超声C扫描技术在碳纤维复合板CFRP分层缺陷检测分析

在复合材料大家族中，纤维增强材料一直是人们关注的焦点。自玻璃纤维与有机树脂复合的玻璃钢问世以来，碳纤维、陶瓷纤维以及硼纤维增强的复合材料相继研制成功，性能不断得到改进，使其复合材料领域呈现出一派勃勃生机。其中最受到人们关注的就是碳纤维复合材料CFRP。今天我们对碳纤维复合板CFRP内部分层缺陷超声C扫描检测技术进行讨论分析。

碳纤维复合材料是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90%的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维是一种具有优异机械性能和化学稳定性的纤维材料，树脂基体则起到了粘合和固化的作用。CFRP因其轻质、高强度、耐腐蚀等特点，在航空航天、汽车工业、电力电子，等领域等得到了广泛的应用。

碳纤维复合CFRP材料层合板制作工艺十分复杂，多数工艺是由预浸的碳纤维丝束、树脂等经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷制等工艺制成。预浸料分为单向纤维预浸料和编织纤维预浸料两种，编织纤维预浸料在不同编织方向上均具有较好强度，可用于不同的结构物。层合板，预浸料按照指定角度，指定顺序铺放于模具中，经加热、加压固化成型，形成层合板。

在此过程中，纤维取向性排列，使层合板整体呈现显著的弹性各向异性。生产人员通过控制纤维的取向及排列顺序，使得CFRP 层合板表现出不同的力学性能。由于碳纤维复合材料CFRP制作工艺十分复杂，其间既有化学反应，又有物理变化，许多工艺参数的微小差异都会导致其产生诸多缺陷，碳纤维复合材料中典型缺陷包括孔隙、分层、夹杂等缺陷。缺陷对碳纤维复合板本身产品的可靠性有严重影响，因此，明确各类缺陷的产生原因、提高碳纤维复合材料缺陷识别的准确性和可靠性具有重要意义。

超声检测是根据不同材料间声学特性差异导致超声波发生反射、透射和能量衰减等现象，对材料中的缺陷进行检测，其中水浸超声C扫描检测是超声检测技术中层析检测材料内部结合面二维图像的常用检测方式，其具有检测灵敏度高、检测速度快、穿透性强和对身体无害等优点。国际上 70% ~ 80%以上的复合材料构件都采用了超声检测方法。根据超声波在复合材料中复杂的传播机制及信号变化规律，可以对复合材料中分层、气孔、夹杂、富树脂和脱粘等绝大多数缺陷进行表征。

1、 具备A（点扫描）、B（纵向扫描）、C（横向扫描）、多层扫描、Tray-托盘扫描，厚度测量等系列扫描模式。

2、 具备定量测分析功能，以图像方式直观显示被测件内部缺陷的位置、形状和大小，并进行缺陷的尺寸和面积统计，自动计算缺陷占所测量面积的百分比；具备缺陷尺寸标识；厚度与测距等功能。

3、 具备图像着色功能，可根据相位翻转自动着色；可根据灰度等级手动着色；可根据厚度变化，自动着色；

4、 扫描轴采用直线电机和光栅尺，可以获得更高的运动精度，最高分辨率达0.1μm。

5、 适用于单个器件的快速扫描分析，也可批量放置样品同步进行缺陷识别，快速筛选出不合格品。

6、 可兼容1~300MHz的超声探头。

7、检测软件自主研发，中英文界面，可根据客户需求对功能进行持续升级。

以下为国产无损检测设备厂家Hiwave在碳纤维复合材料CFRP中的检测案例；从超声扫描材料内部C-Scan图像中我们可以清晰辨别出材料内的分层缺陷。为国内CFRP碳纤维复合材料内部分层缺陷检测提供了国产化检测技术设备支持。