射法和散射法。驻波法一般用于测厚反射法可以发现固体推进剂内深600mm 处直径25mm 的气孔缺陷。
综上所述，虽然用于航空复合材料的无损检测技术有多种，但每种技术都有其特定的应用范围和优缺点，单一方法难以实现对所有类型缺陷的检测，通常需要多种方法相结合。随着复合材料在航空结构件上应用比例的不断提高，为保障飞行安全，监控复合材料结构的内部质量受到越来越广泛的关注。因此，航空复合材料无损检测技术也越来越多地应用于航空复合材料结构成型、装配、试验、维护和使用的全过程中。
无损检测(Non-Destructive Testing，NDT)即采用非破坏性手段，利用声、光、电、热、磁和射线等技术探测材料、构件内部的孔隙、夹杂、裂纹、分层等影响其使用的缺陷及其位置。目前，航空复合材料无损检测方法主要有超声检测、射线检测等。本文结合常见缺陷类型，论述了航空复合材料对无损检测技术的需求，介绍了几种航空复合材料无损检测技术的现状及其应用，并且针对航空复合材料无损检测技术的发展趋势进行了展望。
航空复合材料与缺陷的无损检测
复合材料具有重量轻、比强度高、比刚度高、耐疲劳、可设计性等优点，有利于航空飞行的减重，因而获得越来越广泛的应用。纤维增强复合材料在物理性能上的各向异性、声衰减严重等特点使其在无损检测方面与传统金属材料存在区别，如何进行复合材料内部的质量控制成为研究热点。下面结合复合材料常见的缺陷类型，简述航空复合材料对无损检测的技术需求。
复合材料中的缺陷类型一般包括：裂纹、树脂开裂、断裂、胶接缺陷、空隙、分层、夹杂物、溢胶、脱胶、胶层超厚或超薄、纤维断裂与卷曲、贫胶、厚度偏离、磨损、划伤、树脂堆积、铺层皱折、凹坑、凸起、积瘤等。其中裂纹、断裂、空隙、分层等一般是航空复合材料构件上最主要的缺陷。航空复合材料构件常见的缺陷类型、影响及检测特点。
微波检测
作为一种高频电磁波，微波的特点是波长短、频率高、频带宽，其波长在1mm~1000mm 之间，频率通常为300MHz~300GHz。微波在复合材料中穿透能力强、衰减小，可以克服其它检测方法的不足，如超声波在复合材料中衰减大、难以检测内部较深部位的缺陷，射线对平面型缺陷检测灵敏度低等，微波检测对复合材料结构中的孔洞、疏松、基体开裂、分层和脱粘等缺陷具有较高的灵敏性。
1967 年，美国空军燃烧控制工程实验室使用频率为9.6GHz(X- 波段) 和35GHz(Ka 波段) 的微波，利用反射法对塑料薄片厚度进行测量，精度可达0.125mm。该实验室对环氧树脂样品进行扫描，能够检测出直径为1.02mm~5.8mm 的缺陷;扫描纤维缠绕增强塑料，能够检测到内部面积小至直径1.2mm、分别在厚度2.5mm~50mm 的塑料与4.0mm~75mm的橡胶衬垫之间的脱粘;利用穿透法测定微波的能量变化能够检测到0.02mg/cm3 的密度变化。上世纪70 年代以来，美国AD 报告和NASA报告大量介绍了大型固体火箭发动机的微波无损检测，主要有驻波干涉法、反射法和散射法。驻波法一般用于测厚反射法可以发现固体推进剂内深600mm 处直径25mm 的气孔缺陷。
综上所述，虽然用于航空复合材料的无损检测技术有多种，但每种技术都有其特定的应用范围和优缺点，单一方法难以实现对所有类型缺陷的检测，通常需要多种方法相结合。
