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几种常见的复合材料无损检测方法的原理与技术特征

嘉峪检测网        2023-11-28 08:59

无损检测(Nondestructive inspection,NDI)是复合材料工业中的y一种标准测试方法,也是制造任何高质量产品的基础。NDI有多种方法可供选择,有时可能需要同时使用多种方法来充分了解复合材料层压板中的缺陷和缺陷的类型、尺寸、位置和深度。
 
层压复合材料容易受到缺陷和缺陷结构的影响,这些缺陷可能在铺层和加工过程中引入。例如,在固化的层压板中,有时会在层间发现夹杂物或异物碎片(foreign object debris,FOD),如小块预浸料背衬膜、脱模膜、手套残留物和X-Acto刀片等。
 
非外在引入的缺陷,如孔隙、空隙和脱胶剥离,在制造中也很常见,这些缺陷通常与材料和工艺有关。这些类型的缺陷是普遍存在的,结构越复杂,或者层压板压实程度越低,就越容易产生缺陷。这就是为什么NDI技术人员和质量检查员对复合材料和工艺以及具体设计知识有很好的理解是如此重要。训练有素的复合材料检查员知道该在哪里检查和检查什么。
 
可视检查技术:作为一种常见的无损检测方法,而且虽然它是任何技术人员使用的第一种方法,但可视检查却经常被忽视。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、可见冲击损伤,有时甚至几乎看不到冲击损伤。敲击测试是另一种测试方法,技术人员用敲击锤、硬币或其他指定工具轻轻敲击表面,倾听并感受层压材料的反应。数字敲击锤可以测量敲击响应,并以毫秒为单位显示层压板响应所需的时间。响应时间越短,结构吸收的冲击就越少,这表明结构是实心的。当发现缺陷时,响应时间更长,导致显示器上的数字更高。轻敲测试可用于检测厚度小于3.05毫米的薄层压板中的近表面缺陷,以及夹层结构中的皮芯剥离。
 
超声波检测(UT)技术:该技术是复合材料行业的主流,也是当今应用最广泛的无损检测方法。UT的工作原理是将高频(0.5-25兆赫)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。使用的主要方法有两种:脉冲回波,即:通过用同一探针发送和接收声音脉冲来测量反射波;透射法,即:通过层压板厚度测量传输波,它需要一侧的发射器探针和另一侧的接收器探针来发送和接收声能。通常,这些信息通过软件转换为A、B或C扫描显示的形式转换为数字屏幕(图1)。UT在检测上面列出的许多结构缺陷和缺陷时很有用。
图1:使用脉冲回波和透射法进行超声波检测。脉冲回波(左和中)使用换能器发送和接收超声能量,产生A和B扫描显示,显示缺陷的可测量深度。透射法(右)使用一侧的发射器和另一侧的接收器通过零件发送超声波能量,并提供接收能量百分比的彩色图(深紫色区域约为10%,黄色约为70%,红色约为90%)
 
热成像技术:是将红外辐射转换为可见图像的过程,通过灰度或颜色在显示器上呈现非常小的温度梯度。脉冲红外热成像的工作原理是用光脉冲向结构引入少量红外能量(热量)。然后,红外相机捕捉并记录由此产生的热传导到层压板中。专用软件有助于解释图像,并将其显示在监视器上供检查员查看(图2)。该方法快速简便,可用于检测孔隙率、剥离、分层和近表面夹杂物。
 
 
图2:脉冲热成像,光脉冲能量被引导到表面,光脉冲能量(热)被引导到表面,红外摄像机检测和测量热传导到层压板(左),图像显示在屏幕上以进行评估(右侧)
激光剪切成像技术:它是一种非接触光学无损检测技术,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。首先在无载荷条件下测量零件,然后在施加的载荷下再次针对热学、机械振动、声振动、压力、真空、电场、磁场、微波或机械等进行测试,这使得摄像机可以看到缺陷,以便在存在亚表面缺陷的层压板表面上捕捉等应变条纹图案。计算机软件对包裹的相位图图像进行外推,并创建一个展开的相位图,该相位图被转换为用于显示和评估的集成可见图像(图3)。应该注意的是,该技术可以快速显示缺陷的位置,但需要使用超声技术进行进一步检查以确定深度。
图3:激光剪切成像。复合材料面板中表面缺陷的包裹相位图(A)、展开相位图(B)、集成相位图(C)和集成3D相位图图像。
射线照相测试技术:这种诸如计算机射线照相的技术,通过使用短波长电磁辐射,如X射线或伽马射线,通过零件到达光电传感器(检测器),由数字图像处理器解释并显示在屏幕上。如果X射线是垂直于表面拍摄的,那么可以检测到的东西是有限的。计算机断层扫描(CT)是对部件进行360°旋转的x射线,或者探测源或探测器围绕零件旋转。通过CT扫描,可以清楚地看到所有内部缺陷以及纤维、树脂和空隙(图4)。数字分层成像适用于大面积检查,其中零件是固定的,探测源和检测器围绕零件旋转或沿长度上下移动。
图4:计算机断层扫描(CT)扫描图像,层压板的切片可以检查该层的孔隙率(左)。取一个较大的部分并进行切片以查看多个层(右)。请注意,使用CT可以清楚地看到层压板中的纤维、树脂和空隙
 

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来源:碳纤维及其复合材料技术