樹脂基復(fù)合材料由于具有高比強(qiáng)、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(diǎn)，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(jìn)性與其質(zhì)量的離散性和高成本并存, 在實(shí)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(jì)損失。因此復(fù)合材料的無損檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)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(diǎn)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。

• 分層：基體，纖維，磨具熱膨脹系數(shù)不匹配或存儲時間過長；

• 夾雜：操作失誤或預(yù)浸料本身有缺陷或操作不當(dāng)；

• 脫粘：粘結(jié)劑選擇不當(dāng)或固化不完全；

• 孔隙：溶劑、低分子雜質(zhì)的揮發(fā)，真空控制不當(dāng)；

• 沖擊、撞擊損傷：工具脫落或其他外物體碰撞引起；

• 纖維曲屈：預(yù)浸料本身有缺陷或操作不當(dāng)；

• 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哪些復(fù)合材料無損檢測技術(shù)呢？

射線檢測技術(shù)( Radiographic Testing，即RT)是利用射線( X 射線、γ 射線、中子射線等)穿過物體時的吸收和散射的特性，檢測其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的技術(shù)。

適合于：孔隙、夾雜等體積型缺陷檢測，對平行于射線穿透方向的裂紋有比較好的檢測效果，對復(fù)合材料中特有的樹脂聚集與纖維聚集等缺陷也有一定的檢測能力，在鋪層數(shù)量

較少時，還可發(fā)現(xiàn)鋪層內(nèi)纖維彎曲等缺陷。由于分層缺陷對射線穿透方向上介質(zhì)并無明顯影響，因此分層缺陷在成像上并不明顯。同樣的原因，射線檢測技術(shù)對平行于材料表面的裂紋也不敏感。

射線檢測技術(shù)又分為如下三個類別：

• 射線照相

• 工業(yè)CT

• 康普頓背散射成像檢測技術(shù)

超聲波是指頻率20kHz 的聲波, 其波長與材料內(nèi)部缺陷的尺寸相匹配。根據(jù)超聲波在材料內(nèi)部缺陷區(qū)域和正常區(qū)域的反射、衰減與共振的差異來確定缺陷的位置與大小。超聲波檢測主要分為脈沖反射法、穿透法和反射板法, 根據(jù)不同的缺陷來選擇合適的檢測方法。

適用于：超聲波不僅能檢測復(fù)合材料構(gòu)件中的分層、孔隙、裂紋和夾雜物等, 而且在判斷材料的疏密、密度、纖維取向、曲屈、彈性模量、厚度等特性和幾何形狀等方面的變化也有一定作用。

• 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(jī)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。

具體應(yīng)用：

飛行器零件等大型復(fù)合材料構(gòu)件，蜂窩泡沫夾心等復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，曲面構(gòu)件，波音飛機(jī)復(fù)合材料機(jī)身層合板結(jié)構(gòu)的無損檢測。

超聲檢測方法分為傳統(tǒng)的超聲波檢測方法，超聲導(dǎo)波檢測方法，空氣耦合超聲檢測技術(shù)，

激光超聲檢測技術(shù)，相控陣超聲檢測技術(shù)。

紅外熱波無損檢測 ( Thermal Wave Testing)利用主動加熱技術(shù)，通過紅外熱成像系統(tǒng)自動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)而判定被測物表面及內(nèi)部的損傷。

適用于：該檢測方法特別適合于檢測復(fù)合材料薄板與金屬粘接結(jié)構(gòu)中的脫粘、分層類面積型缺陷，尤其是當(dāng)零件或組件不能浸入水中進(jìn)行超聲C-掃描檢測以及零件表面形狀使得超聲檢測實(shí)施比較困難時也可使用紅外熱波檢測方法，紅外熱波方法能夠準(zhǔn)確確定復(fù)合材料中分層的深度，而且該方法具有非接觸、實(shí)時、高效、直觀的特點(diǎn)。

聲-超聲( Acoustic-Ultrasonic)技術(shù)又稱應(yīng)力波因子( SWF) 技術(shù)。

適用于：AU 技術(shù)主要用于檢測和研究材料中分布的細(xì)微缺陷群及其對結(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估技術(shù)。采用聲-超聲振幅C 掃描技術(shù)也能夠?qū)?fù)合材料與金屬材料間的粘接界面進(jìn)行有效檢測，而且克服了超聲反射技術(shù)信號清晰度不高、超聲透射技術(shù)傳感器可達(dá)性差的缺點(diǎn)。

聲發(fā)射檢測技術(shù)( Acoustic Emission) 是通過對復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)在加載過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號進(jìn)行檢測和分析，對復(fù)合材料構(gòu)件的整體質(zhì)量水平進(jìn)行評價的一種檢測技術(shù)。

適用于：反映復(fù)合材料中損傷的發(fā)展與破壞模式，預(yù)測構(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，使用簡單方便，可以在測試材料力學(xué)性能的同時獲取材料動態(tài)變形損傷過程中的寶貴信息。

渦流檢測技術(shù)( Eddy Current Testing) 是利用導(dǎo)電材料的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，通過測量感應(yīng)量的變化進(jìn)行無損檢測的方法。

適用于：用于導(dǎo)電材料，可以用于碳-碳復(fù)合材料與金屬基復(fù)合材料的檢測。由于端頭效應(yīng)的存在，該方法在邊界處的檢測效果不好，同時該技術(shù)需要用標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行對比，因此其應(yīng)用受到了限制。

微波是指頻率為300MHz ～3000GHz 的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。

適用于：微波指向性高，在復(fù)合材料中穿透能力強(qiáng)、衰減小，適合于檢測厚度較大的材料。對結(jié)構(gòu)中的孔隙、疏松、基體開裂、分層和脫粘等缺陷具有較高的靈敏性。上世紀(jì)60 年代，微波檢測技術(shù)就已經(jīng)用于大型導(dǎo)彈固體發(fā)動機(jī)玻璃鋼殼體中的缺陷和內(nèi)部質(zhì)量的檢測。實(shí)踐證明，利用反射法測量的厚度誤差小于0. 125mm，利用穿透法可測定0. 02mg /cm3 的密度變化。由于微波探傷技術(shù)不能穿透導(dǎo)體，因此這種檢測方法很難應(yīng)用于整機(jī)檢測。

流體滲透檢測法僅僅適用于具有開放性傷口的缺陷或損傷，這種方法是采用特制的滲透劑對缺陷和損傷進(jìn)行染色，但是染色過程中會污染材料，在一定程度上會增加修補(bǔ)難度，目前使用較少。

激光全息檢驗法( Laser Holography) 是激光全息照相和干涉計量技術(shù)的綜合運(yùn)用。這種技術(shù)的依據(jù)是物體內(nèi)部缺陷在外力作用下，使它所對應(yīng)的物體表面產(chǎn)生與其周圍不相同的微量位移差。然后用激光全息照相的方法進(jìn)行比較，從而檢驗出物體內(nèi)部的缺陷。這種檢驗方法由于設(shè)備昂貴、需要沖洗顯影、對環(huán)境振動敏感和需要對被測物加載，因此限制了推廣能力，目前主要在實(shí)驗室使用。

就是人眼觀察復(fù)合材料表面的肉眼可見的缺陷，主要是表面的裂紋和損傷，優(yōu)勢在于成本低，效率高，但是具有較大人為因素。