【中译版】先进复合材料讲义（四）：复合材料的无损检测

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复合材料的无损检测

外观检测（目测检查）

目测检查是在役检测的主要检查方法。大多数类型的损伤会使复合材料表面烧焦、污染、凹陷、穿透、磨损或碎裂，使损伤可见。一旦发现损伤，需要用手电筒、放大镜、镜子和管道镜更仔细地检查受影响的区域。这些工具被用来放大缺陷，否则可能不容易看到，并允许视觉检查区域，不容易被发现。树脂不足、树脂过剩、褶皱、胶层跨接、变色（由于过热、雷击等）、任何原因的冲击损坏、异物、水泡和脱粘都是可以通过目视检查检测到的差异。目测不能发现复合材料的内部缺陷，如分层（脱层）、散结和基体开裂。需要更复杂的NDI技术来检测这些类型的缺陷。

声音测试（金属敲击）

有时被称为音频、声波或轻叩，这种技术利用可听范围内的频率（10hz到20hz）。在经验丰富的人员手中，轻触测试是一种惊人的精确方法，可能是用于检测分层和／或脱粘的最常用技术。该方法是通过用固体圆环或轻量级锤状装置轻敲检查区域，并倾听结构对锤的响应来完成的。如图24所示，清晰、尖锐、振铃的声音表明结构粘结良好，而沉闷或类似砰砰声的声音表示有差异区域。

敲击的速度需要足够快，以产生足够多的声音，以便耳朵能够分辨出任何不同的音色。轻敲测试是有效的薄层板加强粘结线，蜂窝夹层与薄面板，甚至在厚层压板表面附近，如旋翼机叶片支撑。同样，该方法固有的可能性是，结构内部元素的变化可能会产生被解释为缺陷的音高变化，而实际上它们是通过设计出现的。这种检查应该在尽可能安静的地方完成，并由熟悉零件内部配置的有经验的人员完成。这种方法对于四层以上的结构是不可靠的。它常用于在薄的蜂窝面板上标出损坏情况。如图24所示

图24：用锥锤进行敲击检测

自动敲击测试

这种测试非常类似于手动轻敲测试，其使用螺线管而不是锤子。螺线管在单一区域产生多重冲击。冲击器的尖端有一个传感器，记录冲击器的力与时间信号。力的大小取决于冲击器、冲击能量和结构的力学性能。

冲击持续时间（周期）对冲击力的大小不敏感；然而，这个持续时间随着结构刚度的改变而改变。因此，使用来自无缺陷区域的信号进行校准，与这个无缺陷信号的任何偏差都表明损伤的存在。

超声波检查

超声检查已被证明是一种非常有用的工具，用于检测内部分层，空洞，或复合材料组件的不一致，否则无法通过视觉或敲击方法识别。超声波技术有很多；然而，每种技术使用的声波能量的频率高于可听到的范围。如图25所示，高频（通常是几兆赫）声波被引入部件中，并可定向传播到部件表面，或沿部件表面传播，或以与部件表面某一预定角度传播。您可能需要尝试不同的方向流来定位。然后，当引入的声音通过其指定的路线通过部分的任何显著变化时，将被监测。超声波的性质与光波相似。当超声波击中一个中断的物体时，波或能量要么被吸收，要么被反射回表面。中断或减弱的声能被接收后，换能器接收并转换为示波器或图表记录器上的显示。该显示器允许操作人员与已知的良好区域相比较，评估不同的指标。为了便于比较，建立了参考标准，并用于超声设备的校准。

维修技术人员必须认识到，这里概述的概念在重复的制造环境中工作良好，但在维修环境中可能更难实现，因为飞机上安装了大量不同的复合材料组件，其结构相对复杂。参考标准还必须考虑到当复合部件长时间暴露在使用环境中或成为修复活动或类似修复动作的对象时所发生的变化。接下来讨论四种最常见的超声技术。

图25：超声波检测方法

透射超声检测

通过透射超声检查使用两个换能器，在被检查区域的两侧各有一个。超声波信号从一个换能器传送到其他传感器。然后用仪器测量信号强度的损失。该仪器以原始信号强度的百分比或分贝表示损失。将信号损耗与参考标准进行比较。损失大于参考标准的区域表示缺陷区域。

脉冲回波超声检查

单面超声检查可用脉冲回波技术完成。在这种方法中，单个搜索单元作为发射和接收换能器工作，由高压脉冲激励。每个电脉冲激活换能器元件。该元件将电能以超声波的形式转化为机械能。声波能量通过特氟龙（Teflon）?或甲基丙烯酸酯接触尖端进入测试部分。在测试部分产生波形，并由换能器元件拾取。接收信号振幅的任何变化，或回波返回到换能器所需的时间，都表明存在缺陷。脉冲回波检测用于发现分层、裂纹、气孔、水和粘结部件的脱粘。脉冲回声未发现夹层表皮与蜂窝芯之间的粘结脱粘或缺陷。如图26所示。

图26：脉冲回波测试设备

超声粘接试验机

低频和高频粘结检测仪用于复合材料结构的超声检测。这些粘接试验机使用带有一个或两个换能器的检查探针。高频粘接测试仪用于检测分层和空洞。它不能检测到表面到蜂窝芯的脱粘或孔隙。它可以检测直径小至0．5英寸的缺陷。该低频粘接试验机测试仪使用两个传感器，用于检测分层、空洞和蜂窝状芯的剥离。这种检测方法不能检测出零件的哪一侧损坏，不能检测出小于1．0英寸的缺陷。如图27所示

图27：粘接测试仪

相控阵检测

相控阵检测是检测复合材料结构缺陷的最新超声检测手段之一。它的操作原理与脉冲回波相同，但它同时使用64个传感器，这加快了检测过程。如图28所示

图28：相控阵测试设备

射线检测法

射线摄影，通常被称为x射线，是一种非常有用的NDI方法，因为它本质上允许进入部件内部的视图。这种检查方法是通过x射线通过被测试的部件或组件，同时在对x射线敏感的胶片上记录射线的吸收。曝光的胶片，当显影时，允许检验员分析记录在胶片上的曝光不透明度的变化，在效果上创建一个组件内部细节关系的可视化。由于该方法通过其厚度记录总密度的变化，它不是检测缺陷的首选方法，如在与射线方向垂直的平面上的分层。

然而，对于检测平行于x射线光束中心线的缺陷来说，这是一种最有效的方法。内部异常，如角落的分层，压碎的核芯，断裂的核芯，核芯细胞中的水，泡沫粘合剂接头中的空洞，以及内部细节的相对位置，都可以很容易地通过x光片看到。大多数复合材料对x射线几乎是透明的，所以必须使用低能射线。出于安全考虑，在飞机周围使用是不现实的。操作人员应始终使用足够的铅护罩保护，因为x光管或散射辐射都有可能使其直接接触。与x射线源保持最小的安全距离是非常必要的。

热熔检测

热检测包括用热感测装置测量被检测零件温度变化的所有方法。热检测的基本原理包括当热从测试对象流出、流入或通过测试对象时，测量或测量表面温度。所有的热成像技术都依赖于正常、无缺陷区域和有缺陷区域之间的热导率的差异。通常情况下，在观察表面加热效应时，使用热源来提高被检测零件的温度。因为没有缺陷的区域比有缺陷的区域更有效地传导热量，吸收或反射的热量表明了粘接质量。影响热性能的缺陷类型包括粘结、裂纹、冲击损伤、面板变薄和水进入复合材料和蜂窝芯。热法是最有效的薄层合板或缺陷近表面的检测方法。

中子射线检测法

中子射线照相是一种无损成像技术，能够可视化样品的内部特征。中子通过介质的传输取决于介质中原子核的中子截面。中子通过介质的微分衰减可以被测量，绘制，然后可视化。得到的图像可以用来分析样品的内部特征。中子照相是x射线照相的一种补充技术。这两种技术都通过介质可视化衰减。中子射线照相的主要优点是它能够揭示光元素，如在腐蚀物和水中发现的氢。

湿度检测器

湿度计可用于检测夹层蜂窝结构中的水分。湿度计测量由水的存在引起的射频功率损耗。湿度计常用于探测机头天线罩的水分。NDI测试设备对比，如图29／30所示。

图29：湿度测试设备

图30：NDI检测设备的对比

未完待续

原文标题:【中译版】先进复合材料讲义（四）：复合材料的无损检测