Page 124 - 无损检测2024年第八期
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胡 昆，等：
复合材料气瓶缠绕层的内部缺陷检测
气体回旋区域 ，进而影响气瓶受热的均匀性。各 防止温度过高影响气瓶的承压性能。加压升温作
[8]
标准中关于复合材料气瓶的工作温度、干燥温度的 为内部热源激励时，加热最均匀，检测效果良好 [20] 。
要求如表 2 所示，对于蒸汽温度高于国家标准规定 但加压升温过程是带压检测，可与气密性试验 [21] 相
的复合材料气瓶的工作温度、干燥温度时，应注意 结合，对安全性提出了要求。
表2 各标准中关于复合材料气瓶工作温度、干燥温度的要求
标准 对象 工作温度/℃ 干燥温度/℃
GB/T 24161—2009 碳纤维全缠绕铝合金内胆复合气瓶 -40~60 ≤65
GB/T 24162—2022 金属内胆纤维环缠绕气瓶 -40~65 ≤65
GB/T 42626—2023 纤维全缠绕气瓶 -40~85 ≤70
在缺陷检测方面，薛彬 [22] 、张宏鹏等 [23] 通过 非线性定量关系的准确性取决于数据样本量。
仿真模拟研究得出以下结论：分层缺陷的面积越 2.3 工业CT方法
大、深度越浅、厚度越大，红外热成像检测更容易 工业CT方法能在不损伤检测物体的条件下， 以
检出，对热激励的强度要求也越低。张宏鹏 [16] 、彭 二维断层图像或三维立体图像的形式，清晰、准确、
泽军等 [19] 开展了复合材料气瓶红外检测试验，清 直观地展示被测物体的内部结构、组成、材料及缺损
晰地发现了分层缺陷。刘彪等 [20-21] 、卢军等 [24] 通过 状况 [27] ，其基本原理是依据射线在被检测物体中的
试验发现缠绕层的分层、脱胶缺陷在红外热像图中 减弱和吸收特性获得图像。
均显示为低温区，脱胶区域的红外热成像结果如 工业CT方法在复合材料检测领域应用广泛，
图3所示，原因是分层、脱胶缺陷处的空气导热系数 包括探测内部结构、评估制造过程、获取损伤失效
[0. 022 W/（m·K）]远小于缠绕层的空气导热系 演变等应用。在复合材料气瓶检测方面，雷闽等 [28]
数[12 W/（m · K)]，阻碍了热量的向外传递。孔松涛 采用工业CT方法观察气瓶变形与内压的关系。朱
等 [25] 利用人工神经网络实现缠绕层缺陷的定位以及
延霆等 [29] 开展了碳纤维复合材料气瓶的CT检测试
缺陷深度、面积的定量检测，缺陷深度、面积识别的
验，结果表明该方法对夹杂、空隙、分层等缠绕层内
最大误差分别约为7%和10%。何少鹏 [26] 开展了碳
部缺陷的检出效果好，可通过灰度值分辨缺陷类型。
纤维复合材料孔缺陷体积的红外热成像定量检测研
SHI等 [30] 搭建了装载气瓶的工业CT检测装置，检出
究，得到的缺陷体积测量误差为3. 6%~83. 2%。标
了最小尺寸为0. 2 mm的分层缺陷。标准T/ZJASE
准T/CATSI 02012—2022中指出：红外热成像检测
017—2022中指出该方法适用于缠绕层分层、夹杂
方法适用于物体的分层、脱黏、蜂窝结构积水、蒙皮
等缺陷检测，可进行缺陷定性、定量检测。缠绕层分
锈蚀等类型缺陷的检测，能用于缺陷形状、大小、深
层缺陷的工业CT灰度图如图4所示。
度、涂覆层厚度的测量。
综上，工业CT方法可实现夹杂、空隙、分层等
内部缺陷的定性、定量检测，检测精度高，但检测成
本高，耗时长，对检测人员的专业性与检测环境的安
全性亦有要求。
3 检测方法之间的对比分析
在检出效果上，工业CT方法最优，其次是红外
热成像检测方法，声发射检测方法只能对内部缺陷
进行定性分析且无法定位缺陷位置，仍需要其他检
图 3 脱胶区域的红外热成像结果
测方法复检。
综上，红外热成像检测方法可实现分层、脱黏、蜂
声发射、红外、CT三种方法的对比分析结果如
窝结构积水、蒙皮锈蚀等缺陷的定性与定量检测，但在 表3所示，可见三种检测方法都存在局限性。所以，
定性检测中通过红外热像图无法分辨出缺陷类型；定 结合气瓶定期检验过程，考虑检测成本与时间，采用
量检测的准确性有待提升，缺陷大小、深度等的测量需 多方法结合的检测方式更为合理。多方法结合的检
要建立缺陷数据与温度梯度之间的非线性定量关系， 测方式可以互补地获取缺陷信息，提供更准确的缺
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2024 年 第 46 卷 第 8 期
无损检测
