复合材料是运用先进的材料制备技术,将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。20世纪40年代,因航空工业的需要,发展了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢),从此出现了复合材料这一名称;50年代以后,陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维;70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。随着复合材料在各个领域的应用越来越广泛,特别是在航空航天、汽车、建筑、电子、新能源等领域,全球复合材料行业的现状呈现出持续增长的趋势。
随着越来越多的复合材料与结构被用于各个行业,了解如何检查它们的损坏情况是一个重要话题。本文将盘点几种常见的复合材料无损检测方法。 01、目视检测 对复合结构进行检查的一个基本且有用的方法是目视检测,它应该是检测人员使用的第一种方法,但却经常被忽视。在光线下以浅角度观察复合材料层压板有助于发现明显的缺陷,如划痕、褶皱、桥接、表面孔隙、剥离蒙皮、分层、热损伤等可见冲击损伤。
02、敲击测试 这是另一种基本的检查方法。可沿着零件的表面用敲击锤或硬币轻轻的敲击,明亮的金属声音表明结构良好;沉闷的“砰”声表示存在缺陷,例如分层或脱粘。 03、超声检测 这是目前应用最广泛的无损检测方法。超声检测(UT)的工作原理是将高频(0.5~25 MHz)能量波发送到层压板中,捕捉并量化这些波形的振幅和飞行时间,从而分析了解材料性能和结构变化。使用的主要方法有两种: 透射超声检测: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为缺陷区域。 低频和高频粘接检测仪:这种粘接检测仪使用带有一个或两个换能器的检查探针。高频粘接检测仪用于检测分层和空洞,可检出直径小至0.5英寸的缺陷,但无法检测到表面到蜂窝芯的脱粘或孔隙;低频粘接检测仪使用两个传感器,用于检测分层、空洞和蜂窝状芯的剥离,但无法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。 相控阵超声检测:相控阵检测是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法相同,但它同时使用数十个甚至更多的传感器,极大地加快了检测过程。 04、热成像检测 脉冲红外热成像的工作原理是利用主动加热技术,通过红外热成像系统自动记录试件表面缺陷和基体材料由于不同热特性引起的温度差异,进而判定被测物表面及内部的损伤。 05、射线检测 射线检测(RT)通常是指X射线检测,是一种非常有用的NDT方法,因为它本质上允许射线进入部件内部形成直观的视图。这种检测方法是使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。曝光的胶片显影后,检测人员分析记录胶片上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图像。 06、剪切成像测试 剪切成像测试是一种激光光学方法,通过使用图像剪切干涉仪来检测和测量零件的平面外变形。 07、声发射检测 声发射(Acoustic Emission,AE)检测是通过对复合材料或结构在加载过程中产生的声发射信号进行检测和分析,对复合材料构件的整体质量水平进行评价的一种检测技术,是一种有效的缺陷分析方法。 该方法能够反映复合材料中损伤的发展与破坏模式,预测构件的最终承载强度,并能够确定出构件质量的薄弱区域。 声发射技术是检测复合材料结构整体质量水平的非常实用的技术手段,使用简单方便,可以在测试材料力学性能的同时获取材料动态变形损伤过程中的宝贵信息。使用的方法主要有三种: 参数分析法:通过记录和分析声发射信号的特征参数,如幅度、能量、持续时间、振铃计数和事件数等,来分析材料的损伤破坏特征,如损伤程度和部位、破坏机制等。它最大缺点是有关AE源本质的信息往往被谐振式传感器自身的特点所掩盖或模糊掉,其实验结果的重复性很差。 波形分析法:对声发射信号的波形进行记录与分析,得到信号的频谱及相关函数等,通过分析材料不同阶段和不同机制引起损伤的频率特征,可以获取材料的损伤特征。 08、声-超声检测 声-超声(Acoustic-Ultrasonic ,AU)检测是声波和超声波检测的组合方法,主要用于检测和研究材料中分布的细微缺陷群及其对结构力学性能(强度或刚度等)的整体影响,属于材料的完整性评估技术。