红外热成像技术在复合材料无损检测中的应用现状

赵小民

（浙江大立科技股份有限公司 浙江 杭州 310053）

1 引言

复合材料具备许多突出的优势，并且目前的应用范围越来越广，但在无损检测的过程中还存在较大难度，无法控制一些影响因素，并且在复合材料结构越发复杂的情况下缺陷也会越发显著，进而影响构件性能，但红外技术能够获取最为详细的缺陷信息，本文就对此进行了具体分析。

2 复合材料

2.1 损伤分类

损伤类型除基本的夹杂、裂纹、缺层、孔隙之外，还包括磨损、划伤及纤维卷曲等，其中较为常见的缺陷是夹层、孔隙，并且复合材料中的缺陷可能只存在一种，也可能是多种缺陷并存[1]。

2.2 无损检测应用

无损检测技术的应用主要体现在以下几个方面。第一是材料检测，主要的检测内容包括材料性能及内部损伤情况，进而在此基础上进行模型的构建并判断损伤的特征。第二是结构检测，目的在于解决产品加工制造过程中内部的结构问题，并依据相关的检测标准与方法判别缺陷。第三是服役检测，其主要针对的是已经完成装机的结构件，目的在于了解构件的损伤扩展情况及构件寿命信息，主要针对的是不同类型的应用结构件。

3 检测原理

任何温度高于零度的材料都会发射热辐射能，而红外检测就利用的是物体的这一特点，即通过施加温度场有效控制物体温度，进而激发其产生热波。另外，不同物体在物理、化学及材质等多个方面都存在一定的差异性，这就会对热波的传输造成一定的影响，进而出现反射的现象，最终体现在材料的温度变化方面[2]，而这一变化过程及结果就可被红外探测仪记录，进而可准确了解材料的具体特性，并判断其内部是否出现了损伤。

4 不同类型材料检测

复合材料分为多种类型，下面主要介绍几种特性较为显著的复合材料的红外检测。

4.1 陶瓷基

该类材料主要应用于航空领域，是近年来才研发出的一种新型材料，其最大的特点在于能够抵抗高温且抗氧化性能较强，具备许多十分突出的优势，目前关于该种材料的研究力度也在逐步加大。因此研发适合该材料的无损检测技术是十分必要的，这样才能准确获取材料内部所存在的缺陷。目前关于此方面的研究成果也越来越多，例如相关人员就利用红外热波技术分别对含有碳化硅的试样及不含有碳化硅的氧化缺陷试样进行了无损检测。最终的结果显示，材料内部的氧化损伤可以直观呈现，并且由检测结果可知，材料的热扩散系数可以作为损伤程度的检测依据[3]，而通过红外技术则能够进一步进行无损探伤。

4.2 夹心复合材料

该类材料的特点在于密度较小且强度及刚度较大，其同样是航空领域的重要材料，尤其体现在储油箱及雷达罩等部位，但是由于在加工过程中涉及许多较为复杂的因素，容易使得该复合材料产生缺陷，进而影响其承载能力，因此需要通过红外热像技术了解构件的缺陷，进而对生产工艺进行改进。目前关于此方面的研究成果也逐渐增多，例如相关研究人员就利用该技术的原理进行了玻璃纤维试件的制作，并通过红外技术进行了缺陷检测，从研究结果来看，该项技术能够全面检测出试件中分层缺陷的部位、尺寸及深度等各项参数，进而使得这些缺陷得到处理，这对于促进航空航天领域的进一步发展具有十分重要的作用。

4.3 层合板

层合板属于结构材料的范畴之内，其特点在于刚度及强度较高、可承受较高的温度，并且不容易被磨损，但该类材料同时也存在一些缺陷，主要体现在层间强度过低，一旦受到外物冲击就会使得结构内部被严重损伤，并且出现脱层及开裂等十分显著的缺陷[4]。因此，通过红外技术检测缺陷并加以改进是十分必要的。当前部分研究人员在研究绝热层试件的过程中就将脱粘缺陷作为了研究的主要方向，进而通过控制表面温度来判断缺陷位置，并通过红外成像图准确识别缺陷，从研究结果来看，红外热成像能够识别直径与深度分别为十毫米与五毫米的脱粘缺陷，检测效果十分突出。

5 实际应用

红外热像检测技术最为突出的优势在于其适用于一些大型部件中，并且检测速度较快，操作过程也较为简便，并且能够获取最具时效性的信息，但其缺陷在于探测器本身存在一定的差异，因此容易实现测试结果受到影响。但尽管如此，该项技术的突出优势仍然使得其在西方多个国家得到了广泛应用，尤其是航天领域，目前主要用于飞机及固体火箭发动机的检测中。另外，该检测技术在应用过程中无需提前对表面做预处理，并且可适用于任何结构试件，因此应用前景十分可观。

6 结语

总而言之，当前复合材料的检测成果越来越多，其中主要运用的是红外成像技术，从检测结果来看，该类技术能够准确获取构件的缺陷信息，因此当前就可逐步扩大其应用领域，这对于促进航空航天及社会其他领域的发展具有重要作用，本文就对此进行了深入探究。

[1] 丁克勤.红外无损检测技术研究现状与发展趋势[J].中国锅炉压力容器安全，2013，16（6）：47-51.

[2] 蔡毅，唐金亚.对红外热成像技术发展的几点看法[J].红外技术，2015，22（2）：2-6.

[3] 曾祥照.无损检测文化概论[J].无损探伤，2014，（2）：34-37.

[4] 戴宇，王方.工业炉管温度的红外成像测试方法[J].南京化工大学学报，2014，21（6）：44-48.