Page 44 - 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

厚度的比值为0. 2。与Ⅰ类和Ⅱ类不同，Ⅲ类分层的 业CT图像在测量缠绕层单层厚度时具有可靠的尺
产生原因尚不明确，因为碳纤维缠绕层试件是从储 寸测量精度。
氢气瓶筒体部位机加工得到的，在制样过程中可能 光镜和扫描电镜可验证工业CT判断缠绕层缠
引起缠绕层树脂基体开裂。 绕方式的正确性。从图4（b）可以清晰看到单根碳
2.3 工业CT检测结果的光镜和扫描电镜验证 纤维的排布情况，该图左侧和右侧的纤维截面分别
碳纤维缠绕层表面[平行于图 3（d）所在平 是椭圆形和圆形，证明了碳纤维缠绕方式从外向内
面]的显微组织特征，如图 4 所示。图 4（a）是螺 依次是螺旋缠绕、环向缠绕、螺旋缠绕和环向缠绕。
旋和环向缠绕区域交界处的光镜照片，螺旋缠绕 为进一步验证工业CT和光镜对缠绕层缠绕方式的
区域和环向缠绕区域的单层缠绕层厚度分别为 判断，文章使用扫描电镜对碳纤维缠绕层试件的顶
0. 21±0. 03 mm 和 0. 16±0. 03 mm，该测量结果 面[即平行于图3（e）的外表面]进行观察，发现在螺
与工业 CT 统计结果 （分别为 0. 20±0. 04 mm 和 旋和环向缠绕区域交界处右侧存在近乎平行排布的
0. 17±0. 03 mm）相一致，表明体素尺寸12 μm的工 环向缠绕碳纤维束。

图 4 碳纤维缠绕层试件光镜和扫描电镜的显微组织表征
碳纤维缠绕层试件表面的扫描电镜图片[见 纤维的直径，原因是光镜和扫描电镜测量得到碳纤
图4（c）]可以验证工业CT对分层缺陷进行定性和 维的直径分别为5. 4±0. 2 μm和5. 5±0. 1 μm，远低
定量的准确性。具有高景深特点的扫描电镜照片能 于工业CT图像的体素尺寸 （12 μm）。因此，图4（d）
获得碳纤维缠绕层的表面形貌，即在环向缠绕区域 所示的碳纤维断裂特征（间隙宽度0. 5 μm）更超出
内存在一倾斜的空隙。该处空隙对应于工业CT[见 了该工业CT图像的分辨能力。
图3（d））和光镜[见图4（a）]发现的接近水平取向的
3 结语
分层缺陷。经测量，该处空隙的宽度约为29 μm，与
工业CT的测量统计结果 （0. 03±0. 01 mm）相一致。 文章开展了储氢气瓶缠绕层缺陷的多尺度工业
然而，该测试条件下，工业CT无法进一步观察到碳 CT检测研究及其3种类型分层缺陷的成因分析，并

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2024 年 第 46 卷 第 11 期
无损检测