Page 42 - 无损检测2024年第十一期

时 岩，等：

储氢气瓶缠绕层缺陷的多尺度工业 CT 检测及其成因分析

图 2 储氢气瓶整体及局部 CT 扫描图像
的缺陷，因此局部扫描得到的瓶肩分层缺陷厚度标 像特征，可将其划分为4个区域、2种类型， 如虚线框
准偏差（0. 10 mm）较大。 所示。结合图3（b），（c）以及试件实物，可知碳纤维
与整体扫描储氢气瓶不同，利用局部扫描可以观 外表面的黑色区域对应碳纤维螺旋缠绕区域，其内
察到筒体处的分层缺陷和玻璃纤维层，如图2（g）所 部分层缺陷尺寸较大；灰色区域可能对应环向缠绕
示。分层主要分布在缠绕层中间和靠外表面一侧。分 区域，其内部分层缺陷尺寸较小。螺旋和环向区域
层缺陷厚度为0. 11±0. 02 mm，该缺陷尺寸与瓶肩处 的共同特点是一定厚度的分层缺陷将缠绕层规律性
较薄的分层缺陷厚度相当。整体扫描CT图像体素尺 地分隔。经统计，螺旋和环向缠绕区域单层缠绕层
寸为101 μm， 该缺陷由小于2×2个的体素显示，因此， 厚度分别为0. 20±0. 04 mm和0. 17±0. 03 mm。
在图2（a） 中未发现筒体处的分层缺陷。此外，因局部 统计碳 纤维缠绕 层试件分 层缺陷 厚度
扫描CT图像放大倍数的提高，玻璃纤维层可被清晰 [见图 3（d）]后，认为螺旋和环向缠绕区域内分
观察到。经统计，玻璃纤维层的厚度为0. 21±0. 05 mm。 别存在两种类型的分层缺陷。对于螺旋缠绕区
在整体扫描CT图像中，玻璃纤维层仅由2个体素尺寸 域，分层缺陷由缠绕层层间间隙，以及与缠绕
组成。射束硬化产生的伪影，使得CT图像近表面区 层单层厚度相当的分层缺陷组成，厚度分别为
域的灰度值高于被检测物体内部的，即玻璃纤维层被 0. 04±0. 01 mm和 0. 13±0. 04 mm。缠绕层层间
“射束硬化”伪影干扰，从而难以被识别。 间隙厚度较薄，其可能在气瓶制造中产生，也可能
2.1.3 碳纤维缠绕层试件整体扫描CT检测结果 在机加工过程中产生，原因尚不明朗。然而，与缠

碳纤维缠绕层试件能够接近射线源，CT图像具 绕层单层厚度（0. 20±0. 04 mm）相当的分层缺陷
有高放大倍数和低体素尺寸（12 μm）。如图3（a）所 （0. 13±0. 04 mm）是螺旋缠绕层不连续缠绕导致
示，根据沿储氢气瓶竖直方向的碳纤维缠绕层CT图 的，属于储氢气瓶固有的分层缺陷 [13] 。对于环向缠

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2024 年 第 46 卷 第 11 期
无损检测