无损检测：复合材料的超声检测技术

或尺寸较小的复合材料以及材料的高温特性等研究，如飞机上各个部件的定位和成像等。加拿大A.Blouin用激光超声研究了蜂窝芯复合材料的分层、脱粘等缺陷。美国洛克希德·马丁公司开发了 LaserUT 激光超声检测系统，在检测F -22 复合材料构件时获得了清晰的B 扫描、C扫描图像，不需要任何特殊夹具，检测时间大大缩短，达到了传统超声无法达到的效果。国内钱梦騄等在激光超声的特性和检测各种材料的力学特性方面进行了大量的研究。刘松平研究了碳纤维增强树脂基复合材料中常见缺陷的激光超声信号特性与缺陷识别评估方法。利用激光发射-超声接收检测系统有效地提取了反映复合材料中缺陷的声波信息，并可进行缺陷的判别，确定缺陷的性质。

尽管激光超声在复合材料检测中取得了很大的进展，但现阶段仍存在 2个主要问题：一个是光声能量的转换效率较低;另一个是激光超声信号微弱，需要提高检测灵敏度。适当增大激光的能量，可提高激光超声信号强度。但当能量增大到一定程度时，又容易将材料的表面灼伤。因此，揭示激光发声机理、提高光声转换效率及其检测灵敏度已成为激光超声研究的3个主要方向。

5 相控阵超声检测技术

相控阵超声检测技术是一种多声束扫描成像技术，它所采用的超声检测探头是由多个晶片组成的换能器阵列，阵列单元在发射电路激励下以可控的相位激发出超声，产生的球面波在传播过程中波前相互叠加，形成不同的声束。

相控阵超声探头由晶片阵列组成，各声束相位可控，可用软件控制聚焦焦点，不移动探头或尽量少移动探头就能扫查厚大工件和形状复杂工件的各个区域。通过优化控制焦柱长度、焦点尺寸和声束方向，使得相控阵超声在分辨力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的优越性。

在实际的检测应用和研究中，设计形状巧妙的探头已成为解决可达性差和空间限制问题的有效手段，英国R.J.Freemantle等人用一种新颖的相控阵超声探头检测大面积航空复合材料构件，把相控阵阵列安装在橡胶滚轮中，该滚轮既可手动也可自动控制，能有效检出航空复合材料构件中的裂纹及未贴合等缺陷。 Ol y m p u s 无损检测公司的J.Habermehl 等人用该公司的相控阵超声检测系统OmniScanTMPA对飞机上碳纤维增强聚合物基复合材料平板构件进行检测，不仅比传统超声检测速度快而且成像效果好。J.Habermehl等人还设计了专门检测碳纤维增强聚合物基复合材料弯管的弧形相控阵探头，为检测圆角联接的构件提供了快速可靠的方法。

6 非线性超声检测技术

非线性超声检测是利用超声波在材料中传播时，介质或微小缺陷与它相互作用产生的非线性响应信号，进行材料性能的评估和微小缺陷的检测，本质上反映的是微小缺陷对材料非线性的影响。传统超声无损检测使用的检测超声波幅值极小，即由超声波传播时产生的应力和应变均为极小值，此时介质中超声波的传播遵循线性应力-应变关系。当使用大幅度的超声波(有限幅度超声)检测时，超声波传播时受介质应力-应变关系非线性的影响增强，超声非线性响应信号幅度变大，使描述传统超声的线性波动方程增加了谐波部分。把波动方程中的二次谐波与基波(即线性项)的系数比值定义为非线性声参量B/ A。非线性声参量B / A 比值的大小反映了超声在传播过程中非线性效应的强弱。B / A的测量方法有有限振幅绝对测量法、有限振幅相对测量法和改善的热力学方法等。

研究表明，超声波在贴合(Kissing Bonds)的接触界面上传播显示出非常明显的非线性，出现较多的非常规谐波和非线性波形畸变。英国C.J.Brotherhood等人用常规超声、电磁超声和非线性超声3种超声检测方法对在胶接中产生的贴合(非粘接)缺陷进行了检测，并在检测的过程中对接触面施加载荷。在外加载荷较低的情况下，非线性超声具有3者中最高的灵敏度。

结束语

复合材料由于其结构形式复杂、材料特性多样，单一的超声检测方法难以胜任所有的检测需求。实际检测中，应针对各种复合材料的特点，选择适合的检测方法，或使用多种方法配合，互相补充，来完成不同的检测任务。除上述方法外，电磁超声、声-超声等方法也可应用于复合材料的缺陷检测，但应用较少，在此不再赘述。超声无损检测的突出优点是对人体无害、成本低、操作简便，它必将在复合材料的无损检测领域中发挥出更大的作用。