航空用复合材料结构件无损检测技术分析

张斌

摘 要：作为航空制造技术中的基础部分，材料技术在不断被革新，各种新型材料也不断涌出，复合材料就是其中比较广泛应用的一种。为了增强复合材料构件的生产效率，航空领域需要一种更有效的检测手段，而无损检测刚好满足这一方面的检测要求。本文就无损检测技术在航空复合材料结构件检测中的应用进行分析。

关键词：航空；复合材料；结构件；无损检测

中图分类号：TB332 文献标识码：A

由于复合材料构件的成型过程相对复杂，其中不仅包括化学反应，同时还有物理变化，各种因素还会对材料的成型造成很大影响。诸多工艺参数若出现任何差异都会导致材料构件的成型出现问题，使得构件的质量和力学性能受到影响。复合材料结构制造质量的离散型需要通过无损检测对产品的内部质量进行鉴定，从而确保产品质量满足设计的基本要求。

一、针对复合材料结构件的无损检测概述

针对先进的航空用复合材料，常规的物理检测法和机械检测法都无法满足检验精度的需求，无法对复合材料中的细微内部缺陷进行良好的检测识别。破坏性实验检测法虽然能对材料进行很好的检测，但并不适用于航空复合材料的检测工作。针对航空用复合材料的检测工作，可以选择无损检测技术。针对航空复合材料的常见无损检测技术，主要包括超声检测技术、射线检测技术及涡流检测技术等。

二、常见的复合材料结构件无损检测技术的具体应用

（一）超声检测技术在航天复合材料中的应用

在超声检测法这一大类中，还包括多种检测具体的检测方式，主要有脉冲反射法、穿透法、共振法以及阻抗法等，这些检测方法各自有不同的特征，在具体的检测过程中可以根据材料结构的不同进行选择。针对结构简单、且曲率较小的复合材料构件，可选择水浸式反射板法进行检测；针对复杂结構件，在检测过程中可以选择脉冲反射法进行检测；而对一些大型的复合材料构件，可以选用水喷脉冲反射法进行检测工作。由于航空航天领域的特殊行，其复合材料构件往往属于薄形结构，且在多层结构复合材料构件中，声波会有很强的衰减作用，这会加大超声检测在航天复合材料中的应用难度，因此在检测方法的选择中需要进行全面细致地考虑，最终选择事宜的检测方法。

（二）射线检测技术在航天复合材料中的应用

射线检测技术是一种最有效、最直接的检测技术，主要用来检测先进复合材料当中的孔隙，或者是检测复合材料中的杂质问题。而且，射线检测技术还能检测出材料表面的垂直裂纹，这种检测方式在裂纹的检测中有灵敏度高及可靠性强的特点。而在复合材料的树脂聚集和新纤维聚集检测方面，射线检测技术也具备一定的检测能力。在小厚度复合材料的铺层中，往往会出现纤维弯曲的情况，对于这种缺陷问题，使用射线检测技术可以对其进行检测。但是射线检测技术对于复合材料中常见的分层缺陷，则存在一定的检测困难。此外，对于材料表面的平行裂纹检测，射线检测技术的敏感度会有所降低。在整个射线检测技术的大类中，胶片射线照相技术是最常见，也是应用范围最广泛的一种，通过不断地技术革新，胶片射线照相技术的发展也日益成熟，且其技术标准和规范也逐渐得到完善。

在计算机技术不断发展的同时，射线检测的实时成像技术也得到日益得到完善，促进了射线检测在航空用复合材料中的应用推广。射线检测的实时成像技术是通过图像增强器将穿透材料后的射线信息进行转换，然后将其转换成图像信息，将这种可视图像再输入计算机当中，使其转换为数字图像，数字图像能够在显示屏上显示出材料的内部缺陷性质以及缺陷所在的位置。射线实时成像检测技术的优势明显，改变了以往传统检测技术，需要进行胶片暗室处理的弊端，从而大大提高了检测效率。而射线检测的实时成像技术在成像质量方面却与传统胶片而言不遑多让，降低了检测的成本，具有经济实用的特性。因此，这种检测技术通常被用作复合材料产品的在线检测当中，能够对配线上的工作进行实时检测。

（三）涡流检测技术在航天复合材料中的应用

涡流检测技术，是将涡流探头中的线圈进行交变电流通电操作，使得线圈附近的检测试样能产生一定的涡流。通过涡流的变化来对材料进行检测的一种手段。由于这种涡流能产生一种交变反磁场，能影响线圈的磁场，并对流经线圈中的电流造成影响，因此当线圈上的电压恒定时，若线圈的电流发生变化，就会造成线圈的阻抗发生变化。这时若对线圈的阻抗变化进行测量，就能对复合材料试样内部的缺陷信息进行分析。不过，涡流检测技术的使用范围容易受到限制，一般仅适用用于导电复合材料的检测工作，对GFRP以及KFRP材料的检测不适宜。利用涡流检测技术对CFRP当中的纤维含量及存在的缺陷有较好的检测效果。此外，涡流检测技术对复合材料以及与金属粘接结构当中的金属材料变形问题，有较高的检测灵敏度。

结语

无损检测技术在复合材料缺陷检测中发挥了重要的推动作用。由于复合材料的先进性以及其质量的离散性，在结构件的制造过程中容易产生各种缺陷，从而对结构件的质量造成影响。开展复合材料的无损检测，可以根据材料的性质选择合理的检测方法，并且设定无损检测标准，有利于改变材料中存在的各种缺陷，从而保证材料质量满足使用要求。

参考文献

[1]刘颖韬，郭广平，杨党纲，等.脉冲热像法在航空复合材料构件无损检测中的应用[J].航空材料学报，2012，32（1）：72-77.