复合材料缺陷及无损检测技术
mil-hdbk-787(1993)复合材料的无损检测的超声波方法
mil-hdbk-787(1993)复合材料的无损检测
的超声波方法
我将介绍《MIL-HDBK-787(1993)》中关于复合材料无损检测超声波方法的内容。
该手册是一本由美国国防部发布的技术规范，用于指导军事航空和航天领域中复合材料的无损检测。
其中包含了多种无损检测方法，包括超声波方法。
超声波方法是一种常用的无损检测技术，适用于复合材料的质量评估和缺陷检测。
它利用超声波在材料中传播的特性来探测材料中的缺陷、异物或结构变化。
根据《MIL-HDBK-787(1993)》，超声波方法可以用于以下方面的检测：
1. 缺陷探测：通过发送超声波脉冲到材料中，然后检测回波信号来确定材料中的缺陷，如裂纹、夹杂物或气泡等。
2. 界面检测：用于检测复合材料中不同层之间的粘结情况，以及材料与环境之间的粘结情况。
3. 厚度测量：利用超声波的穿透能力，可以测量复合
材料中不同层的厚度。
4. 层析成像：通过多次扫描和记录回波信号，可以重建出材料内部的三维图像，以便更全面地评估材料的质量。
超声波方法在复合材料的无损检测中具有许多优势，例如非破坏性、高灵敏度和高分辨率等。
然而，使用超声波方法进行无损检测需要经过专业培训和丰富的经验。
总结起来，《MIL-HDBK-787(1993)》提供了关于复合材料无损检测超声波方法的详细指导，包括缺陷探测、界面检测、厚度测量和层析成像等方面的应用。
这些方法对于确保复合材料组件的质量和可靠性至关重要。
如何利用无损检测技术识别复合材料的缺陷
如何利用无损检测技术识别复合材料的缺陷无损检测技术是一种非破坏性的测试方法，通过不侵入性的检测手段，可以识别和评估复合材料中的缺陷。
复合材料的应用范围越来越广泛，而检测和评估复合材料缺陷的重要性也随之增加。
本文将介绍如何利用无损检测技术来识别复合材料的缺陷。
首先，为了识别复合材料的缺陷，我们需要了解常见的复合材料缺陷类型。
复合材料的常见缺陷包括气泡、夹杂物、裂纹和界面剥离等。
气泡是由于制造过程中的挤出气体或气泡聚集而形成，通常呈现为圆形或椭圆形的孔洞。
夹杂物是材料中不均匀分布的杂质或其他材料。
裂纹是复合材料中的断裂缺陷，可能由于加工或应力引起。
界面剥离是由于粘接不良或外力引起的层间分离。
接下来，我们可以使用一些常见的无损检测技术来识别复合材料的缺陷。
其中，常用的技术包括超声波检测、红外热成像和X射线检测。
超声波检测是一种利用高频声波传播特性来检测材料内部缺陷的方法。
通过发射超声波脉冲并接收回波信号，可以识别复合材料中的裂纹、气泡和界面剥离等缺陷。
超声波检测具有分辨率高、检测速度快的优点，广泛应用于复合材料的缺陷检测。
红外热成像是一种利用热辐射特性来检测材料内部缺陷和异常热分布的方法。
通过记录材料表面的热辐射图像，可以识别复合材料中的缺陷和热梯度。
红外热成像具有非接触测量、高效率和实时性的特点，适用于大面积的复合材料缺陷检测。
X射线检测是一种利用X射线穿透材料并通过接收器接收射线的方法。
通过分析射线的吸收和散射情况，可以识别复合材料中的缺陷和界面剥离。
X射线检测具有穿透深度大、检测精度高的特点，被广泛应用于复合材料的缺陷检测。
除了以上的常见无损检测技术，还有其他技术可以用于复合材料缺陷的识别，如磁粉检测、涡流检测和激光散斑检测等。
不同的技术适用于不同类型的复合材料和缺陷。
在进行无损检测时，我们还需要考虑一些因素，如材料的特性、缺陷的类型和尺寸、检测设备的适应性等。
此外，对于复合材料的缺陷识别，准确的数据采集和分析也至关重要。
复合材料无损检测技术
五、超声波检测
原理：利用缺陷与基体间不同特征引起的波长吸收/反射差 异来判定被测物（20KHz）；
优势
1. 操作简单；
局限
1. 不同的缺陷需使用
不同的探头； 2. 对人员要求高；
2. 可定位缺陷位置；
8
五、超声波检测
9
五、超声波检测
适用于：分层，孔隙等缺陷；
大型蜂窝结构部件、大曲面结构部件
3
三、X射线检测
原理：利用缺陷与基体间的密度差异引起的X射线吸收率；
局限
1. 设备复杂成本高； 2. 需安全防护； 3. 无法现场检测；
4
三、X射线检测
适用于：检测材料中的孔隙（黑影），裂纹（黑纹）， 纤维屈曲（白纹），夹杂（白点）等 缺陷；
黑纹 白点
黑影
中小型复材部件
5
四、红外热成像检测
原理：利用缺陷与基体间不同热特征引起的温度差异来 判定被测物；
优势
1. 操作方便； 2. 设备简单； 3. 可现场检测；
局限
1. 要求工件传热性好； 2. 测试深度有限； 3. 灵敏度不高；
6
四、红外热成像检测
适用于：脱粘，分层等面积性缺陷；
复材薄板与金属胶接
复材无损检测技术
2018-4-27
目录
01-02 03-03 04-05 06-07 08-10
复材常见缺陷 复材常见检测技术 X射线检测
红外热成像检测
超声波检测
一、复材常见缺陷
分层
纤维弯曲
孔隙
基体开裂、脱粘
纤维断裂、突出
冲击、撞伤损伤
1
一、复材常见缺陷
1
分层： 存储时间过长；热膨胀系数不匹配；挥发物产生
复合材料结构件无损检测技术分析
复合材料结构件⽆损检测技术分析复合材料结构件⽆损检测技术分析摘要：本⽂通过对复合材料结构件缺陷和损伤特点的分析，介绍可应⽤于复合材料结构缺陷包括⽬视检查法、声阻法、射线检测技术、超声检测技术、声- 超声技术、涡流检测技术、微波检测技术在内的⽆损检测技术。
并对⽆损检测技术的技术关键进⾏剖析，展望了⽆损检测技术的未来发展。
关键词：复合材料⽆损检测缺陷随着航空制造技术的不断发展，复合材料以其⾼的⽐强度、⽐刚度及良好的抗疲劳性和耐腐蚀性获得⼴泛应⽤。
由于纤维增强复合材料具有导电性差、热导率低、声衰减⾼的特点，在物理性能⽅⾯呈显著的各向异性，使得它对波传播所引起的作⽤与普通⾦属材料相⽐具有很⼤的差异，因⽽其⽆损检测技术与⾦属的检测⼤不相同，复合材料检测⽇益成为该领域的重点和难点。
在这种情况下，航空航天检测迫切需要有⼀种更有效的⼿段来提⾼复合材料构件的⽣产质量或修理⽔平。
复合材料构件的成型过程是极其复杂的，其间既有化学反应，⼜有物理变化，影响性能的因素甚多，许多⼯艺参数的微⼩差异会导致其产⽣诸多缺陷，使产品质量呈现明显的离散性，这些缺陷严重影响构件的机械性能和完整性。
由于复合材料结构制造质量的离散性，必须通过⽆损检测来鉴别产品的内部质量状况，以确保产品质量，满⾜设计和使⽤要求。
随着先进复合材料技术研究与应⽤的⾼速增长，复合材料⽆损检测技术也迅速发展起来，已成为新材料结构能否有效和扩⼤应⽤的关键。
⼀、复合材料结构件缺陷的产⽣与特点先进复合材料中的缺陷类型⼀般包括: 孔隙、夹杂、裂纹、疏松、纤维分层与断裂、纤维与基体界⾯开裂、纤维卷曲、富胶或贫胶、纤维体积百分⽐超差、铺层或纤维⽅向误差、缺层、铺层搭接过多、厚度偏离、磨损、划伤等, 其中孔隙、分层与夹杂是最主要的缺陷。
材料中的缺陷可能只是⼀种类型, 也可能是好⼏种类型的缺陷同时存在。
缺陷产⽣的原因是多种多样的, 有环境控制⽅⾯的原因, 有制造⼯艺⽅⾯的原因, 也有运输、操作以及使⽤不当的原因, 如外⼒冲击、与其他物体碰撞和刮擦等。
复合材料无损检测方法
AU 技术的基本原理为 ,采用压电换能器或激 光照射等手段在材料 (复合材料或各向同性材料) 表 面激发脉冲应力波 ,应力波在内部与材料的微结构 (包括纤维增强层合板中的纤维基体 ,各种内在的或 外部环境作用产生的缺陷和损伤区) 相互作用 ,并经 过界面的多次反射与波型转换后到达置于结构同一 或另一表面的接收传感器 (压电传感器或激光干涉 仪) ,然后对接收到的波形信号进行分析 ,提取一个 能反映材料 (结构) 力学性能 (强度和刚度) 的参量 , 称为应力波因子 。
声2超声 (Acoustic2Ultrasonic ,简称 AU) 技术又 称应力波因子 ( Stress Wave Factor , 简称 SWF) 技 术 。与通常的无损检测方法不同 ,AU 技术主要用 于检测和研究材料中分布的细微缺陷群及其对结构 力学性能 (强度或刚度) 的整体影响 ,属于材料完整 性评估技术[9 ,10 ] 。
复合材料缺陷及无损检测技术
常见的复合材料缺陷
夹芯结构以及蜂窝芯子
面板 胶接层 蜂窝芯子
常见的复合材料缺陷
纤维断裂、树脂富集和孔洞
常见的复合材料缺陷
面芯脱胶
常见的复合材料缺陷
芯间脱胶
常见的无损检测方法
1. 无损检测（NDT）：应用于制造过程、成品检验
和在役检测等各个阶段
2. 无损检测：在不破坏的前提下，检查工件宏观缺陷
复合材料缺陷、无损检测 及性能测试
常见的复合材料缺陷
1. 针对纤维增强层合板和夹芯板而言 2. 产生领域：生产、运输和使用过程 3. 类型：孔洞（voids, porosity)
脱胶 (debonds) 分层 (delaminatioБайду номын сангаасs) 撞击 (impact damage) 纤维断裂 (broken fibres) 树脂裂纹 (resin cracks)
状况的无损检测方法称为涡流检测
2. 原理:
常见的无损检测方法
涡流检测
常见的无损检测方法
涡流检测
常见的无损检测方法
非常规检测方法
声发射 光全息成像 红外热成像 微波检测 机械阻抗 泄漏检测 Acoustic Emission (AE) Optical Holography Infrared Thermography Microwave Testing Mechanical Impedance Leak Testing (LT)
激光全息成像
常见的无损检测方法
红外热成像：借助物体热辐射得到热气像的检测技术 特点：非接触
实时 高效 直观
常见的无损检测方法
红外热成像
常见的无损检测方法
红外热成像
铝蜂窝芯子
复合材料的无损检测
超声波是指频率在20 kHz 以上的声波,它们的波长与材料内部缺陷的尺寸相匹配[ 5] 。
根据超声波在材料内部缺陷区域和正常区域的反射、衰减与共振的差异, 来确定缺陷的位置与大小。
按测定方法分类,超声波检测主要有脉冲反射法、穿透法和反射板法。
它们各有特点, 应根据不同的缺陷来选择合适的检测方法。
超声波不仅能检测复合材料构件中的分层、孔隙、裂纹和夹杂等缺陷,而且, 在判断材料的疏密、密度、纤维取向、曲屈、弹性模量、厚度等特性和几何形状等方面的变化也有一定的作用。
对于一般小而薄、结构简单的平面层压板及曲率不大的构件,宜采用水浸式反射板法; 对于小或稍厚的复杂结构件, 无法采用水浸式反射板法时, 可采用水浸或喷水脉冲反射法和接触带延迟块脉冲反射法; 对于大型结构和生产型的复合材料构件的检测宜采用水喷穿透法或水喷脉冲反射法。
由于复合材料组织结构具有明显的各项异性, 而且性能的离散性较大, 因而, 产生缺陷的机理复杂且变化多样, 而且,复合材料构件的声衰减大, 航空航天领域的复合材料制件又多为薄型构件,由此引起的噪声和缺陷反射信号的信噪比低,不易分辨[ 6] ,所以在使用时应选用合适的方法进行检测。
4. 2超声检测的应用超声检测技术, 特别是超声 C 扫描, 由于显示直观、检测速度快,已成为飞行器零件等大型复合材料构件普遍采用的检测技术。
ICI Fiberite 公司采用9轴式C 扫描, 对蜂窝泡沫夹芯等复杂结构的复合材料构件进行无损检测。
麦道公司专为曲面构件设计的第五代自动超声扫描系统, 可在九个轴向运动,并能同时保证脉冲振荡器与工件表面垂直[ 7 ] 。
该系统可以完成二维和三维的数据采集, 可确定大型复杂构件内的缺陷尺寸。
由波音民用飞机集团等单位组成的研究小组, 用超声波研究了复合材料机身层合板结构的冲击强度和冲击后的剩余强度,结果表明,超声波不仅可以检测损伤,而且能确定损伤对复合材料构件承载能力的影响。
复合材料无损检测
复合材料无损检测复合材料是一种由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，它具有轻质、高强度、抗腐蚀等优点，在航空航天、汽车制造、建筑等领域得到了广泛的应用。
然而，由于其结构复杂性和多层次性，一旦出现缺陷，往往会对整体性能造成严重影响，因此复合材料的无损检测显得尤为重要。
无损检测（Non-Destructive Testing，NDT）是指在不破坏被检测物理性能的前提下，利用一定的物理方法、化学方法、电磁方法、声学方法等对被检测对象进行检测、测量、判断和分析的技术手段。
对于复合材料而言，无损检测能够及时、准确地发现材料内部的缺陷，为后续的维修和使用提供重要的参考依据。
常见的复合材料无损检测技术包括超声波检测、X射线检测、红外热像检测、涡流检测等。
其中，超声波检测是应用最为广泛的一种技术。
它通过将超声波引入被测材料中，利用超声波在材料内传播的特性，来检测材料内部的缺陷，如气孔、夹杂、裂纹等。
X射线检测则主要用于检测复合材料中的异物、夹杂物以及纤维层的完整性。
红外热像检测则是利用物体自身的热辐射，通过红外热像仪对复合材料进行表面和内部的检测。
而涡流检测则主要用于检测复合材料中的金属夹层和连接部分。
在进行复合材料无损检测时，需要注意以下几点，首先，要根据具体的检测要求选择合适的检测技术和仪器；其次，要对检测对象进行充分的准备工作，包括清洁表面、消除干扰等；最后，要对检测结果进行准确的分析和判断，及时采取相应的措施。
总的来说，复合材料无损检测是保证复合材料制品质量的重要手段，它能够及时发现缺陷，保障产品的安全可靠性。
随着科技的不断发展，无损检测技术也在不断完善和创新，相信在未来的发展中，将会有更多更先进的无损检测技术应用于复合材料的检测中，为复合材料的应用提供更加可靠的保障。
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3. 类型：根据美国国家宇航局(NASA), 可分为6大类约
70余种。进一步可分为常规无损检测方法和 非常规无损检测方法。
常见的无损检测方法
常规无损检测方法
超声检测 射线检测 磁粉检测 渗透检测 涡流检测 Ultrasonic Testing (UT) Radiographic Testing (RT) Magnetic particle Testing (MT) Penetrant Testing (PT) Eddy current Testing (ET)
状况的无损检测方法称为涡流检测
2. 原理:
常见的无损检测方法
涡流检测
常见的无损检测方法
涡流检测
常见的无损检测方法
非常规检测方法
声发射 光全息成像 红外热成像 微波检测 机械阻抗 泄漏检测 Acoustic Emission (AE) Optical Holography Infrared Thermography Microwave Testing Mechanical Impedance Leak Testing (LT)
常见的复合材料缺陷
夹芯结构以及蜂窝芯子
面板 胶接层 蜂窝芯子
常见的复合材料缺陷
纤维断裂、树脂富集和孔洞
常见的复合材料缺陷
面芯脱胶
常见的复合材料缺陷
芯间脱胶
常见的无损检测方法
1. 无损检测（NDT）：应用于制造过程、成品检验
和在役检测等各个阶段
2. 无损检测：在不破坏的前提下，检查工件宏观缺陷
常见的无损检测方法
串列法
常见的无损检测方法
射线检测 1. 定义：利用射线（X射线、γ
2. 方法：射线照相法、
荧光屏法（发展为工业电视）、 干板照相法、 层析摄影（工业CT）技术、 数字显示技术 射线、中子射线等）穿过材料
工件时的强度衰减，检测其内部结构不连续性的技术 称为射线检测。
常见的无损检测方法
3.
应用：脱胶和分层，空洞、撞击
常见的无损检测方法
激光全息成像
4. 效果图
常见的无损检测方法
激光全息成像
5. 效果图
常见的无损检测方法
激光全息成像
6. 剪切散斑技术
常见的无损检测方法
激光全息成像
7.面内变形:
常见的无损检测方法
激光全息成像
常见的无损检测方法
激光全息成像
常见的无损检测方法
渗透检测 1. 定义：利用液体的毛细管作用，将渗透液渗入固体材料表面
开口缺陷处。再通过显象剂将渗入的渗透液吸出到表
面显示缺陷的存在。这种无损检测方法称为渗透检测。
2. 步骤： 渗透
清洗
显像
检查
常见的无损检测方法
渗透检测
常见的无损检测方法
1. 定义: 利用铁磁线圈在工件中感生的涡流,分析工件内部质量
常见的无损检测方法
超声检测 1. 定义： 超声波在被检测材料中传播时,材料的声学特性和内部组织
的变化对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响程度和 状况的探测了解材料性能和结构变化的技术称为超声检测。
2. 方法：穿透法、脉冲反射法、串列法
常见的无损检测方法
穿透法
常见的无损检测方法
脉冲反射法
激光全息成像
常见的无损检测方法
红外热成像：借助物体热辐射得到热气像的检测技术 特点：非接触
实时 高效 直观
常见的无损检测方法
红外热成像
常见的无损检测方法
红外热成像
铝蜂窝芯子
碳\环氧面板
常见的无损检测方法
红外热成像
发射 1. 定义：通过对试件进行一系列加载和卸载循环，并在循环过
程中逐渐加大载荷以使试件产生应力波，从而反映试 件的内部微观结构情况。
2. 特点： 可用于实时动态检测
可以用于对不透明试件进行检测 很难区分缺陷产生的信号和噪音信号 所得信息为间接信息，不够直观 定性检测，难以定量 接触试件
复合材料缺陷、无损检测 及性能测试
常见的复合材料缺陷
1. 针对纤维增强层合板和夹芯板而言 2. 产生领域：生产、运输和使用过程 3. 类型：孔洞（voids, porosity)
脱胶 (debonds) 分层 (delaminations) 撞击 (impact damage) 纤维断裂 (broken fibres) 树脂裂纹 (resin cracks)
射线照相法
常见的无损检测方法
磁粉检测 1. 定义：利用漏磁和合适的检验介质发现试件表面和近表面的
不连续性的无损检测方法。
2. 方法： 轴向通电法
横向通电法
穿棒法 支杆法 感应电流法 线圈法
常见的无损检测方法
示意图
常见的无损检测方法
轴向通电法和横向通电法
常见的无损检测方法
实验图
常见的无损检测方法
3. 应用： 纤维断裂、脱胶和分层
常见的无损检测方法
激光全息成像 1. 定义：利用全息干涉计量技术，把相干性好的激光照射到试
件表面，通过热、机械等加载方式使试件表面产生微 小变形，比较加载前后的两组光波波前的形状，根据 干 涉条纹的变化来判断是否有缺陷。
2. 特点：实时动态
非接触 全场（检测面积大） 精度高 定量检测 对试件表面要求高 对环境要求较高