紅外熱成像技術在復合材料無損檢測中的應用現狀

趙小民

（浙江大立科技股份有限公司 浙江 杭州 310053）

1 引言

復合材料具備許多突出的優勢，并且目前的應用范圍越來越廣，但在無損檢測的過程中還存在較大難度，無法控制一些影響因素，并且在復合材料結構越發復雜的情況下缺陷也會越發顯著，進而影響構件性能，但紅外技術能夠獲取最為詳細的缺陷信息，本文就對此進行了具體分析。

2 復合材料

2.1 損傷分類

損傷類型除基本的夾雜、裂紋、缺層、孔隙之外，還包括磨損、劃傷及纖維卷曲等，其中較為常見的缺陷是夾層、孔隙，并且復合材料中的缺陷可能只存在一種，也可能是多種缺陷并存[1]。

2.2 無損檢測應用

無損檢測技術的應用主要體現在以下幾個方面。第一是材料檢測，主要的檢測內容包括材料性能及內部損傷情況，進而在此基礎上進行模型的構建并判斷損傷的特征。第二是結構檢測，目的在于解決產品加工制造過程中內部的結構問題，并依據相關的檢測標準與方法判別缺陷。第三是服役檢測，其主要針對的是已經完成裝機的結構件，目的在于了解構件的損傷擴展情況及構件壽命信息，主要針對的是不同類型的應用結構件。

3 檢測原理

任何溫度高于零度的材料都會發射熱輻射能，而紅外檢測就利用的是物體的這一特點，即通過施加溫度場有效控制物體溫度，進而激發其產生熱波。另外，不同物體在物理、化學及材質等多個方面都存在一定的差異性，這就會對熱波的傳輸造成一定的影響，進而出現反射的現象，最終體現在材料的溫度變化方面[2]，而這一變化過程及結果就可被紅外探測儀記錄，進而可準確了解材料的具體特性，并判斷其內部是否出現了損傷。

4 不同類型材料檢測

復合材料分為多種類型，下面主要介紹幾種特性較為顯著的復合材料的紅外檢測。

4.1 陶瓷基

該類材料主要應用于航空領域，是近年來才研發出的一種新型材料，其最大的特點在于能夠抵抗高溫且抗氧化性能較強，具備許多十分突出的優勢，目前關于該種材料的研究力度也在逐步加大。因此研發適合該材料的無損檢測技術是十分必要的，這樣才能準確獲取材料內部所存在的缺陷。目前關于此方面的研究成果也越來越多，例如相關人員就利用紅外熱波技術分別對含有碳化硅的試樣及不含有碳化硅的氧化缺陷試樣進行了無損檢測。最終的結果顯示，材料內部的氧化損傷可以直觀呈現，并且由檢測結果可知，材料的熱擴散系數可以作為損傷程度的檢測依據[3]，而通過紅外技術則能夠進一步進行無損探傷。

4.2 夾心復合材料

該類材料的特點在于密度較小且強度及剛度較大，其同樣是航空領域的重要材料，尤其體現在儲油箱及雷達罩等部位，但是由于在加工過程中涉及許多較為復雜的因素，容易使得該復合材料產生缺陷，進而影響其承載能力，因此需要通過紅外熱像技術了解構件的缺陷，進而對生產工藝進行改進。目前關于此方面的研究成果也逐漸增多，例如相關研究人員就利用該技術的原理進行了玻璃纖維試件的制作，并通過紅外技術進行了缺陷檢測，從研究結果來看，該項技術能夠全面檢測出試件中分層缺陷的部位、尺寸及深度等各項參數，進而使得這些缺陷得到處理，這對于促進航空航天領域的進一步發展具有十分重要的作用。

4.3 層合板

層合板屬于結構材料的范疇之內，其特點在于剛度及強度較高、可承受較高的溫度，并且不容易被磨損，但該類材料同時也存在一些缺陷，主要體現在層間強度過低，一旦受到外物沖擊就會使得結構內部被嚴重損傷，并且出現脫層及開裂等十分顯著的缺陷[4]。因此，通過紅外技術檢測缺陷并加以改進是十分必要的。當前部分研究人員在研究絕熱層試件的過程中就將脫粘缺陷作為了研究的主要方向，進而通過控制表面溫度來判斷缺陷位置，并通過紅外成像圖準確識別缺陷，從研究結果來看，紅外熱成像能夠識別直徑與深度分別為十毫米與五毫米的脫粘缺陷，檢測效果十分突出。

5 實際應用

紅外熱像檢測技術最為突出的優勢在于其適用于一些大型部件中，并且檢測速度較快，操作過程也較為簡便，并且能夠獲取最具時效性的信息，但其缺陷在于探測器本身存在一定的差異，因此容易實現測試結果受到影響。但盡管如此，該項技術的突出優勢仍然使得其在西方多個國家得到了廣泛應用，尤其是航天領域，目前主要用于飛機及固體火箭發動機的檢測中。另外，該檢測技術在應用過程中無需提前對表面做預處理，并且可適用于任何結構試件，因此應用前景十分可觀。

6 結語

總而言之，當前復合材料的檢測成果越來越多，其中主要運用的是紅外成像技術，從檢測結果來看，該類技術能夠準確獲取構件的缺陷信息，因此當前就可逐步擴大其應用領域，這對于促進航空航天及社會其他領域的發展具有重要作用，本文就對此進行了深入探究。

[1] 丁克勤.紅外無損檢測技術研究現狀與發展趨勢[J].中國鍋爐壓力容器安全，2013，16（6）：47-51.

[2] 蔡毅，唐金亞.對紅外熱成像技術發展的幾點看法[J].紅外技術，2015，22（2）：2-6.

[3] 曾祥照.無損檢測文化概論[J].無損探傷，2014，（2）：34-37.

[4] 戴宇，王方.工業爐管溫度的紅外成像測試方法[J].南京化工大學學報，2014，21（6）：44-48.