摘要：随着我国各领域的不断发展进步，对海洋领域的开发也在进一步深化，并取得了良好的成绩。针对当前我国海洋工程中一些复合材料的运用，仍在不断优化改进，其中也存在着一些不足的地方。而通过超声无损检测手段，可以有效地发现复合材料中存在的缺陷，从而基于工程质量考虑，有效地加以改进，从而提升海洋工程的质量。本文就此进行了分析。
关键词：海洋工程；复合材料；缺陷；无损检测
1无损检测内涵及其优缺点
1.1无损检测内涵概述
所谓的无损检测，其实就是在不影响或损害检测对象的使用性能,并且不伤害其内部组织的基础上，通过材料的内部结构所存在的异常、缺陷等导致的声、光、热、磁、电等方面的反应变化，依靠物理、化学等相关手段，使用现代化技术设备，科学有效地检测试件的内部、表面结构、状态、性质、缺陷等。
1.2无损检测优缺点
优点：渗透检测可检测各种材料，金属、非金属材料；磁性、非磁性材料；焊接、锻造、轧制等加工方式；具有较高的灵敏度（可发现0.1μm宽缺陷），同时显示直观、操作方便、检测费用低。缺点：它只能检出表面开口的缺陷，不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件；只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，因而很难对缺陷做出定量评价，检出结果受操作者的影响也较大。
2船用复合材料发展
船用复合材料，特别是运用在船体结构的复合材料，通常是以聚合物基的复合材料为主，根据结构能够分成层合板、夹层结构的复合材料。其中，主要有3个方面的重要复合物：树脂（即基体）、增强材料、以及芯层材料。例如，我国上世纪70年代，曾研制出一艘总长39 m左右的扫雷试验艇。上个世纪90年代，英国就曾应用了碳-玻混杂纤维，并以此建造出巡逻艇以及摩托艇等
3海洋工程用复合材料的常见缺陷
3.1夹杂
夹杂是指在纤维增强复合材料中存在除纤维和树脂组分外的非金属或金属。夹杂缺陷主要在成形过程中产生，包括预浸料本身含有夹杂物或在铺层的过程中人为疏忽带入蜡纸、颗粒等夹杂物。
3.2纤维弯曲
由于纤维与树脂基体间热膨胀系数的差异，树脂在固化收缩时会在纤维周围产生应力区，从而造成纤维弯曲。热塑性树脂基复合材料较易产生纤维弯曲，如在碳纤维／聚醚醚酮复合材料制备时，半结晶的ＰＥＥＫ在结晶时体积会收缩１８％左右，导致纤维弯曲。此外，如果固化速度过快也会产生纤维弯曲。
4复合材料ＮＤＴ技术
4.1ＮＤＴ技术及在复合材料检测中的应用
4.1.1涡流检测
涡流检测是将材料置于交变磁场作用下，在材料上产生密闭的环状电力（涡流），涡流的大小和分布与缺陷的性质、位置、大小等有关并将反作用于原来的交变磁场，从而测量缺陷的特性。涡流检测对复合材料的脱黏、分层检测效果明显，检测快速、简单，便于实现自动化，但只适用于可导电的复合材料（如碳／碳复合材料、碳纤维／环氧树脂复合材料和金属基复合材料）。
4.1.2超声检测
超声检测，即超声ＮＤＴ，可检测复合材料中的脱黏、内部分层、裂纹、夹杂物和纤维断裂，且可测量材料的厚度及表征材料性能。该方法成本低、速度快，可现场检测，而且超声检测环境友好，对人体无害。该方法在复合材料检测中应用广泛、检测效果佳。
4.1.3渗透检测
渗透检测是在样品表面刷涂含着色剂或荧光染料的渗透液后，去除工件表面多余的渗透液，然后在被检测材料表面喷洒显影剂，采用特殊光源照射，将渗入缺陷处的渗透液显现出来，进而检测缺陷的形状和位置分布的一种ＮＤＴ技术。该检测技术可对表面有开口裂纹的复合材料进行简便、可靠、快速的检测，但也只对开放性的缺陷检测效果较好，且在染色过程中，渗透液会对材料造成一定的污染，目前实际应用较少。
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4.1.4射线检测
当射线穿透材料后，材料中的缺陷会干扰射线的吸收，使射线透射强度发生改变，该改变可通过胶片反应，曝光后的胶片经过一系列处理，便可根据胶片图像上的黑度变化反应缺陷的种类、大小、数量等。该技术对复合材料中的体积型缺陷（夹杂物（特别是金属夹杂物）、纤维断裂、孔隙等）检测效果较好，但是图像对比度较低，需特殊的图像处理设备，同时存在对分层缺陷检测不理想的问题。
4.1.5磁粉检测
磁粉检测针对可被磁化的材料，在磁化后，会在其结构不连续区域（如孔洞、分层、裂纹等）发生磁力线畸变，即出现漏磁场。其工作原理是：在材料上撒上磁粉，在漏磁场的影响下，磁粉发生聚集形成与缺陷形状相近似的磁痕，通过磁痕特性来反应缺陷[1]。该技术只适用于磁性金属基复合材料，由于树脂基复合材料难以磁化，因此无法使用。
4.2新型超声ＮＤＴ技术在复合材料缺陷检测中的应用
4.2.1空气耦合超声检测技术
空气耦合超声技术是在声阻抗匹配层材料研制的基础上，采用超高功率发射接收器和前置放大器，使高功率超声波发射到空气中，穿过待检测的复合材料工件，再对接收信号进行成像处理而形成的一种新型超声ＮＤＴ技术。该技术在检测过程中不使用耦合剂，实现了非接触式超声检查，适合大型结构的快速检测和现场检测[2]。为不宜使用声耦合剂的特殊材料和结构的ＮＤＴ提供了有效方法。此外，如果将相敏检波技术与空气耦合超声技术结合，可进一步提高空气耦合检测系统的信噪比和成像质量，提高复合材料的检测精度。因此，该技术为蜂窝夹芯复合材料脱黏缺陷的无损检测提供了切实有效的手段。
4.2.2超声导波检测技术
超声导波（即制导波）是由超声在空间有限的介质内多次往复反射并进一步产生复杂的叠加干涉以及几何弥散形成的。超声导波检测技术是一种利用低频扭曲波或纵波进行ＮＤＴ的技术，可实现管路或管道的长距离检测以及地下埋管在不开挖状态下的长距离检测[3]。相对于传统超声检测，超声导波检测技术可实现大尺寸复合材料结构的快速、全面检测，以确保复合材料构件的安全服役。
4.2.3激光超声检测技术
该技术不仅具有超声检测的高精度特点，还具有光学检测非接触的优点，具有高检测灵敏度和高检测带宽，具备突出的快速检测和在线／现场检测能力，并且可实现大型复杂构件的快速自动化检测。为满足航天、航空等尖端科技领域对制造质量控制技术不断提高的严苛要求，国外众多科研机构和工业部门大力发展激光超声检测技术，研制多套激光超声自动化检测系统，提高了航天、航空飞行器结构制造质量评价能力，取得了显著的经济效益[4]。如：Ｌａｓｅｒ ＵＴ、ＬＵＩＳ等激光超声检测系统已用于航天／航空飞行器结构的快速检测；ｉＰＬＵＳ激光超声自动化检测系统可进行大型复杂结构快速检测、在线检测和飞行器结构现场检测，通过研究激光在复合材料中产生超声波的时频域特征，可得到复合材料层合板的Ｃ扫描图像，能清晰地检测分层缺陷。
5超声无损检测技术在海洋工程用复合材料检测中的运用建议
5.1重视检测人员专业素质的培养提升
在复合材料的检测当中，检测人员是该项工作的执行主体。只有保证其具备较高的专业素养，才能够在检测当中更好地做好相关细节工作，从而保证检测工作的质量。这就需要加强人员培训和体系完善，以便构建良好的检测人员队伍。
5.2加大投入，重视技术革新
在该项检测工作当中，加大资金设备的投入是极为重要的，这是检测工作的重要基础。同时，在技术应用过程中，不断革新检测技术，对其中存在的缺陷加以改进合完善，做好创新研究，这样才能够促进其进一步发展。
结束语
总之，新技术和新材料的不断发展为现有的无损检测技术带来了新的血液和发展动力，可实现现有技术的改造和提升，提高现有技术的检测精度、可靠性、实用性，并且扩展其应用范围。
参考文献
[1]马存旺,李光亮,屈保杰.直升机复合材料桨叶疲劳定寿方法综述[J].机械强度,2019,41(01):187-195.
[2]史振宇,崔鹏,李鑫,万熠,袁杰,蔡玉奎.基于纤维增强复合材料的超声振动辅助加工技术综述[J].表面技术,2019,48(01):305-319.
论文作者:瞿华鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：复合材料论文; 超声论文; 缺陷论文; 技术论文; 材料论文; 纤维论文; 海洋工程论文; 《基层建设》2019年第14期论文;