Page 127 - 无损检测2024年第一期

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压电转换为对应的透射超声信号 。如果能够使 目前本项目团队研究的复合材料超声反射
的变化是来自复合材料内部微结构变化或缺陷 法和穿透法可视化检测技术和检测系统主要包
的存在，就可以用于复合材料结构或制件可视化 括：单通道超声可视化检测技术和检测系统；多
检测与缺陷表征及评估。 通道可视化检测技术和检测系统；阵列超声可视
影响 时域可分辨行为的因素主要有：透射 化检测技术和检测系统。其可以实现复合材料结
声波信号幅值特性；透射声波信号的纵向分辨特 构或制件的超声 2D 和 3D 可视化检测与缺陷评
性。对于垂直入射超声纵波穿透法可视化检测， 估。超声可视化检测范围从毫米级到米级不等。
大量的研究和应用结果表明，采用本项目团队创 最大检测通道数或超声阵列可达 128。检测结
建的单脉冲超声技术（包括探头、超声仪器及超 果可以实现 2D 和 3D 成像与评估，实现复合材
声系统）和非对称频率超声（AU）方法可以显著 料中分层、夹杂、脱黏、疏松、贫胶、富脂、气
改善超声穿透法检测分辨率和缺陷检出效果。在 孔、孔隙等缺陷和冲击损伤的超声可视化检测与
非对称频率超声条件下，可以克服超声方法检出 量化评估，也可以实现复合材料结构或结构的孔
灵敏度和检出能力对缺陷取向的依赖性，进而大 隙率数值评估。近年制定相关检测标准（企标
大提高了超声方法对复杂复合材料结构和复杂取 为主）80 余项，获得航空科学技术发明一等奖
向缺陷的可视化检测能力。 2 项、二等奖 2 项，获国家发明授权专利 50 余
项，出版《先进复合材料无损检测技术》专著 1
为了实现整个复合材料结构或制件超声穿透
法可视化检测，需要设计或采用专门的超声穿透 部，在 Composites Part B ( 影响因子 11.32)、
NDT&E International (Q1)、Ultrasonics (Q1)、
法可视化检测系统，复合材料结构超声透射法可
视化检测系统基本构成如图 2（c）所示。与超声 Ceramics International (Q1)、Research of
Non-destructive Evaluation 等业内期刊上发表
反射法可视化检测系统（见图 1）主要不同之处
论文多篇。
有 3 方面：超声穿透法可视化检测需要一发一收
两组探头，分别位于被检测复合材料结构或制件 2.3 典型结果与应用
两侧；需要有超声发射和超声接收单元与两组探 利用刘松平、刘菲菲等团队创建的单脉冲超
头配合工作；需要更为复杂的多轴扫描与控制单 声检测方法和检测系统对一含有极端缺陷案例实
元，实现发射探头和接收探头的同步同轴扫描。 际可视化检测的结果如图 3 所示，试验采用超声
采用笔者研制的 MUI 系列（线性坐标、喷水耦 反射法可视化检测及 CUS-21J 超声系统（见图
合式）、CUS 系列（线性坐标、水浸耦合式）、 1），超声电子单元为 UPower-1 型，采用 FJ-1
DUS 系列（向量坐标、水浸 / 喷水耦合式）超声 单脉冲超声换能器，频率为 5 MHz。复合材料试
穿透法自动扫描成像检测系统和 AU 系列以及 FJ 样为碳纤维增强树脂基复合材料多向层压结构试
系列探头构建复合材料超声穿透法可视化检测系 样，试样中缺陷分布在其近表面 1 个铺层深度的
统，可以更好地用于复合材料可视化检测与缺陷 极限位置和近底表面 1 个铺层深度的极限位置以
准确评估。 及试样中间深度位置 [ 图 3(b)]。复合材料试样的
厚度约 4.5 mm，利用中航复合材料有限责任生
产的 CCF300 碳纤维预浸料，利用多向铺层和热
压罐工艺成形，试样中的缺陷为单层聚四氟乙烯
薄膜模拟分层，缺陷的直径分别为 13、9、6、3
mm，这也是目前国际上复合材料制件常采用的
缺陷检出级差要求，试样中共预置有 12 个不同
大小和深度分布的缺陷，缺陷编号及其设计值见
表 2，在表 2 中同时给出了试样中各个预置缺陷
的单脉冲超声可视化检出结果。目前复合材料结
图 2 复合材料结构或制件超声穿透法可视化检测原理及 构主要是采用取向长度和缺陷形状两方面信息对
其系统基本构成 超声检出缺陷进行评定 / 验收，而超声可视化检

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