樹脂基復(fù)合材料由于具有高比強、高比模、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、阻尼減震性好、破損安全性好、性能可設(shè)計等優(yōu)點,已發(fā)展成為航空航天結(jié)構(gòu)的基本材料。同時復(fù)合材料的先進性與其質(zhì)量的離散性和高成本并存, 在實際應(yīng)用中, 即使經(jīng)過研究和試驗制定了合理的工藝, 但在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的制造過程中還有可能產(chǎn)生缺陷, 引起質(zhì)量問題, 甚至導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)件的報廢, 造成重大經(jīng)濟損失。因此復(fù)合材料的無損檢測技術(shù)應(yīng)運而生,早期復(fù)合材的無損檢測技術(shù)主要沿用金屬的無損檢測,但發(fā)現(xiàn)其不能完全解決復(fù)合材料的無損檢測問題,20 世紀(jì)80 年代后, 許多適應(yīng)復(fù)合材料特點的無損檢測新技術(shù)、新方法相繼誕生。
首先我們來看一下樹脂基復(fù)合材料常見缺陷有那些。
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分層:基體,纖維,磨具熱膨脹系數(shù)不匹配或存儲時間過長;
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夾雜:操作失誤或預(yù)浸料本身有缺陷或操作不當(dāng);
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脫粘:粘結(jié)劑選擇不當(dāng)或固化不完全;
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孔隙:溶劑、低分子雜質(zhì)的揮發(fā),真空控制不當(dāng);
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沖擊、撞擊損傷:工具脫落或其他外物體碰撞引起;
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纖維曲屈:預(yù)浸料本身有缺陷或操作不當(dāng);
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纖維斷裂:預(yù)浸料中纖維質(zhì)量不好;
復(fù)合材料常見缺陷
這些缺陷都可以使用那些復(fù)合材料無損檢測技術(shù)呢?
1、射線檢測技術(shù)
射線照相
在所有的射線檢測技術(shù)中,膠片射線照相技術(shù)發(fā)展最早,而數(shù)字式射線實時成像檢測技術(shù)則發(fā)展最快。與膠片照相技術(shù)相比,數(shù)字式射線成像技術(shù)的成像質(zhì)量與膠片照相技術(shù)相當(dāng),在檢測的實時性、效率、經(jīng)濟性和易用性等方面則有著無可比擬的優(yōu)越性,因而得到了快速的發(fā)展。目前,具備一定智能識別能力的實時成像檢測技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于復(fù)合材料產(chǎn)品的在線檢測,可對裝配線上的工件進行實時快速檢測,成為確保產(chǎn)品合格率的重要檢測手段。
工業(yè)CT
層析攝影也叫計算機斷層掃描成像( ComputedTomography,即CT) ,該技術(shù)是利用X 射線探測物體的內(nèi)部,通過測定射線的衰減系數(shù),采用數(shù)學(xué)方法,經(jīng)計算機處理,求解出衰減系數(shù)值在某剖面上的二維分布矩陣,轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像畫面上的灰度分布,從而實現(xiàn)建立斷面圖像的成像技術(shù)。通過分析斷層面內(nèi)密度的分布,就可以獲得復(fù)合材料內(nèi)部密度均勻性、微孔隙體積含量與分布等方面的信息。一般來說,CT 照片的對比度比X 射線照片的對比度要低,但因消除了不同層面圖像疊加重影問題,實際可讀性強于X 射線照片。不過CT 成像原理決定了密度高的物質(zhì)會在一定程度上被放大,這也就導(dǎo)致了分層、孔隙、裂紋等損傷圖像的尺寸比實際尺寸略小而纖維堆積等密度高的缺陷圖像比實際尺寸略大的特有現(xiàn)象。
總的來說,CT 掃描成像的技術(shù)具有以下特點:
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高空間分辨率和密度分辨率( 通常<0. 5%)
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高動態(tài)檢測范圍( 從空氣到復(fù)合材料再到金屬材料) ;
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成像尺寸精度高;
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在穿透能量足夠的情況下,不受試件幾何結(jié)構(gòu)限制。
局限性表現(xiàn)為: 檢測效率低、檢測成本高、雙側(cè)透射成像、不適合于平面薄板構(gòu)件的檢測以及大型構(gòu)件的現(xiàn)場檢測。利用CT 成像技術(shù)可以有效檢測先進復(fù)合材料中的孔隙、夾雜、裂紋等缺陷,也可以測量材料內(nèi)部的密度分布情況,如材料均勻性、微孔隙含量等。在工業(yè)應(yīng)用上,美國在上世紀(jì)八十年代就研制出了用于檢測大型固體火箭發(fā)動機復(fù)合材料殼體的工業(yè)CT 設(shè)備,并逐漸將該技術(shù)應(yīng)用于其它復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的無損檢測中,我國也于上世紀(jì)90 年代后期成功地將工業(yè)CT 技術(shù)應(yīng)用于C /C 復(fù)合材料、碳/酚醛復(fù)合材料等的檢測,解決了一些關(guān)鍵性的無損檢測技術(shù)難題,取得了較好的經(jīng)濟效益與社會效益。
康普頓背散射成像檢測技術(shù)
康普頓背散射成像( CST ) 技術(shù)是一種新的射線檢測技術(shù),它具有單側(cè)非接觸、檢測靈敏度高、快速三維成像的特點,對低密度材料的檢測可獲得比透射成像更高的圖像對比度,非常適合于復(fù)合材料等原子序數(shù)較低材料的物體。當(dāng)被檢物體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,或無法進行雙側(cè)成像檢測時,CST 技術(shù)就顯示出了獨特的優(yōu)勢。目前,CST 技術(shù)在國外航空航天領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,在國內(nèi),尚處于探索性研究階段。
2、超聲檢測技術(shù)
對于一般小而薄、結(jié)構(gòu)簡單的平面層壓板及曲率不大的構(gòu)件, 宜采用水浸式反射板法; 對于小或稍厚的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件, 無法采用水浸式反射板法時, 可采用水浸或噴水脈沖反射法和接觸延遲塊脈沖反射法; 對于大型結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)型的復(fù)合材料構(gòu)件的檢測宜采用噴水穿透法或噴水脈沖反射法。由于復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)具有明顯的各向異性, 而且性能的離散性較大, 因而, 產(chǎn)生缺陷的機理復(fù)雜且變化多樣, 再加上復(fù)合材料構(gòu)件的聲衰減大, 由此引起的噪聲與缺陷反射信號的信噪比低,不易分辨,檢測時應(yīng)選合適的方法。
3、紅外熱波檢測技術(shù)
4、聲-超聲檢測技術(shù)
5、聲發(fā)射檢測技術(shù)
6、渦流檢測技術(shù)
7、微波檢測技術(shù)
8、流體滲透法
9、激光全息法
10、目測法