在航空航天制造和維護(hù)、維修和大修中，針對(duì)鋁和鋼的無損檢測 (NDT) 技術(shù)有很多，但針對(duì)碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)聚合物 (CFRP、GFRP) 復(fù)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(huì)出現(xiàn)在表面或纖維或樹脂的特定層內(nèi)，且沒有可預(yù)測的方向。分層缺陷可能會(huì)迅速蔓延，尤其是在層壓板在整個(gè)厚度范圍內(nèi)受力的部件中。疲勞點(diǎn)和災(zāi)難性故障之間可能幾乎沒有或根本沒有警告，這對(duì)于航空航天和其他重視復(fù)合材料強(qiáng)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(fù)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(dāng)波遇到缺陷時(shí)，部分能量會(huì)像回聲一樣反射回來。計(jì)算、分析能量到達(dá)探頭所需的時(shí)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(diǎn)。相控陣超聲波檢測 (PAUT) 使用單個(gè)探頭中的多個(gè)獨(dú)立元件（通常為 16-64 個(gè)）來生成高質(zhì)量的引導(dǎo)信號(hào)，這些信號(hào)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(duì)于具有復(fù)雜幾何形狀的大型部件尤其重要。

儀器儀表

PAUT 包含一個(gè)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(gè)功能強(qiáng)大、緊湊且便攜的PAUT儀器，可以在現(xiàn)場或工廠執(zhí)行復(fù)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(chǔ)陣列中每對(duì)發(fā)射器-接收器元件的所有時(shí)域信號(hào) (A 掃描)，這種技術(shù)稱為全矩陣捕獲 (FMC)。FMC 允許實(shí)時(shí)處理原始 A 掃描信號(hào)的“全矩陣”，或保存下來，以便使用針對(duì)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(jìn)行離線處理。

獲取原始信號(hào)信息為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)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(jìn)行缺陷表征和定量分析；飛行時(shí)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(jì)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(gè)檢測過程，包括探頭設(shè)計(jì)（聲束模擬）、檢測技術(shù)開發(fā)和驗(yàn)證、高速數(shù)據(jù)采集、高級(jí)數(shù)據(jù)分析和綜合報(bào)告。

軟件還可以增加檢測過程的靈活性。例如，對(duì)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(fù)雜且昂貴的機(jī)械系統(tǒng)以及對(duì)樣本幾何形狀的精確了解。軟件可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng) UT 檢測技術(shù)，如時(shí)間反轉(zhuǎn)，這可以實(shí)時(shí)補(bǔ)償探頭和樣本之間錯(cuò)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(yuǎn)程交互以及將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)軟件平臺(tái)。

隨著復(fù)合材料的應(yīng)用范圍持續(xù)拓展，對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行無損檢測，成為了無損檢測領(lǐng)域一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。應(yīng)用越廣泛，對(duì)更強(qiáng)大檢測系統(tǒng)的需求就越迫切。對(duì)于需要完成復(fù)合材料檢測這類復(fù)雜任務(wù)的制造商和無損檢測服務(wù)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。