复合材料的无损检测

周胜兰

在对飞机的检测中，无损检测是一种非常重要的手段。所谓无损检测，是指以不损坏目前及将来使用功能和使用可靠性的方式，对材料、制件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、化学成分分析、组织结构和力学性能变化表征，并进而就材料或制件对特定应用的适用性进行评价。

近年來，随着复合材料在商用飞机上的用量不断增加，复合材料的无损检测引起了业界的高度关注。

由于具有比强度和比刚度高、可设计性强等优点，先进复合材料正成为新一代民用飞机的主要结构材料，如波音787、空客A350等机型的复合材料设计用量已经达到或超过结构重量的50%。从某种程度上说，复合材料用量已经成为现代商用飞机先进性的一个重要标志。

与传统的金属材料结构相比，复合材料结构是一种通过基体-增强物之间的物理结合和铺层设计，来达到预期性能的集材料和工艺于一体的新型材料结构。因此，复合材料的无损检测不能简单沿用金属材料检测的方法，而必须根据复合材料的结构特点，采用新的无损检测技术和方法。

近年来，国内外对复合材料的无损检测主要采用了超声检测、空气耦合超声检测、激光超声检测、相控阵超声检测、红外热成像检测、激光全息（散斑）检测、声发射检测等方法。作为行业龙头，美国波音公司在复合材料的无损检测方面积累了较为丰富的经验，其在787客机上的一些创新做法值得我们借鉴。

787在设计时采用了电子化结构，使得更多的系统处于电子监控之下，以电子监控取代过去的目视检查，并在复合结构中嵌入了先进的状态监控系统，这种结构上的优化大大减轻了运营商定期检修的负担。787的无损检测除了通用部分外，几乎没有涉及具体位置的检测。

射线检测部分。787无损检测的射线检测部分所涉及的检查方法与传统机型一致。

超声检测部分。787无损检测的超声检测部分针对不同的检测要求和检测环境引入了新的检测技术。例如，针对BMS 8-276材料的损伤检测及胶接修补检测，除了增加A扫描外，还增加了超声相控阵C扫描；针对BMS 8-276材料蒙皮与加强条的脱胶检测，引入了一种新的滚轮式探头，这种探头可以快速且高质量地完成扫查；针对BMS 8-276材料机身蒙皮、机翼或者尾部结构等大面积检测离层，波音引入了件号为MAUS V的检测系统，该检测系统为C扫描系统，采用水作为耦合剂；针对BMS 8-276材料大面积检测离层及蒙皮与加强条脱胶，采用OMNISCAN系列仪器，搭配滚轮式超声相控阵探头，可以非常高效地完成大区域扫查；针对蜂窝结构蒙皮与芯的脱胶检测，引入了一种C扫描检测方法，这种检测方法相比传统方法具有更高的检测灵敏度；针对BMS 8-276检测离层及蒙皮与加强条脱胶的情况，波音还引入了一种超声相机检测技术，该检测技术可以采用多种显示方式，检测结果显示直观。

涡流检测部分。787无损检测的涡流检测部分与传统机型分别在延展铝箔表面的漆层厚度测量及钛合金的近表面裂纹检测有所不同。对于延展铝箔表面的漆层厚度测量，波音所使用的仪器为常规的涂层测厚仪，如福斯特公司生产的FMP系列仪器。该测量的典型应用区域为发动机整流罩等有延展铝箔覆盖的区域。对于钛合金的近表面裂纹检测，所使用的仪器和探头与铝合金近表面裂纹检测类似。

红外检测部分。对于787，由于其铝合金使用量的大幅减少及复合材料使用量的大幅增加，其非例行工作将转为复合材料脱胶、分层、雷击及意外撞击等损伤的修复。除了一般的复合材料损伤检测方法外，波音对787的结构检测还提供了一种新的实心层压结构复合材料损伤快速检测方法。该方法采用斜坡损伤检测仪，可以在目视发现损伤后，用该仪器快速测量隐藏损伤或分层的范围。