【摘要】本文介绍了两种基于超声的碳纤维复合材料无损检测技术：AIRSCAN+空气耦合超声无损检测技术和PASCAN水浸相控阵C扫描超声检测技术，分别针对树脂基CFRP碳纤维复合材料的分层，脱粘，区屈，冲击等缺陷进行了成像检测分析。通过对比了两种技术针对不同缺陷的检测效果发现，两种方法均可以成功检测碳纤维复合材料的各种常见缺陷，其中AIRSCAN+空气耦合超声成像检测技术不受被测体厚度过薄的限制，各种成像均可有效检测且清晰成像。而PASCAN水浸相控阵C扫描成像检测技术不仅可以检测各类缺陷，且对缺陷埋深可以进行定量分析，但是3mm以下的薄板则需采用高频探头才可有效检出。

【关键字】CFRP,碳纤维复合材料，超声检测，空气耦合超声，水浸相控阵C扫

【背景】

随着材料轻量化及高强度设计在各行各业的需求愈加旺盛，碳纤维复合材料的应用也愈加广泛。将碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料（复合材料），与传统材料相比，碳纤维复合材料具有如下特性: 可设计性和各向异性，材料与结构一体化，材料性能对复合工艺的依赖性等。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，以及在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。因此碳纤维复合材料在交通运输、宇航工业等方面得到广泛的应用。

碳纤维复合材料常见缺陷及产生原因

【试验装置】

AIRSCAN+ 空气耦合超声成像检测系统  （上）   PASCAN 水浸相控阵成像检测系统 （下）

【试样】

针对超声无损检测技术的特点和常见缺陷分类，设计制作了三种试样：

A：在制作碳纤维复合材料板是预制了不同形状大小的人工缺陷模拟分层，夹杂，孔隙和脱粘；

B:  将完好的碳纤维板通过落锤冲击得到不同程度的冲击损伤。

C：在制作碳纤维复合材料板时预制了多条褶皱,模拟纤维区屈和断裂；

【试验结果】

A 试样的AIRSCAN成像结果（上）及PASCAN 成像结果（下）  人工分层，夹杂，孔隙和脱粘缺陷

B 试样的AIRSCAN成像结果（上）及PASCAN 成像结果（下）  人工冲击损伤

C 试样的AIRSCAN   C扫成像结果（上）及PASCAN 全聚焦B扫成像结果（下）  褶皱缺陷

总结】

两种方法均可以检出碳纤维复合材料板的各种常见缺陷。其中AIRSCAN空气耦合超声成像技术对各种缺陷成像效果非常好，且对不同厚度的碳纤维板均可有效检出。PASCAN水浸相控阵C扫成像亦可有效检出各类缺陷，且可以得到缺陷的深度定位信息。但由于界面波盲区问题，低于3mm厚度的碳纤维板存在技术困难，需进一步提高探头频率进行检测 或 仅可考虑用底波成像方式进行检测。空气耦合超声结合光声成像检测技术对于检测碳纤维复合材料同样有非常好的效果。