航空用纤维增强聚合物基复合材料无损检测技术的应用与展望

近年来,国内航空用纤维增强聚合物基复合材料及制件的无损检测技术获得了较大提高,实现了多种制造工艺、多种复杂结构的可靠检测,同时,除超声、X射线等常规检测方法外,红外热像、激光散斑、空气耦合、超声相控阵等新技术也开始在复合材料检测中应用。今后,航空用复合材料无损检测技术还将结合现代电子信息、计算机等先进技术,向规范化、自动化和多元化方向发展。

航空材料组织与残余应力评价对中子散射与同步辐射技术的需求

航空材料是航空装备发展的基础,航空材料及其构件从研发、制造、服役、维修到重大事故(故障)的失效分析等全寿命周期中,检测与表征技术起着关键性作用。本研究以问题与需求为导向,结合具体案例,阐述了航空材料及其构件在新材料研发、构件制造、产品服役与可靠性评估、重大事故(故障)的失效分析中,现有检测手段存在如不能无损地开展构件内部组织结构、残余应力等表征与评价方面的不足,以及航空材料在组织结构、残余应力等表征与评价中对于中子散射和同步辐射大科学装置技术的迫切需求,提出了发展航空中子应力谱仪、加强中子散射与同步辐射技术在航空材料中的技术开发与应用研究等建议。

不同系统灵敏度荧光渗透检测的对比分析

使用不同系统灵敏度的荧光渗透液对人工盲孔缺陷试样进行检测,分析验证了在不同系统灵敏度的荧光渗透液下人工盲孔缺陷显示结果的差异。结果表明,采用相同系统灵敏度的荧光渗透液对人工盲孔进行检测时,后乳化型较水洗型灵敏度更高。对于孔洞类缺陷而言,直径和深度的关系是影响渗透检测灵敏度的重要因素。

实验室用7085内控标准样品的研制与应用

对7085内控标准样品进行了均匀性检验和定值,并使用光电直读光谱仪建立了类型标准化法分析7085铝合金的工作曲线,考察了方法的短期精密度和长期精密度,并与电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICPAES)分析结果进行数据对比。试验结果表明:选用的内控标准样品均匀性良好,在优化的试验条件下,方法的短期精密度和长期精密度良好,测定结果与ICP-AES分析测定结果相一致,说明方法准确度良好。利用光电直读光谱仪建立的7085铝合金工作曲线分析检测快速准确、仪器稳定,可用于日常分析。

航空用热收缩防护材料的超声评价

航空用热收缩防护材料是一种新型的功能高分子材料,应用越来越广泛。针对含有自然缺陷的热收缩材料试样,采用超声检测方法开展了该材料中的声速、声衰减测试试验以及典型缺陷的评价试验,并对缺陷区域进行了解剖及金相组织分析。试验结果表明:采用超声方法可对该材料进行检测,但缺陷可检性受材料厚度、形状和声衰减系数等条件制约;不同体系的热收缩防护材料的声衰减程度不同,含氟体系声衰减最大,改性烯烃体系声衰减居中,改性弹性体材料体系声衰减最小;材料中的宏观缺陷和微观孔隙均可通过超声技术得到有效评估。

高氮不锈钢Cronidur30的无损检测及缺陷分析

针对高氮不锈钢Cronidur30棒材开展超声可检性研究,同时对包含探伤缺陷的试样进行了水浸法和接触法检测。试验结果表明:φ130mm、φ170mm高氮不锈钢Cronidur30棒材检测灵敏度达到φ1.2mm平底孔;超声纵波直入射可有效探测出棒材中长度28mm以及9mm的宏观缺陷;对棒材缺陷部位的解剖分析结果表明,碳化物链条最大长度约为30mm,单个碳化物尺寸最大可达50μm,属于液析碳化物,这是引起高氮不锈钢无损检测缺陷信号的主要原因。

连续纤维增强钛基复合材料整体叶环的超声检测试验研究

本文结合连续纤维增强钛基复合材料(TMCs)整体叶环的制备工艺和结构特点,重点分析了TMCs整体叶环内部质量的超声检测难点,并通过对特定尺寸TMCs整体叶环的超声检测试验及解剖对应分析,确定了纤维碎断、纤维束开裂、纤维屈曲、纤维挤出及焊缝处开裂(未焊合)等可能存在的主要缺陷类型及超声回波信号特征。试验结果表明,基于适当的超声检测工艺参数对TMCs整体叶环的内部质量进行检测,检测灵敏度可达Φ0.8 mm当量平底孔。

线性调频脉冲压缩方法在空气耦合超声检测中的应用研究

为了提高空气耦合超声检测中的信号强度及其信噪比,研究线性调频脉冲压缩技术在空气耦合超声检测中的应用。介绍线性调频脉冲压缩技术的基本原理及其匹配滤波器的设计与实现,分析脉冲压缩参数对空气耦合超声检测结果的影响,试验研究不同激励方式对空气耦合超声换能器接收信号的影响以及脉冲压缩方法对提高信噪比的实际效果,构建空气耦合超声C扫描检测系统,对碳纤维增强复合材料板进行检测试验。研究结果表明:相对于常规脉冲激励方式,连续波激励方式可提高换能器的能量转换效率,激励信号频率特性与换能器频率特性相一致时效果最佳;应用线性调频脉冲压缩方法后,空气耦合超声检测的信噪比有了明显提高,检测效果得到了明显改善。

空气耦合超声检测中衰减因素的研究

分析了空气耦合超声检测中的主要衰减因素;采用时域有限差分法进行数值计算和仿真,研究了换能器脉冲声场特性及扩散衰减特性;通过测量试验获得了实际换能器脉冲声场的声压分布情况,并与理论计算结果进行了对比分析,获得了换能器的远场区距离衰减特性;根据气固界面透射原理,分析了超声波穿透试样的界面损失;通过实际检测试验分析了斜入射角度与透射系数之间的关系。研究结果为空气耦合超声检测方案的制定和参数选取提供了指导依据。

复合材料孔隙率超声检测方法综述

孔隙是复合材料最常见的微小缺陷。孔隙的出现会降低材料的性能,如层间剪切强度、纵向和横向的弯曲强度和拉伸强度、抗疲劳性,以及高温下的抗氧化性能等。

红外热像无损检测技术的发展历程、现状和趋势

对红外热像检测技术在国内外的发展历程、发展现状和发展趋势进行了回顾和总结,在仪器和销售市场、标准、技术研发机构等方面,对国内外发展现状进行了详细对比。得出结论:国内的红外热像检测技术研究与应用水平较国外还存在差距,但是从研究与应用的格局上看还比较完整,并具有一定的基础。

表面状态对钛合金铸件荧光渗透检测结果的影响试验研究

制作了钛合金疲劳裂纹试样,然后对试样进行吹砂、打磨、酸洗、真空热处理以及喷丸等以获得不同的表面状态。最后对不同状态的试样进行荧光渗透检测和扫描电镜检查,进而得出不同的表面状态对钛合金铸件表面缺陷荧光渗透检测结果的影响情况。试验结果表明:吹砂和喷丸处理较容易造成裂纹缺陷堵塞且喷丸造成的裂纹堵塞尤为严重,影响缺陷的检出;打磨和真空热处理不会造成明显的缺陷开口的堵塞;而酸洗处理会充分暴露缺陷,利于缺陷的检出。

SiC颗粒增强铝基复合材料缺陷的无损检测

针对粉末冶金工艺生产的挤压态SiC颗粒增强铝基复合材料(SiC_p/Al),对其超声检测检出的典型缺陷开展了X射线照相检测和工业CT检测试验,并进行金相解剖,得到了典型缺陷的无损检测显示特征,对比分析了缺陷实际尺寸与不同无损检测方法定量结果的差异。结果表明,SiC颗粒团聚是SiC_p/Al复合材料中的主要缺陷形式之一,工业CT检测的定量结果更接近缺陷实际尺寸,超声检测定量结果仍存在一定误差。分析结果对于颗粒增强铝基复合材料制件的质量控制具有一定参考意义。

IC10单晶高温合金叶片荧光渗透检测的缺陷显示

对IC10单晶高温合金导向叶片荧光渗透检测的缺陷荧光显示进行了分析,确定了缺陷性质主要为显微疏松缺陷;通过对比试验获取了航空发动机涡轮叶片常用的渗透检测灵敏度等级和方法的特点和区别。试验结果表明:采用后乳化荧光渗透检测法对IC10单晶高温合金导向叶片缺陷的检出更为合适。

托卡马克内部线圈导体偏心缺陷涡流检测探头参数优化

针对托卡马克内部线圈导体在加工过程中可能会产生偏心缺陷,导致中间陶瓷层绝缘效果降低的问题,通过不同结构柔性涡流探头及各种放置方式下检出效果的对比,分析了探头优化配置方式。为进一步提高检出灵敏度,基于退化磁矢位(Ar)方法进行了数值计算,探讨了不同尺寸参数的柔性探头对检出效果的影响,对探头尺寸参数进行了优化,为实际检出时涡流探头的设计提供了理论依据。

偏析缺陷等级对WE43A镁合金力学性能及耐蚀性能的影响

通过金相显微镜和扫描电子显微镜观察、室温拉伸测试、四点弯曲疲劳测试及电化学测试等方法,研究了不同偏析等级对WE43A镁合金力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明,偏析组织主要以连续网格状Mg_(41)Nd_(5)相和较小颗粒状Mg_(24)Y_(5)相组成,且偏析主要分布在晶界位置。当偏析等级不大于PX4级时,WE43A镁合金的抗拉强度和塑性指标小幅度下降;当偏析等级大于PX4级时,其抗拉强度和塑性指标开始显著下降,抗拉强度、延伸率、断面收缩率分别最大下降约48%、81%、89%。偏析缺陷对WE43A镁合金的屈服强度和弹性模量影响不明显。疲劳寿命(lg)和疲劳极限最大下降比例约为33%和39%。随着偏析缺陷等级的增加,WE43A镁合金腐蚀电位从-1.573 V正移至-1.432 V,腐蚀电流密度从2.090×10^(-5)A/cm^(2)增加至2.467×10^(-3)A/cm^(2),其数量级跨度为2。WE43A镁合金在3.5ω%NaCl溶液中的腐蚀产物主要为MgO和MgCl_(2)。

TC4-DT钛合金的室温高周疲劳断裂特点

在不同应力比(0.5,-1)下对损伤容限型TC4-DT钛合金进行室温高周疲劳试验,对比分析了不同疲劳寿命下光滑试样与缺口试样的典型断口中的宏微观特征。结果表明:光滑试样疲劳断口整体粗糙,类解理特征不明显,但疲劳条带清晰,裂纹源主要为单源,瞬断区多呈月牙形,均位于断口一侧边缘;应力比为0.5下104周次疲劳寿命的断口中无明显平坦疲劳裂纹扩展区,而相近疲劳寿命的应力比为-1的断口中可见平坦疲劳裂纹扩展区;应力比为0.5的疲劳裂纹主要在次表面或内部萌生,而应力比为-1的裂纹基本在表面萌生。缺口试样疲劳断口整体平坦,可见类解理特征,疲劳条带清晰;裂纹起源于缺口根部,多源;随着疲劳寿命由104周次延长到106周次,瞬断区由内部移向缺口边缘,应力比为-1下的瞬断区呈纺锤形,而应力比为0.5下的瞬断区由椭圆向纺锤形变化,且应力比为0.5下的疲劳裂纹扩展区更为光滑平坦,瞬断区的塑性断裂特征更明显。

石墨炉原子吸收光谱直接法测定镍基高温合金中镉含量

采用硝酸、氢氟酸溶解镍基高温合金试样,建立石墨炉原子吸收光谱法测定镍基高温合金中镉元素含量。采用灰化温度500℃,原子化温度1200℃,对镍基高温合金试样进行测定。镉元素质量分数在0.1~20.0μg/g范围内与其吸光度线性关系良好,相关系数均大于0.99。通过标准物质对照和加标回收试验验证方法准确度,方法检出限和定量限分别为0.0029、0.01μg/g,样品加标回收率为91.8%~107.8%,相对标准偏差小于4.5%(n=11)。该方法灵敏度高,准确性好,适用于镍基高温合金中镉元素的质量控制。

树脂基复合材料玻璃化转变温度测量不确定度的评估

本文对使用动态热机械分析仪(DMA)检测树脂基复合材料的玻璃化转变温度的测量不确定度进行评估。通过进行DMA法测定树脂基复合材料不确定度的来源分析,如动态热机械(DMA)测量仪器重复性、环境温度、样品批次间差异等,并对各不确定度进行了量化评估,得到了动态热机械(DMA)测定玻璃化转变温度结果的合成不确定度。确定了树脂基复合材料玻璃化转变温度测量不确定度的主要影响因素,该不确定度的评估,有利于提高检测结果的可靠性,可以为测定结果的科学表达提供依据。

金属增材制造技术发展动向及无损检测研究进展

简要论述金属增材制造技术的国内外发展动向、应用情况,以及金属增材制造制件的特点和检测难点等;重点报道金属增材制造制件无损检测研究进展,主要包括金属增材制造的主要工艺类型及缺陷特征、组织特征,缺陷对性能影响的分析,无损检测方法研究现状,以及无损检测标准方面的最新进展等。在此基础上,对金属增材制造制件无损检测未来应关注的研究方向给出建议,即无损检测新技术的应用、在线检测方法、数值模拟技术、应力测试与特征技术和无损检测方法标准的建立和完善。