CR射线检测技术在航空复合材料检测中的应用

单威

摘 要：复合材料被广泛应用于民用航空领域，CR射线检测技术是最直接、有效的无损检测方法之一。简要介绍了CR射线检测技术，国内外复合材料CR射线检测技术的发展现状，复合材料CR检测工艺的质量控制，制作了具有人工蜂窝缺陷的试块，并对其进行CR射线检测。结果表明，使用CR检测技术能够检测出复合材料蜂窝夹层的缺陷。

关键词：复合材料；CR射线检测；蜂窝缺陷；质量控制

中图分类号：TB302.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.137

复合材料在民用航空领域有广阔的应用前景，而射线检测是复合材料无损检测中最直接、最有效的方法之一。因为CR射线检测技术具有IP板可以弯曲，可以节省检测时间，动态范围大，可重复使用，无需胶片存贮空间等优点，所以，在复合材料无损检测领域，它将逐渐成为可取代胶片照相技术的一种检测技术。

1 CR射线检测技术简介

CR射线检测系统主要是由射线机、IP板、扫描器、图像显示与处理单元四部分组成的。当射线束透射被检工件时，工件局部缺陷或结构差异会改变工件对射线的衰减，使照射在IP板上的射线强度有所不同，而IP板中荧光物质电子被激励俘获到较高能带，形成了光激发射荧光中心（PLC），以潜在图像保留照相射线信息。将IP板放入扫描仪后，利用激光激发，光激发射荧光中心电子返回初始能级，并发射可见光输出能量。光发射与接收到的射线剂量成比例，扫描仪将可见光信号转变为数字信号，经过计算机的处理得到灰度图像以供评判。

2 CR射线检测技术现状

自20世纪80年代中后期，将数字射线检测技术应用于工业无损检测领域以来，国内外相继制订了一些技术标准。它们主要涉及技术导则、检测系统装置标准和检测标准三类，而这些检测标准主要是针对金属材料的。复合材料射线检测没有通用的像质计，不能保证其灵敏度。国内外关于复材射线检测的标准比较少，针对CR射线检测技术的通用标准就更少，甚至没有。为了让复材CR射线检测有法可依，制订相应的标准是势在必行的。在制订复合材料CR检测标准时，必须要考虑到复合材料的结构特点、检测灵敏度、缺陷检出能力和缺陷特点与评判等。

3 复合材料CR检测工艺质量控制

复合材料CR射线检测可参考胶片射线照相检测，主要控制检测技术级别、透照布置、CR系统选择、透照布置、散射线屏蔽和评判图像要求等，可见标准EN 14784-2和GB/T 26642.为了保证CR系统性能的稳定，必须定期测试系统性能，比如基本空间分辨率、规格化信噪比、几何失真、激光束功能、模糊或闪烁、扫描器抖动、阴影、影像擦除和IP伪像等，可通过验证规定尺寸缺陷检测能力来保证检测的灵敏度。

4 复合材料CR射线检测

蜂窝夹层复材零件易形成夹杂、芯格分离、蜂窝压缩、压坏、变形和填料不足等缺陷，所以，特制作了具有一定尺寸人工缺陷的碳纤维复材试块以供检测。检测采用GE ISOVOLT TITAN 160型号X射线机、Carestream INDUSTREX HPX-1 CR扫描仪和Carestream INDUSTREX FLEX XL蓝光IP板。

图1为CR检测图像，图像空间分辨率都高于3 Lp/mm。图1（a）为夹杂缺陷试块图像，从中可以清晰地发现3处长度分别为6 mm、8 mm和10 mm的灰度较低的线性显示，这和在蜂窝与胶膜间放置的3处铜丝尺寸吻合。图1（b）为芯格分离试块图像，从中可以发现有3处分别有4个连续芯格分离显示，分离处同时也伴随着一排排的蜂窝压缩和部分蜂窝变形，蜂窝压缩处蜂窝壁基本保持平行，但是，蜂窝变形处蜂格已不是六边形，同时蜂壁发生扭曲。图1（c）为蜂窝压坏缺陷试块图像，其中显示2处被压坏，缺陷处比正常区域蜂格显示模糊，具有晕圈效应。图1（d）为填料不足缺陷试块图像，从中可以发现，第一排右三个格子未填区域与正常区域灰度基本相同，填充区域灰度比较小，第二排四个格子灰度都比正常区域的灰度小，但是，灰度从左到右依次增加。在制作试块时，第一排高度方向填满，右3个格子横向未填满，第二排横向覆盖填满，右3个格子高度方向依次填充3/4，1/2，1/4.由此可知，填料不足引起射线衰减变化，最终导致图像灰度变化。也就是说，可以通过图像灰度的变化来确认填料是否充足。

5 结论

目前，关于复合材料CR射线检测技术方面的标准比较少，可参照现有金属材料CR检测标准进行工艺质量控制，并通过人工缺陷试块确保系统的缺陷检出能力。采用这项技术，可对蜂窝夹层结构复合材料零件进行CR检测，它对夹杂、芯格分离、蜂窝压缩、蜂窝压坏、蜂窝变形、填料不足等缺陷的检测效果都比较好。

参考文献

[1]贾鹏军，王联国，魏永忠.工业X射线数字影像CR系统检测方法应用简介[J].内蒙古石油化工，2013（18）.

[2]郑世才.数字射线无损检测技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

〔编辑：白洁〕