复合材料声学检测｜碳纤维：超声 C 扫 + 声发射，解锁 “黑色黄金” 看不见的隐患

碳纤维复合材料在生产过程中，CFRP 基体多为脆性树脂材料，在冲击载荷、疲劳应力等作用下，极易产生内部气孔、纤维排布不均、微裂纹等隐形缺陷。这些看不见的 “内伤” 会直接影响材料的力学性能与结构安全。当前，航空航天、风电叶片、压力容器、轨道交通、汽车工业等众多关键领域，对复合材料的质量控制与健康监测均提出了更高要求。因此，研发并应用精准、高效、可靠的专业检测设备，已成为保障复合材料安全应用、推动行业高质量发展的迫切需求与核心关键。

案例1

碳纤维复合材料也能造地铁列车？

全球首列碳纤维地铁列车“CETROVO1.0 碳星快轨”

案例2

2026年春晚机器人刷屏：骨架竟是黑黄金

2026年春晚它们惊艳登场，蹬腿、转身等动作灵活精准，甚至能完成毫米级手腕微调，彰显了中国智造实力。人形机器人研发的核心难题是兼顾机身强度与轻量化。宇树机器人采用碳纤维复合材料作为支撑骨架，实现轻量化优势。

传统无损检测方法（如X射线、CT、接触式超声）虽精度较高，但存在设备贵、速度慢、部分需耦合剂、难适配复杂曲面及现场检测等问题；X射线对复合材料分层等缺陷灵敏度低且需辐射防护，便携式超声因耦合剂效率偏低。

1.代表设备：

超声扫描显微镜（英文：Scanning Acoustic Microscope）简称超声SAM，是一种以水为耦合介质，即传播媒介；以声波作为探测信号，通过高频超声换能器接收到的反射和透射信号，利用特殊的软件构建出二维的C扫描图像的声学检测设备，能够对碳纤维复合材料内部缺陷、空洞、分层、夹杂、裂纹等进行检测。

水浸超声设备：碳纤维复合材料内部气孔超声C-Scan图像

2.成像优势：

• A扫描（A-Scan）：通过查看超声反射或透射波形，可以找有无缺陷信号波。

• B扫描（B-Scan）：通过计算反射回来的超声波的强弱来判断，它的显示主要依据声速传播方向平行且与工件的表面垂直的剖面。

• C扫描（C-Scan）：提取垂直于声速指定截面，也就是横向截面像的回波信息形成的二维图像技术。

• T扫描（T-Scan）：分层扫描，对C扫描横截面积，逐层成像。

• 批量扫描：设定好参数，对水槽内一种或多种工件进行自动化扫描。

3.复杂结构运动控制机构

北京采声科技有限公司针对行业所需特殊的复材结构，在扫查运动控制过程中提出了解决方案，目前已成功案例有标准曲面碳纤维蜂窝夹层结构的芯材脱粘、加强筋结构复合材料、药筒等。

声发射技术对受力结构的完整性检测和安全评估提供了可靠方法。例如，利用复合材料在损伤过程中 AE 特征非常明显的特点，进行声发射复合材料压力容器的检测，不仅可用于对缺陷的发现，更能有效地用于对缺陷的危害性进行评估与分析，最终对压力容器进行安全可靠性及寿命评估。

声发射技术对受力结构的完整性检测和安全评估提供

采声技术人员利用模态声发射（MAE）可以实时被动检测到复合材料气瓶受载过程产生的应力波信号，满足了复合材料气瓶原位检测的要求。它不损伤复合材料气瓶表面，不破坏复合材料气瓶，可实现对气瓶整体在役，动态，实时监测。

经过大量的实验数据累积，利用先进的算法与学习模型，可以对复杂的材料声学损伤特性及产生的信号深度解析，从而建立了近千种缺陷与声纹对应关系的数据库，快速判断缺陷信息。

• 实时监测，整体监测；

• 对损伤的早期监测和定位；

• 可针对特定负载水平，进行关键性评估；

• 结合模式识别等先进信号处理手段，可实现损伤严重性评估。