【检测表征】盘点几种常见的复合材料无损检测方法的原理与技术特征
无损检测 (NDI) 是复合材料行业的标准检测方法，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才能充分了解复合材料层合板中缺陷和缺陷的类型、尺寸、位置和深度。
层压复合材料容易受到铺层和加工过程中引入的结构缺陷和缺陷的影响。 例如，在固化的层压板中，层与层之间有时会发现夹杂物或异物碎片 (FOD)，例如小片预浸料背衬膜、离型膜、手套残留物和 X-Acto 刀片。
非外部引入的缺陷，例如气孔、空隙和脱粘，在制造中也很常见，并且通常与材料和工艺有关。 这些类型的缺陷很常见，结构越复杂，或层压板越不致密，它们就越有可能出现。 这就是为什么 NDI 技术人员和质量检验员充分了解复合材料和工艺以及具体的设计知识如此重要。 训练有素的复合材料检查员知道检查哪里以及检查什么。
目视检查技术：作为一种常见的无损检测方法，虽然它是任何技术人员使用的第一个方法，但目视检查经常被忽视。 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，例如划痕、皱纹、桥接、表面空隙、剥皮、分层、热损伤、可见的冲击损伤，有时甚至是几乎看不见的冲击损伤。 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，以聆听和感觉层压板的反应。 数字锤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，结构吸收的冲击越少，表明结构是坚固的。 当发现缺陷时，响应时间会更长，导致显示屏上的数字更高。 敲击测试可用于检测厚度小于 3.05 毫米的薄层压板的近表面缺陷，以及夹层结构中的皮芯脱粘。
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 MHz) 能量波发送到层压板中，捕获并量化这些波形的振幅和飞行时间。 主要使用两种方法：脉冲回波，通过使用同一探头发送和接收声音脉冲来测量反射波； 传输，测量穿过层压板厚度的传输波，需要在一侧安装发射器探头。 针和另一侧的接收探头用于发送和接收声能。 通常，这些信息会通过软件以 A、B 或 C 扫描显示的形式转换为数字屏幕（图 1）。 UT 可用于检测上面列出的许多结构缺陷和缺陷。
图 1：使用脉冲回波和传输方法进行超声波检查。 脉冲回波（左和中）使用换能器发送和接收超声波能量，产生 A 和 B 扫描显示，显示缺陷的可测量深度。 传输方法（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，并提供接收到的能量百分比的彩色图（深紫色区域约为 10%，黄色区域约为 70%） ，红色约为 90%）
热成像：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屏上显示非常小的温度梯度。 脉冲红外热成像的工作原理是使用光脉冲将少量红外能量（热量）引入结构中。 然后，红外摄像机捕获并记录层压板产生的热传导。 专用软件可帮助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、简单，可用于检测孔隙度、剥落、分层和近地表夹杂物。
图 2：脉冲热成像，光脉冲能量（热量）被引导至表面，红外热像仪检测并测量层压板的热传递（左），图像显示在屏幕上以进行评估（右）
激光剪切成像技术：是利用图像剪切干涉仪检测和测量零件面外变形的非接触式光学无损检测技术。 首先在无负载条件下测量零件，然后在施加热、机械振动、声振动、压力、真空、电场、磁场、微波或机械等负载下再次测量。这使得相机能够看到缺陷，以便它们可以捕获具有次表面缺陷的层压板表面上的等应变条纹图案。 计算机软件推断包裹的相位图图像并创建展开的相位图，该相位图被转换为集成的可见图像以供显示和评估（图 3）。 值得注意的是，该技术可以快速显示缺陷的位置，但需要使用超声波技术进一步检查以确定深度。
图 3：激光剪切成像。 复合板中表面缺陷的包裹相位图 (A)、展开相位图 (B)、积分相位图 (C) 和积分 3D 相位图。
射线照相测试技术：该技术（例如计算机射线照相）的工作原理是使用短波长电磁辐射（例如 X 射线或伽马射线）穿过零件到达光电传感器（探测器），然后由数字图像进行解释处理器并显示在屏幕上。 如果垂直于表面拍摄 X 射线，则可检测到的内容会受到限制。 计算机断层扫描 (CT) 是对旋转 360° 的零件进行 X 射线扫描，或者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，其中零件静止，源和探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，层压板的一部分，可用于检查层的孔隙率（左）。 取一个较大的部分并将其切片以查看多层（右）。请注意，使用 CT 您可以清楚地看到层压板中的纤维、树脂和空隙