在航空航天制造和維護、維修和大修中，針對鋁和鋼的無損檢測 (NDT) 技術(shù)有很多，但針對碳纖維和玻璃纖維增強聚合物 (CFRP、GFRP) 復合材料的選擇則少得多。

鑒于這些材料的多層各向異性特性，裂紋、孔隙和異物等缺陷可能會出現(xiàn)在表面或纖維或樹脂的特定層內(nèi)，且沒有可預測的方向。分層缺陷可能會迅速蔓延，尤其是在層壓板在整個厚度范圍內(nèi)受力的部件中。疲勞點和災難性故障之間可能幾乎沒有或根本沒有警告，這對于航空航天和其他重視復合材料強度重量比的行業(yè)至關(guān)重要。

隨著無損檢測技術(shù)的發(fā)展，超聲波已被證明是確定復合材料缺陷深度和尺寸的有效方法。

什么是超聲波？

超聲波檢測 (UT) 使用傳感器或探頭向材料發(fā)射高頻聲能脈沖。探頭以精確的間隔和設(shè)定的角度發(fā)射超聲波。當波遇到缺陷時，部分能量會像回聲一樣反射回來。計算、分析能量到達探頭所需的時間，并將其作為圖像顯示在屏幕上供技術(shù)人員查看。

傳統(tǒng)超聲波采用單元件換能器，存在衰減高、信噪比 (SNR) 低等缺點。相控陣超聲波檢測 (PAUT) 使用單個探頭中的多個獨立元件（通常為 16-64 個）來生成高質(zhì)量的引導信號，這些信號可以傳播更長的距離并覆蓋更大的區(qū)域。這有助于加快檢查速度并使其更加徹底，這對于具有復雜幾何形狀的大型部件尤其重要。

儀器儀表

PAUT 包含一個硬件和軟件系統(tǒng)，它們協(xié)同工作以獲取檢查數(shù)據(jù)并將其處理為有意義的結(jié)果。

該系統(tǒng)的核心是一個功能強大、緊湊且便攜的PAUT儀器，可以在現(xiàn)場或工廠執(zhí)行復雜的測試。

這些儀器具有 64 通道符合代碼規(guī)范的 PAUT 等功能，能夠捕獲和存儲陣列中每對發(fā)射器-接收器元件的所有時域信號 (A 掃描)，這種技術(shù)稱為全矩陣捕獲 (FMC)。FMC 允許實時處理原始 A 掃描信號的“全矩陣”，或保存下來，以便使用針對任何給定聚焦法則或光束（孔徑、角度或聚焦深度）的不同重建參數(shù)集進行離線處理。

獲取原始信號信息為實現(xiàn)先進算法打開了大門，例如全聚焦方法 (TFM)，該方法使用 FMC 數(shù)據(jù)生成高分辨率 2D 和 3D 圖像以進行缺陷表征和定量分析；飛行時間衍射 (TOFD) 功能；以及平面波成像 (PWI) 數(shù)據(jù)采集。

軟件

隨著計算能力的發(fā)展，檢測軟件也在不斷發(fā)展。軟件可以管理整個檢測過程，包括探頭設(shè)計（聲束模擬）、檢測技術(shù)開發(fā)和驗證、高速數(shù)據(jù)采集、高級數(shù)據(jù)分析和綜合報告。

軟件還可以增加檢測過程的靈活性。例如，對于具有曲線或可變厚度的部件，保持正確的探頭方向通常需要復雜且昂貴的機械系統(tǒng)以及對樣本幾何形狀的精確了解。軟件可以實現(xiàn)自適應 UT 檢測技術(shù)，如時間反轉(zhuǎn)，這可以實時補償探頭和樣本之間錯位的影響。

軟件開發(fā)工具包 (SDK) 允許用戶集成自己的開發(fā)來創(chuàng)建定制解決方案，例如特定的 UI、處理和分析工具、自定義處理的數(shù)據(jù)、與檢查管理系統(tǒng)的遠程交互以及將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)搅硪粋€軟件平臺。

隨著復合材料的應用范圍持續(xù)拓展，對復合材料進行無損檢測，成為了無損檢測領(lǐng)域一項極具挑戰(zhàn)性的任務。應用越廣泛，對更強大檢測系統(tǒng)的需求就越迫切。對于需要完成復合材料檢測這類復雜任務的制造商和無損檢測服務提供商而言，這就要求他們采用在性能、速度和成本效益方面表現(xiàn)出色的儀器和軟件。