復(fù)合材料是運(yùn)用先進(jìn)的材料制備技術(shù),將不同性質(zhì)的材料組分優(yōu)化組合而成的新材料。20世紀(jì)40年代,因航空工業(yè)的需要,發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)塑料(俗稱(chēng)玻璃鋼),從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱(chēng);50年代以后,陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強(qiáng)度和高模量纖維;70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。隨著復(fù)合材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,特別是在航空航天、汽車(chē)、建筑、電子、新能源等領(lǐng)域,全球復(fù)合材料行業(yè)的現(xiàn)狀呈現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
隨著越來(lái)越多的復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)被用于各個(gè)行業(yè),了解如何檢查它們的損壞情況是一個(gè)重要話(huà)題。本文將盤(pán)點(diǎn)幾種常見(jiàn)的復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)方法。 01、目視檢測(cè) 對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查的一個(gè)基本且有用的方法是目視檢測(cè),它應(yīng)該是檢測(cè)人員使用的第一種方法,但卻經(jīng)常被忽視。在光線(xiàn)下以淺角度觀(guān)察復(fù)合材料層壓板有助于發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷,如劃痕、褶皺、橋接、表面孔隙、剝離蒙皮、分層、熱損傷等可見(jiàn)沖擊損傷。
02、敲擊測(cè)試 這是另一種基本的檢查方法?裳刂慵谋砻嬗们脫翦N或硬幣輕輕的敲擊,明亮的金屬聲音表明結(jié)構(gòu)良好;沉悶的“砰”聲表示存在缺陷,例如分層或脫粘。 03、超聲檢測(cè) 這是目前應(yīng)用最廣泛的無(wú)損檢測(cè)方法。超聲檢測(cè)(UT)的工作原理是將高頻(0.5~25 MHz)能量波發(fā)送到層壓板中,捕捉并量化這些波形的振幅和飛行時(shí)間,從而分析了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化。使用的主要方法有兩種: 透射超聲檢測(cè):使用兩個(gè)換能器,在被檢查區(qū)域的兩側(cè)各有一個(gè)。超聲波信號(hào)從一個(gè)換能器傳送到其他傳感器。然后用儀器測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度的損失。該儀器以原始信號(hào)強(qiáng)度的百分比或分貝表示損失。將信號(hào)損耗與參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。損失大于參考標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域表示為缺陷區(qū)域。 低頻和高頻粘接檢測(cè)儀:這種粘接檢測(cè)儀使用帶有一個(gè)或兩個(gè)換能器的檢查探針。高頻粘接檢測(cè)儀用于檢測(cè)分層和空洞,可檢出直徑小至0.5英寸的缺陷,但無(wú)法檢測(cè)到表面到蜂窩芯的脫粘或孔隙;低頻粘接檢測(cè)儀使用兩個(gè)傳感器,用于檢測(cè)分層、空洞和蜂窩狀芯的剝離,但無(wú)法檢測(cè)出零件的哪一側(cè)損壞,不能檢測(cè)出小于1.0英寸的缺陷。 相控陣超聲檢測(cè):相控陣檢測(cè)是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)缺陷的最新超聲檢測(cè)手段之一。它的操作原理與脈沖回波法相同,但它同時(shí)使用數(shù)十個(gè)甚至更多的傳感器,極大地加快了檢測(cè)過(guò)程。 04、熱成像檢測(cè) 脈沖紅外熱成像的工作原理是利用主動(dòng)加熱技術(shù),通過(guò)紅外熱成像系統(tǒng)自動(dòng)記錄試件表面缺陷和基體材料由于不同熱特性引起的溫度差異,進(jìn)而判定被測(cè)物表面及內(nèi)部的損傷。 05、射線(xiàn)檢測(cè) 射線(xiàn)檢測(cè)(RT)通常是指X射線(xiàn)檢測(cè),是一種非常有用的NDT方法,因?yàn)樗举|(zhì)上允許射線(xiàn)進(jìn)入部件內(nèi)部形成直觀(guān)的視圖。這種檢測(cè)方法是使X射線(xiàn)通過(guò)被測(cè)試的部件或組件,同時(shí)在對(duì)X射線(xiàn)敏感的膠片上記錄射線(xiàn)的吸收。曝光的膠片顯影后,檢測(cè)人員分析記錄膠片上曝光不透明度的變化,在效果上創(chuàng)建一個(gè)組件內(nèi)部細(xì)節(jié)關(guān)系的可視化圖像。 06、剪切成像測(cè)試 剪切成像測(cè)試是一種激光光學(xué)方法,通過(guò)使用圖像剪切干涉儀來(lái)檢測(cè)和測(cè)量零件的平面外變形。 07、聲發(fā)射檢測(cè) 聲發(fā)射(Acoustic Emission,AE)檢測(cè)是通過(guò)對(duì)復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)在加載過(guò)程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析,對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件的整體質(zhì)量水平進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種檢測(cè)技術(shù),是一種有效的缺陷分析方法。 該方法能夠反映復(fù)合材料中損傷的發(fā)展與破壞模式,預(yù)測(cè)構(gòu)件的最終承載強(qiáng)度,并能夠確定出構(gòu)件質(zhì)量的薄弱區(qū)域。 聲發(fā)射技術(shù)是檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量水平的非常實(shí)用的技術(shù)手段,使用簡(jiǎn)單方便,可以在測(cè)試材料力學(xué)性能的同時(shí)獲取材料動(dòng)態(tài)變形損傷過(guò)程中的寶貴信息。使用的方法主要有三種: 參數(shù)分析法:通過(guò)記錄和分析聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù),如幅度、能量、持續(xù)時(shí)間、振鈴計(jì)數(shù)和事件數(shù)等,來(lái)分析材料的損傷破壞特征,如損傷程度和部位、破壞機(jī)制等。它最大缺點(diǎn)是有關(guān)AE源本質(zhì)的信息往往被諧振式傳感器自身的特點(diǎn)所掩蓋或模糊掉,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性很差。 波形分析法:對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的波形進(jìn)行記錄與分析,得到信號(hào)的頻譜及相關(guān)函數(shù)等,通過(guò)分析材料不同階段和不同機(jī)制引起損傷的頻率特征,可以獲取材料的損傷特征。 08、聲-超聲檢測(cè) 聲-超聲(Acoustic-Ultrasonic ,AU)檢測(cè)是聲波和超聲波檢測(cè)的組合方法,主要用于檢測(cè)和研究材料中分布的細(xì)微缺陷群及其對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能(強(qiáng)度或剛度等)的整體影響,屬于材料的完整性評(píng)估技術(shù)。