航空復合材料與缺陷的無(wú)損檢測

無(wú)損檢測(Non-Destructive Testing，NDT)即采用非破壞性手段，利用聲、光、電、熱、磁和射線(xiàn)等技術(shù)探測材料、構件內部的孔隙、夾雜、裂紋、分層等影響其使用的缺陷及其位置。目前，航空復合材料無(wú)損檢測方法主要有超聲檢測、射線(xiàn)檢測等。本文結合常見(jiàn)缺陷類(lèi)型，論述了航空復合材料對無(wú)損檢測技術(shù)的需求，介紹了幾種航空復合材料無(wú)損檢測技術(shù)的現狀及其應用，并且針對航空復合材料無(wú)損檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

航空復合材料與缺陷的無(wú)損檢測

復合材料具有重量輕、比強度高、比剛度高、耐疲勞、可設計性等優(yōu)點(diǎn)，有利于航空飛行的減重，因而獲得越來(lái)越廣泛的應用。纖維增強復合材料在物理性能上的各向異性、聲衰減嚴重等特點(diǎn)使其在無(wú)損檢測方面與傳統金屬材料存在區別，如何進(jìn)行復合材料內部的質(zhì)量控制成為研究熱點(diǎn)。下面結合復合材料常見(jiàn)的缺陷類(lèi)型，簡(jiǎn)述航空復合材料對無(wú)損檢測的技術(shù)需求。

復合材料中的缺陷類(lèi)型一般包括：裂紋、樹(shù)脂開(kāi)裂、斷裂、膠接缺陷、空隙、分層、夾雜物、溢膠、脫膠、膠層超厚或超薄、纖維斷裂與卷曲、貧膠、厚度偏離、磨損、劃傷、樹(shù)脂堆積、鋪層皺折、凹坑、凸起、積瘤等。其中裂紋、斷裂、空隙、分層等一般是航空復合材料構件上最主要的缺陷。航空復合材料構件常見(jiàn)的缺陷類(lèi)型、影響及檢測特點(diǎn)。

微波檢測

作為一種高頻電磁波，微波的特點(diǎn)是波長(cháng)短、頻率高、頻帶寬，其波長(cháng)在1mm~1000mm 之間，頻率通常為300MHz~300GHz。微波在復合材料中穿透能力強、衰減小，可以克服其它檢測方法的不足，如超聲波在復合材料中衰減大、難以檢測內部較深部位的缺陷，射線(xiàn)對平面型缺陷檢測靈敏度低等，微波檢測對復合材料結構中的孔洞、疏松、基體開(kāi)裂、分層和脫粘等缺陷具有較高的靈敏性。

1967 年，美國空軍燃燒控制工程實(shí)驗室使用頻率為9.6GHz(X- 波段) 和35GHz(Ka 波段) 的微波，利用反射法對塑料薄片厚度進(jìn)行測量，精度可達0.125mm。該實(shí)驗室對環(huán)氧樹(shù)脂樣品進(jìn)行掃描，能夠檢測出直徑為1.02mm~5.8mm 的缺陷;掃描纖維纏繞增強塑料，能夠檢測到內部面積小至直徑1.2mm、分別在厚度2.5mm~50mm 的塑料與4.0mm~75mm的橡膠襯墊之間的脫粘;利用穿透法測定微波的能量變化能夠檢測到0.02mg/cm3 的密度變化。上世紀70 年代以來(lái)，美國AD 報告和NASA報告大量介紹了大型固體火箭發(fā)動(dòng)機的微波無(wú)損檢測，主要有駐波干涉法、反射法和散射法。駐波法一般用于測厚反射法可以發(fā)現固體推進(jìn)劑內深600mm 處直徑25mm 的氣孔缺陷。

綜上所述，雖然用于航空復合材料的無(wú)損檢測技術(shù)有多種，但每種技術(shù)都有其特定的應用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，單一方法難以實(shí)現對所有類(lèi)型缺陷的檢測，通常需要多種方法相結合。隨著(zhù)復合材料在航空結構件上應用比例的不斷提高，為保障飛行安全，監控復合材料結構的內部質(zhì)量受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。因此，航空復合材料無(wú)損檢測技術(shù)也越來(lái)越多地應用于航空復合材料結構成型、裝配、試驗、維護和使用的全過(guò)程中。

無(wú)損檢測(Non-Destructive Testing，NDT)即采用非破壞性手段，利用聲、光、電、熱、磁和射線(xiàn)等技術(shù)探測材料、構件內部的孔隙、夾雜、裂紋、分層等影響其使用的缺陷及其位置。目前，航空復合材料無(wú)損檢測方法主要有超聲檢測、射線(xiàn)檢測等。本文結合常見(jiàn)缺陷類(lèi)型，論述了航空復合材料對無(wú)損檢測技術(shù)的需求，介紹了幾種航空復合材料無(wú)損檢測技術(shù)的現狀及其應用，并且針對航空復合材料無(wú)損檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

航空復合材料與缺陷的無(wú)損檢測

復合材料具有重量輕、比強度高、比剛度高、耐疲勞、可設計性等優(yōu)點(diǎn)，有利于航空飛行的減重，因而獲得越來(lái)越廣泛的應用。纖維增強復合材料在物理性能上的各向異性、聲衰減嚴重等特點(diǎn)使其在無(wú)損檢測方面與傳統金屬材料存在區別，如何進(jìn)行復合材料內部的質(zhì)量控制成為研究熱點(diǎn)。下面結合復合材料常見(jiàn)的缺陷類(lèi)型，簡(jiǎn)述航空復合材料對無(wú)損檢測的技術(shù)需求。

復合材料中的缺陷類(lèi)型一般包括：裂紋、樹(shù)脂開(kāi)裂、斷裂、膠接缺陷、空隙、分層、夾雜物、溢膠、脫膠、膠層超厚或超薄、纖維斷裂與卷曲、貧膠、厚度偏離、磨損、劃傷、樹(shù)脂堆積、鋪層皺折、凹坑、凸起、積瘤等。其中裂紋、斷裂、空隙、分層等一般是航空復合材料構件上最主要的缺陷。航空復合材料構件常見(jiàn)的缺陷類(lèi)型、影響及檢測特點(diǎn)。

微波檢測

作為一種高頻電磁波，微波的特點(diǎn)是波長(cháng)短、頻率高、頻帶寬，其波長(cháng)在1mm~1000mm 之間，頻率通常為300MHz~300GHz。微波在復合材料中穿透能力強、衰減小，可以克服其它檢測方法的不足，如超聲波在復合材料中衰減大、難以檢測內部較深部位的缺陷，射線(xiàn)對平面型缺陷檢測靈敏度低等，微波檢測對復合材料結構中的孔洞、疏松、基體開(kāi)裂、分層和脫粘等缺陷具有較高的靈敏性。

1967 年，美國空軍燃燒控制工程實(shí)驗室使用頻率為9.6GHz(X- 波段) 和35GHz(Ka 波段) 的微波，利用反射法對塑料薄片厚度進(jìn)行測量，精度可達0.125mm。該實(shí)驗室對環(huán)氧樹(shù)脂樣品進(jìn)行掃描，能夠檢測出直徑為1.02mm~5.8mm 的缺陷;掃描纖維纏繞增強塑料，能夠檢測到內部面積小至直徑1.2mm、分別在厚度2.5mm~50mm 的塑料與4.0mm~75mm的橡膠襯墊之間的脫粘;利用穿透法測定微波的能量變化能夠檢測到0.02mg/cm3 的密度變化。上世紀70 年代以來(lái)，美國AD 報告和NASA報告大量介紹了大型固體火箭發(fā)動(dòng)機的微波無(wú)損檢測，主要有駐波干涉法、反射法和散射法。駐波法一般用于測厚反射法可以發(fā)現固體推進(jìn)劑內深600mm 處直徑25mm 的氣孔缺陷。

綜上所述，雖然用于航空復合材料的無(wú)損檢測技術(shù)有多種，但每種技術(shù)都有其特定的應用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，單一方法難以實(shí)現對所有類(lèi)型缺陷的檢測，通常需要多種方法相結合。