复合材料无损检测的介绍

SAE复合材料无损检测标准分析李剑【摘要】概述SAE复合材料无损检测标准及体系,对这些复合材料无损检测标准的编制背景、使用情况等进行分析,并针对目前国内复合材料无损检测标准情况提出建议和意见.【期刊名称】《高科技纤维与应用》【年(卷),期】2018(043)002【总页数】4页(P41-44)【关键词】SAE;复合材料;无损检测;标准分析【作者】李剑【作者单位】中国商飞上海飞机设计研究院,上海大场,200436【正文语种】中文【中图分类】TD2131 引言SAE标准广泛应用于全球范围内航空飞行器零件、系统的设计和生产甚至政府采购活动，已经成为国际航空制造业的基础标准。

从1939年以来，已经制订数千份各种类型的标准，这些标准为航空制造业规范化，提高航空制造业整体的制造质量等方面取得了极大的成绩。

复合材料是近三十年来涌现出来的新型航空材料，以其重量轻，疲劳性能优异等特点在航空制造业，特别是民用飞机制造业中得到越来越广泛的应用，已经成为核心航空材料之一，据报道：波音B787、空客A350等飞机上的复合材料使用量已经达到50%以上。

复合材料无损检测是保证、控制复合材料件制造质量的关键手段之一，因此制订复合材料无损检测规范成为SAE标准关注的重点之一。

本文拟对SAE中的复合材料无损检测标准进行一番梳理，并讨论可资借鉴之处。

2 SAE复合材料无损检测标准组成及特点SAE复合材料无损检测标准组成如表1所示。

对应金属的无损检测标准如表2所示。

表1 SAE复合材料无损检测标准表标准号标准名适用范围AIR4844复合材料术语所有航空复合材料(包括金属胶接件)ARP5089复合材料修理无损检手册所有航空复合材料修理(包括金属胶接件)ARP5605复合材料层压板无损检测标样标准仅适用于层压板ARP5606蜂窝结构的无损检测标样标准仅适用于蜂窝结构类复合材料表2 SAE金属材料无损检测标准表标准号标准名适用范围AMS2300优质航空钢磁粉检验带有铁磁性的航空钢AMS2641石油基磁粉检验溶液磁粉检验材料AMS2631钛合金板棒坯超声检测钛合金AMS2632薄材料的超声检测薄板AMS2634薄壁金属管的超声检测薄壁金属管AMS2647飞机大修的荧光渗透检测飞机大修阶段AMS2658铝合金的硬度和电导率测试铝合金AMS2650荧光X射线检查标准已取消比较表1和表2可以看出：复合材料无损检测标准与金属材料无损检测标准相比数量较少；复合材料无损检测标准的划分维度也与金属材料无损检测标准完全不同，后者主要是按照检测方法来制定，而复合材料则是以复合材料类型来分类，某些标准甚至不做区分；金属材料无损检测标准多以AMS标准，而复合材料则基本上是以ARP标准为主，没有AMS标准，根据SAE标准体系分类(AS/AMS/ARP/AIR)来看，金属材料无损检测的成熟度更高；复合材料无损检测标准将标样制备单独独立出来作为一份标准，而金属材料无损检测标准则没有单独的标样制备标准，说明复合材料受影响的变量比金属材料的更复杂，标样制备对整个无损检测的表征结果影响更显著。

复合材料的无损检测作者：周胜兰来源：《大飞机》2019年第03期在对飞机的检测中，无损检测是一种非常重要的手段。

所谓无损检测，是指以不损坏目前及将来使用功能和使用可靠性的方式，对材料、制件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、化学成分分析、组织结构和力学性能变化表征，并进而就材料或制件对特定应用的适用性进行评价。

近年來，随着复合材料在商用飞机上的用量不断增加，复合材料的无损检测引起了业界的高度关注。

由于具有比强度和比刚度高、可设计性强等优点，先进复合材料正成为新一代民用飞机的主要结构材料，如波音787、空客A350等机型的复合材料设计用量已经达到或超过结构重量的50%。

从某种程度上说，复合材料用量已经成为现代商用飞机先进性的一个重要标志。

与传统的金属材料结构相比，复合材料结构是一种通过基体-增强物之间的物理结合和铺层设计，来达到预期性能的集材料和工艺于一体的新型材料结构。

因此，复合材料的无损检测不能简单沿用金属材料检测的方法，而必须根据复合材料的结构特点，采用新的无损检测技术和方法。

近年来，国内外对复合材料的无损检测主要采用了超声检测、空气耦合超声检测、激光超声检测、相控阵超声检测、红外热成像检测、激光全息（散斑）检测、声发射检测等方法。

作为行业龙头，美国波音公司在复合材料的无损检测方面积累了较为丰富的经验，其在787客机上的一些创新做法值得我们借鉴。

787在设计时采用了电子化结构，使得更多的系统处于电子监控之下，以电子监控取代过去的目视检查，并在复合结构中嵌入了先进的状态监控系统，这种结构上的优化大大减轻了运营商定期检修的负担。

787的无损检测除了通用部分外，几乎没有涉及具体位置的检测。

射线检测部分。

787无损检测的射线检测部分所涉及的检查方法与传统机型一致。

超声检测部分。

787无损检测的超声检测部分针对不同的检测要求和检测环境引入了新的检测技术。

例如，针对BMS 8-276材料的损伤检测及胶接修补检测，除了增加A扫描外，还增加了超声相控阵C扫描；针对BMS 8-276材料蒙皮与加强条的脱胶检测，引入了一种新的滚轮式探头，这种探头可以快速且高质量地完成扫查；针对BMS 8-276材料机身蒙皮、机翼或者尾部结构等大面积检测离层，波音引入了件号为MAUS V的检测系统，该检测系统为C 扫描系统，采用水作为耦合剂；针对BMS 8-276材料大面积检测离层及蒙皮与加强条脱胶，采用OMNISCAN系列仪器，搭配滚轮式超声相控阵探头，可以非常高效地完成大区域扫查；针对蜂窝结构蒙皮与芯的脱胶检测，引入了一种C扫描检测方法，这种检测方法相比传统方法具有更高的检测灵敏度；针对BMS 8-276检测离层及蒙皮与加强条脱胶的情况，波音还引入了一种超声相机检测技术，该检测技术可以采用多种显示方式，检测结果显示直观。

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。

| 工程设备与材料 | Engineering Equipment and Materials·130·2019年第14期复合材料无损检测对比试块的制作工艺及测试评价王 丹1，宁 宁1，詹绍正1，聂 琦2（1.中国飞机强度研究所，陕西 西安 710065；2.中航飞机股份有限公司，陕西 西安 710089）摘 要：复合材料以其优异的性能在航空工业领域得到广泛的应用，无损检测技术作为复合材料结构质量控制的有效手段，越来越发挥出重要的作用。

复合材料对比试块在无损检测实施过程中，对缺陷尺寸的评定起到重要作用，关系到制件质量是否合格，意义十分重大。

文章从损伤模拟等效方法设计、制作工艺过程及测试评价方法等方面对对比试块研制的全过程进行介绍，为飞机典型结构外场无损检测对比试块的制作提供指导。

关键词：复合材料；对比试块；无损检测；测试评价中图分类号：TH878 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）14-0130-02作者简介：王丹（1986—），女，硕士，工程师，研究方向：飞机复合材料结构原位无损检测技术。

目前民用飞机结构上四类常见的复合材料结构有层板类结构、加筋板类结构、夹芯类结构和板板二次粘接类结构。

层板类结构在服役过程中产生的损伤类型有裂纹、断裂、分层和冲击损伤等；加筋板类和板板二次粘接结构除了以上损伤类型，主要还有脱粘损伤；复合材料夹芯类结构损伤类型主要有蒙皮分层、蒙皮-芯脱粘和冲击损伤，此外蜂窝结构还包括积水损伤。

对结构产生威胁的损伤形式都发生在内部，目视表面很难发现问题，如分层、脱粘、低能冲击损伤、蜂窝积水等。

这需要根据结构、材料及损伤特性，选择合适的无损检测方法进行检测和评价[1-3]。

复合材料无损检测中使用的对比试块主要用来验证无损检测系统的可靠性和可重复性，调节检测灵敏度，验证上下表面检测分辨率和评估缺陷[4]，故对比试块的设计、制作和评价至关重要，直接影响无损检测结果的准确性。

民用航空器复合材料的无损检测技术摘要：随着复合材料在现代飞机的广泛应用，如何对在役飞机的复合材料进行无损检测成为一个关乎飞行安全的重要问题，本文简要介绍了航空复合材料的结构类型、主要缺陷和几种适用于外场操作的无损检测方法并浅析了工作原理。

关键词：复合材料缺陷无损检测随着高强度、超高强度材料在飞机结构的应用，复合材料以其优于金属材料的多项性能而迅速发展成为航天航空工业的基本结构材料。

据悉新一代波音787干线客机的复合材料用量超过50%，中国民航飞行学院引进的SR20训练飞机机身全部采用复合材料。

随着我国大量引进基于损伤容限理念设计的飞机，对在役的复合材料构件进行无损检测是机务维修中的重要工作，也是一个难点。

由于复合材料和金属材质的缺陷有很大的差异，因此复合材料所的无损检测方法和传统的无损检测方法也有着很大的不同，本文主要介绍航空复合材料无损检测技术。

1 航空复合材料简述复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，组成新的材料。

由于各种材料在性能上互相取长补短，从而使复合材料的综合性能优于原组成材料。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。

飞机上的复合材料主要是指碳纤维的复合材料，航空结构中常用的复合材料主要是层板结构和夹芯结构。

2 航空复合材料的缺陷2.1 由于工艺原因而产生缺陷在复合材料的成型过程中会由于工艺原因而产生各种缺陷：夹杂、分层、脱胶、裂纹、断裂及蜂窝芯的变形、弱粘接、节点脱开、发泡胶空洞等缺陷。

2.2 使用中产生缺陷使用中由于受载荷、振动、外来物损伤等环境因素的综合作用而出现层板表面裂纹、划伤、层板分层、脱胶、断裂；夹芯结脱胶、进水、蜂窝芯压塌等。

其中分层和脱胶是复合材料的主要缺陷，也是民航外场无损检测的主要方面。

3 复合材料结构外场无损检测方法3.1 目视法目视检查法是依然是复合材料无损检测中使用最广泛、最直接的无损检测方法。

可通过放大镜、内窥镜、光源、带视频的扫描器来增强灵敏度。

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。

无损检测超声检测树脂基复合材料制件对比试块规范1范围本文件规定了树脂基复合材料制件超声检测用对比试块的设计、制作与检验要求。

本文件适用于树脂基复合材料层合板（含R角）、板/板胶接结构、夹层结构等制件的超声检测用对比试块的设计、制作、检验以及质量控制要求。

其他复合材料无损检测方法的对比试块设计、制作与检验也可参考本文件执行。

2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T9445无损检测人员资格鉴定与认证GB/T3365碳纤维增强塑料孔隙含量和纤维体积含量试验方法3术语和定义3.13.2板/板胶接laminate/laminate bonding以层合板（3.4）与层合板（3.4）通过胶膜（3.9）粘合而成的一种层状复合结构。

3.33.4参考反射体reference reflector参考试块中已知形状、尺寸和距检测面距离的、用于校准与评估超声检测系统灵敏度的反射体。

[来源：GB/T12604.1—2020,6.4.2,有修改]3.53.6参考回波reference echo来自规定的参考反射体（3.2）的回波。

[来源：GB/T12604.1—2020,5.4.4]3.73.8层合板laminate由两层或多层同种或不同种材料压制而成的整体板材。

[来源：GB/T3961—2009,3.5.7]3.93.10分层delamination层合复合材料（3.6）的层间分离现象。

[来源：GB/T40724—2021,5.90,有修改]3.113.12复合材料composites由粘结材料（基体）和纤维状、粒状或其他形状材料，通过物理或化学的方法复合而成的一种多相固体材料。

[来源：GB/T3961—2009,3.1.11]3.133.14夹层结构sandwich construction以面板（3.12）与芯材（3.15）组成的一种层状复合结构。

复合材料制件无损检测标准
复合材料制件无损检测标准包括以下几个方面：
1. 检测方法：根据制件的材质、形状及缺陷类型选择合适的检测方法，一般包括超声波检测、X射线检测、磁粉检测、液体渗透检测等方法。

2. 检测范围：检测范围包括制件的整体、局部或特定部位的缺陷检测，不同范围需要适用不同的检测方法。

3. 缺陷分类：根据缺陷的类型、大小、分布等特点进行分类，如裂纹、气泡、夹杂等。

4. 缺陷评价：对检测结果进行评价，评估缺陷的严重性、影响程度等，确定是否需要修复或更换制件。

5. 报告和记录：对检测结果进行报告和记录，包括制件的基本信息、检测方法和设备、检测结果和评价、建议的修复方案等内容。

以上是关于复合材料制件无损检测标准的基本内容，一般需要根据具体情况进行适当调整和加强。

第 21 卷 第 11 期2023 年 11 月Vol.21，No.11Nov.，2023太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology基于太赫兹技术的复合材料无损检测研究综述金玉环1，朱凤霞2，封建欣1(1.北京远大恒通科技发展有限公司，北京100048；2.首都师范大学太赫兹光电子学教育部重点实验室，北京100048)摘要：随着高性能复合材料在航空航天和军事等高新领域的广泛应用，对其质量和性能检查的要求愈加引起重视，如何通过各种方法对复合材料进行无损检测成为近年来研究人员关注的热点和研究方向。

太赫兹波量子能量低，对大多数非极性物质透明，因此使用太赫兹技术对复合材料进行无损检测有着独特的应用优势。

本文基于太赫兹技术的特点，对太赫兹时域光谱和太赫兹成像技术的无损检测分别进行了详细的论述，并总结了目前复合材料的太赫兹无损检测技术发展趋势，最后对其发展前景进行了展望。

关键词：太赫兹技术；无损检测；太赫兹时域光谱；太赫兹成像；复合材料中图分类号：0437 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2022237Review of nondestructive testing of composites based on THz technologyJIN Yuhuan1，ZHU Fengxia2，FENG Jianxin1(1.Beijing Broad Hengtong Technology Development Co.，Ltd，Beijing 100048，China；2.Key Laboratory of Terahertz Optoelectronics，Ministry of Education，Capital Normal University，Beijing 100048，China)AbstractAbstract：：With the wide application of high performance composites in aerospace, military and other high-tech fields, more and more attention has been paid to the quality and performance inspectionof composites. How to conduct Nondestructive Testing(NDT) of composites by various methods hasbecome a hot research direction for researchers in recent years. Terahertz wave has low quantum energyand is transparent to most non-polar substances, so it has unique application advantages in the field ofnondestructive testing of composites. In this paper, based on the characteristics of THz technology, thenondestructive testing of Terahertz Time-Domain Spectroscopy(THz-TDS) and terahertz imagingtechnology are discussed in detail, and the current development trends of terahertz nondestructive testingtechnology for composite materials are summarized. Finally, the development prospect is outlooked.KeywordsKeywords：：terahertz technology；Nondestructive Testing；Terahertz Time-Domain Spectroscopy；terahertz imaging；composite materials相比传统材料，复合材料具有强度高、密度低、耐腐蚀等多种优点。

复合材料的超声检测技术复合材料无损检测主要应用于以下3个方面：材料无损检测；结构无损检测；服役无损检测。

材料无损检测主要解决材料研究中面临的问题，进行诸如材料内部缺陷表征、性能测试、缺陷基本判据的建立、无损检测物理数学模型的建立等研究，其检测对象主要是试样、试片。

结构无损检测主要解决结构在工艺制订、结构件制造过程中面临的问题，如对各种结构件进行无损检测所需的仪器设备等检测手段的建立、信号处理技术、缺陷判别、标准建立与完善等，检测的对象是各种装机应用的工程结构件。

服役无损检测主要研究装机结构件在服役过程中所需的无损检测方法、手段等，包括提供有关结构件残余寿命、剩余强度、损伤扩展等综合信息的评估，检测的对象是装机后的各种服役结构件。

大量的研究和应用表明，超声检测是目前对于复合材料最为实用有效、应用最为广泛的无损检测技术，它能可靠地检测出复合材料中的分层、疏松、孔隙等大部分危害性缺陷。

复合材料制品超声检测方法主要有一下6种。

1、超声C扫描检测技术超声探头接收到的脉冲回波具有不同的图像显示方式，常见的有A型显示、B型显示和C型显示。

A型显示是基础，其他两种显示方式均由A型显示的数据重建得到。

其中，C型显示是一种在一定深度探测的显示方式，图像上的纵、横坐标分别表示探头在被检体表面上的纵、横坐标，所以C型显示的结果是与扫描平面平行的一幅截面图像，并作为最常用的显示结果提供给最终用户。

超声C扫描是具有C型显示功能的探伤方法，在宏观缺陷检测中，常用频率为0.5～25 M H z的探头，采用脉冲反射法进行检测。

超声C扫描由于显示直观，检测速度快，已成为大型复合材料构件普遍采用的技术。

目前C扫描检测技术能够清晰地检出复合材料结构中体积分布类缺陷。

K.Lemster在研究金属基复合材料的机械性能时，使用超声C扫描对材料内部的均匀性和裂纹进行了检测。

国内魏勤等人利用超声C扫描对碳化硅颗粒增强铝基复合材料试样进行了检测，可以清晰地看出材料中的团聚和孔洞。