声学扫描检测碳纤维复合材料内部缺陷

复合材料是一种混合物，由两种或两种以上的不同物质进行组合而形成的新材料，用来克服单一材料的缺陷，其中复合材料纤维增强材料应用最广，在众多复合材料中，碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP）不仅具备轻质高强的特性，还具备耐腐蚀和抗疲劳等优点，大量用于航空航天制造模块。

代表机型复合材料用量表

CFRP以碳纤维为增强体，树脂聚合物为基体，二者通过相互配合，树脂起到传递载荷保护纤维层的作用，碳纤维起到承受载荷作用，因此单向CFRP具有纤维强度极高，垂直纤维方向强度低，在加工时，单向CFRP的性能较差，层与层之间由于张力作用，容易产生内部分层、空洞缺陷。如果不能及时检出缺陷，并才采取补救措施，最终导致CFRP失效，造成人员经济的损失，所以，近年来很多航空制造研究者，都在寻找最合适检测复合材料的无损检测设备。

纤维缠绕气瓶内部空洞缺陷超声C-Scan图像

水浸超声C扫描因灵敏度高、自动成像、检测速度快、效率高等优势，被广泛应用于复合材料缺陷的无损检测与质量评估，其原理主要根据超声波在工件中传播的特性，由于声阻抗的不同在两种介质分界处发生反射、折射、透射等，水浸超声主要是利用液浸法，以水为耦合剂，进行水下传递超声信号波，与被检工件非接触，减少其他不必要的干扰因素影响。经过超声信号采集卡收集数据，以二维图像显示缺陷位置及大小。可以检测复合材料分层、孔隙、粘接不良等缺陷。

由于复合材料成型方法根据材料的不同而各异，成型的方法也多种多样，会给制造和使用时带来不可避免的缺陷。目前水浸超声SAM-复合材料水浸超声监测系统TCS-56CM对应用最广泛的模压成型、RTM 成型和热压罐成型这三种工艺缺陷，可以轻松识别CFRP出现最频繁的孔隙，分层缺陷。

TCS-56CM水浸超声检测效果（图片来源于采声）

碳纤维复材孔隙缺陷超声C扫描

碳纤维复材分层，断裂缺陷超声C扫描

从以上超声C扫描检测图像中，复合材料水浸超声监测系统TCS-56CM可以证明超声波技术可以对复材内部缺陷进行检测。解决了CFRP在生产过程中由于预浸料质量问题，存留的孔隙造成的层内缺陷和热压固化成型中，因树脂残留水分或空气无法排出造成的层间缺陷；以及固化压力不足导致的层与层之间未充分粘合而形成的分层缺陷。

1.支持超声A-Scan、（点波信号检测）B-Scan、（纵切面成像）C-Scan、（横截面成像）T-Scan（透射成像成像）C+CScan（一次多层成像）C+TScan（反射、透射同时成像）3D-Scan（三维立体成像）等丰富的扫描模式。

2.批量扫描、区域扫描、厚度测量、密度分布等功能。

3.适用形状：平面、缠绕瓶体、曲面类等。

4.最大检测尺寸：1200*900mm；（可定制） 

5.单件最大重量：200Kg；

6.检测精度：厚度为6mm的碳纤维层压板，能够检测出φ1mm的孔隙、分层、脱粘、夹杂等缺陷。

7.可实现自动和手动断层切片功能（超声CT），可区分纤维走向。

8.采集分析软件为中文操作界面便于操作，可根据客户需求对功能进行持续升级。

无论是航空航天，还是军工装备、汽车领域，都有大量的纤维复合材料存在的“用武之地”，内部孔隙和分层缺陷，在复合材料中非常常见，并最终导致材料机械性能失效，因为复合材料整体结构的初始断裂，一般是由孔隙周围的应力集中造成的。水浸超声C扫描成像，近年来，为很多复合材料内部检测，解决了很多突破性难题。

相关知识:

碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性 外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。