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稿件赏析

碳纤维复合材料的无损检测方法探讨

时间:2017-5-10 17:00:06   来源:   作者:   点击:562次
碳纤维复合材料的无损检测方法探讨
 肖亚楠
            
  摘要:无损检测是一种先进的、科技含量较高的检测技术,不会对被检测物质的外观和性能造成任何不利影响,最大限度的保证了被检测物质结构和功能的完整,且检测精度高,检测结果十分可靠,现已广泛的应用到各行各业之中。本文将对无损检测技术加以简介,并论述无损检测技术在碳纤维复合材料中的应用优势以及几种较为常用的无损检测方法,以期实现无损检测技术的迅速推广,促使无损检测在碳纤维复合材料检测工作中能够真正的发挥实效。
  关键词:碳纤维复合材料;无损检测;方法;应用
引言:碳纤维复合材料是由两种及以上物质组成的新型材料,其强度高,稳定性好,功能齐全,能够很好的满足军事领域和民用领域的应用需求。随着人们生活水平的提高,对生活环境也提出了更高的要求,碳纤维复合材料具有其他材料无法比拟的巨大优势,因此其发展前景无疑将会非常的广阔。为了进一步提高材料性能,使碳纤维复合材料的效用得到最大化的发挥,在碳纤维复合材料中应用无损检测技术是十分必要的。
一、无损检测技术简介
  传统的检测技术大多具有破坏性,在检测工作完成被测物质的外观或性能或多或少的会受到一定的影响,因此大多数检测技术都只能针对物质的某个形态或用途进行检验,这为检测工作增加了难度,同时也限制了检测技术的发展。无损检测技术指的是在不破坏被测物质结构和性能的情况下,利用物质的内部缺陷对其进行检验的方法,通常需要借助物理仪器和设备,以便精确观察物质在接触热、光、磁时发生的变化。无损检测技术具有动态性、实时性、兼容性的特征,所得的检测结果非常准确,基本上能够满足大多数物质的检测需求。
一般来说,无损检测技术具有以下三个特点:首先是非破坏性,指的是在采用无损检测技术时不会破坏被测物质的内部结构和性能,最大限度的保证了物质的完整性;其次是全面性,无损检测技术的检测范围广泛,可以用于对物质的全面检测;最后是全程性,无论被检测物质是原料、半成品、成品,或者是加工前、加工中、加工后都可以进行检测。除此之外,无损检测技术也可以检测正在运行中的设备,以便及时发现设备故障,避免安全事故的发生。
二、无损检测技术在碳纤维复合材料中的应用优势
  由于碳纤维复合材料是由多种原料经过特殊工艺加工而成,如果这些原料的化学反应不完全,或者是元素成分的占有量不科学,抑或者是材料结构不够稳定,那么碳纤维复合材料在生产和使用中必然会存在缺陷或损伤。运用无损检测技术在碳纤维复合材料的生产和使用过程中对其缺陷和损伤进行检测,根据具体的缺陷选择检测方法,能够大幅度降低检测成本,检测结果也比较准确,为碳纤维复合材料的使用提供了可靠的依据,有力保障了碳纤维复合材料的生产和使用更加科学、合理。
三、碳纤维复合材料的常用无损检测方法
  无损检测方法比较多样化,在实际应用过程中应根据碳纤维复合材料的缺陷和损伤形式来选择具体的无损检测方法,才能取得最为理想的检测效果。对于碳纤维复合材料的表面缺陷可以用目测法,让有经验的检测人员负责观察材料表面,评估材料性能;对于无法用肉眼看到的缺陷和损伤,可使用其他的无损检测方法,如红外热波检测法、超声波检测法、渗透和层析检测法等等。
3.1、红外热波检测方法
  红外热波检测是对碳纤维复合材料进行加热,在材料表面和内部会形成温度差,红外辐射能力会根据材料温度而发生变化,并呈现在红外热像仪上,形成清晰直观的图像,通过分析辐射分布来判断材料内部的缺陷。红外热波检测通常用于检测碳纤维层压板的缺陷、冲击性损伤以及碳纤维复合材料内部贴合型缺陷等。因为红外热波检测是运用热传导原理,需要对材料进行加热,使材料内部产生辐射,所以该方法耗费的时间较长,对操作水平有着较高的要求,通常不能用于碳纤维复合材料的快速检测。
3.2、超声波检测方法
  超声波检测是碳纤维复合材料检测中最为普遍的一种检测方法,在碳纤维复合材料表面施加超声波后,超声波会在材料内部高速传播,一旦达到材料边缘或遇到不平整的界面,超声波就会反射回来,此时在显示屏上会出现清晰的波形,通过分析波形图即可发现碳纤维复合材料的具体缺陷。超声波在不同介质中的传播速率不同,产生的波形也会因缺陷的不同而出现不同的变化,能够准确定位出缺陷的具体位置,常常用于检测碳纤维复合材料内部的裂纹、夹杂、空隙等缺陷。值得注意的是,超声波检测也存在一些缺点,由于超声波无损检测需要检测人员观察波形进行判断,容易受到检测人员的经验和能力的影响,而且超声波检测需要直接接触材料表面,在探头处要有耦合剂,会对被测材料表面造成污染,检测精度也会随之下降。
3.3、渗透和层析检测方法
  采用渗透和层析检测碳纤维复合材料缺陷,是利用各组分物理性质的不同,将多组分混合物进行分离及测定的方法。在研究碳纤维复合材料缺陷产生机理的基础上,利用氯化金渗透液优良的渗透性能,对碳纤维复合材料钻孔分层进行渗透检测研究,并总结出钻孔立体分层模型。在电磁层析成像系统中,对带缺陷的碳纤维复合材料进行图像重建仿真。结果表明,采用精确重建算法的电磁层析无损检测技术,可以探测碳纤维复合材料中的缺陷。渗透检测方法可以检测碳纤维复合材料由于钻孔产生的分层缺陷。但是,渗透检测方法是一种表面无损检测方法,只适用于检测表面开口的缺陷,无法对内部缺陷进行有效检测。
结语:在碳纤维复合材料中应用无损检测技术能够快速、准确的发现材料表面和内部缺陷,检测效率高,检测结果也比较可靠,为碳纤维复合材料的生产和使用提供了重要的参考依据。我们应加强对无损检测技术的研究和应用,将其推广到各行各业之中,从而推动我国检测行业的快速发展。
参考文献:
1]唐桂云,王云飞,王宝瑞.碳纤维复合材料蜂窝夹层结构的无损检测方法研究[J].纤维复合材料,2011,(1)
2]刘增华,余锋祥,于洪涛,等.基于群速度校准的超声导波技术及在复合材料缺陷检测中的应用[J].机械工程学报,2012,48(20)
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