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复合材料无损检测研究进展

2015-06-21 13:56:36 来源:中国检测网 阅读:


  受生产工艺、环境控制和一些随机因素的影响, 复合材料中总是存在一些缺陷,而制造、装配和服役过程中,又可能因机械加工、外力冲击、碰撞和刮擦 的作用出现一些损伤。

  这些缺陷和损伤总是存在, 又很难通过目视的方法发现,对结构的承载能力有很大的影响,成为威胁结构安全性的主要隐患。

  为发现和排除隐患,科研人员发展了多种无损检测手段对这些缺陷和损伤进行监测,目前影响比较大的有射线检测技术、超声检测技术、红外热波成像检测 技术、声-超声检测技术、涡流检测技术、微波检测技术、激光全息照相检测技术等。

  1无损检测技术

  1. 1射线检测技术射线检测技术( Radiographic Testing,即 RT) 是利用射线( X 射线、γ 射线、中子射线等) 穿过物体时的吸收和散射的特性,检测其内部结构不连续性的技术。

  射线检测技术比较适合于检测孔隙、夹杂 等体积型缺陷,对平行于射线穿透方向的裂纹有比较好的检测效果,对复合材料中特有的树脂聚集与纤维聚集等缺陷也有一定的检测能力,在铺层数量较少时,还可发现铺层内纤维弯曲等缺陷。

  由于分层缺陷对射线穿透方向上介质并无明显影响,因此分层缺陷在成像上并不明显。同样的原因,射线检测技术对平行于材料表面的裂纹也不敏感。

  ( 1) 射线照相在所有的射线检测技术中,胶片射线照相技术发展最早,而数字式射线实时成像检测技术则发展最快。与胶片照相技术相比,数字式射线成像技术的成像质量与胶片照相技术相当,在检测的实时性、效率、经济性和易用性等方面则有着无可比拟的优越性,因而得到了快速的发展。

  目前,具备一定智能识别能力的实时成像检测技术已经应用于复合材料产品的在线检测,可对装配线上的工件进行实时快速检测,成为确保产品合格率的重要检测手段。

  ( 2) 工业 CT层析摄影也叫计算机断层扫描成像( Computed Tomography,即 CT) ,该技术是利用 X 射线探测物体 的内部,通过测定射线的衰减系数,采用数学方法, 经计算机处理,求解出衰减系数值在某剖面上的二维分布矩阵,转变为图像画面上的灰度分布,从而实现建立断面图像的成像技术。

  通过分析断层面内密度的分布,就可以获得复合材料内部密度均匀性、微孔隙体积含量与分布等方面的信息。一般来说, CT 照片的对比度比 X 射线照片的对比度要低,但因消除了不同层面图像叠加重影问题,实际可读性强 于 X 射线照片。

  不过 CT 成像原理决定了密度高的物质会在一定程度上被放大,这也就导致了分层、孔隙、裂纹等损伤图像的尺寸比实际尺寸略小而纤维堆积等密度高的缺陷图像比实际尺寸略大的特有现象。

  总的来说,CT 扫描成像的技术具有以下特点:①高空间分辨率和密度分辨率( 通常 < 0. 5% ) ;② 高动态检测范围 ( 从空气到复合材料再到金属材 料) ;③成像尺寸精度高;④在穿透能量足够的情况下,不受试件几何结构限制。

  其局限性表现为:检测效率低、检测成本高、双侧透射成像、不适合于平面薄板构件的检测以及大型构件的现场检测。利用 CT 成像技术可以有效检测先进复合材料中的孔隙、夹杂、裂纹等缺陷,也可以测量材料内部的密度分布情况,如材料均匀性、微孔隙含量等。

  在工业应用上,美国在上世纪八十年代就研制出了用于检测大型固体火箭发动机复合材料壳体的工业 CT 设备,并逐渐将该技术应用于其它复合材料结构的无损检测中,我国也于上世纪 90 年代后期成功地将工业 CT 技术应用于 C / C 复合材料、碳 / 酚醛复合材料等的检测,解决了一些关键性的无损检测技术难题,取得了较好的经济效益与社会 效益。

关键词:无损检测,无损检测研究

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