蜂窝结构复合材料遇到了超声相控阵技术
航空复合材料现今已被越来越多地应用于飞机制造行业，尤其是大型客机，如波音787和空客A380等飞机上的复合材料使用比例接近50%，因而复合材料的检测越来越受到关注。
而在复合材料检测方法中，传统的敲击法已经无法满足企业对产品高质量的要求，因而越来越多的飞机部件制造企业开始使用更为先进的喷水耦合超声穿透传输方法（TT）对复合材料进行检测。
该方法检测效率较高，且检测精度也非常高。但这种检测系统的成本也非常昂贵，且需要大面积的场地和作业区，使得只有一些超大型企业才可能使用这种技术。而且由于喷水耦合超声穿透传输方法需要工件的两面都可接触，这样对于一些飞机维修维护企业来说也是无法实现的。
另外，还有一种常规使用的脉冲回波技术，大多是用来检测层压复合材料，而对于蜂窝结构复合材料则很少使用该技术进行检测。
相控阵技术作为无损检测行业的新兴技术，起源于医疗行业。
20世纪80年代中期
随着复合压电材料的发明，相控阵技术得到了快速的发展。
90年代初
相控阵技术作为一种新的无损评估技术出现在超声手册和培训手册中。
90年代末
随着复合压电技术、微加工技术、微电子技术和计算技术的发展，使得相控阵技术日趋成熟，尤其是计算处理能力的增强使得软件功能得到极大提升。
下面笔者就来介绍一下如何通过超声相控阵技术，结合高频相控阵探头，使用脉冲回波方法对蜂窝结构复合材料进行检测，来清晰看到蒙皮与蜂窝的脱粘，及脱粘面积。
设备
主机
Omniscan MX2相控阵探伤仪，通道数16:128
探头
10MHz，32晶片相控阵探头，0.31mm晶片间距，7mm晶片高度，配备一个零度楔块
扫查器
双轴编码扫查器Versamouse
工作模式
相控阵线性扫查，脉冲回波模式
双轴扫查器及探头
仪器基本参数设置
一次激发晶片数
8个
总共激发晶片数
32个
聚焦深度
50mm
基本增益
8dB
TCG增益
39dB，位置11.19mm
实验结果分析
通过该技术对铝蒙皮/铝蜂窝结构（蒙皮厚度1mm）进行检测。从下图中的C扫描图像可以清晰地看到缺陷的形貌，并可对缺陷进行尺寸测量。通过C扫描测量出的缺陷长度为20.50mm，非常接近使用喷水耦合穿透传输检测的结果（20.32mm）。
铝蒙皮/铝蜂窝结构相控阵C扫描图像
铝蒙皮/铝蜂窝结构喷水耦合穿透传输检测结果
下图为在铝蒙皮/铝蜂窝结构件上没有缺陷处的扇扫和A扫描图像，从图中可见在闸门范围内几乎没有回波信号，原因是声波全部被蜂窝结构吸收了。
下图为CFRP蒙皮/Nomax蜂窝结构（蒙皮厚度1mm）的检测结果，同样可以清晰的看到蒙皮与蜂窝的脱粘形貌。在C扫描图中测量该缺陷为19.59mm×18.75mm。对比喷水穿透传输方法的检测结果（0.75in×0.75in = 19mm×19mm），两者结果非常接近。
CFRP蒙皮/Nomax蜂窝结构相控阵C扫描
CFRP蒙皮/Nomax蜂窝结构喷水C扫描检测结果
同样为CFRP蒙皮/Nomax蜂窝结构，但两个缺陷所在的蒙皮厚度不同（左侧2.6mm，右侧1.3mm），得到的检测结果如下图所示，由图中可见不同蒙皮厚度的试件同样可以检测到脱粘缺陷。
CFRP蒙皮/Nomax蜂窝结构不同蒙皮厚度检测结果
结论
使用超声相控阵技术可以有效地检测到蜂窝结构复合材料的蒙皮与蜂窝的脱粘结构，并且可以呈现C扫描图像。图像测量出的尺寸与喷水耦合穿透传输法检测的结果一致，且该方法使用便携探伤仪，使检测成本大大降低。
本文作者：
王晓宁，毕业于北京航空航天大学材料科学与工程专业，硕士。现就职于奥林巴斯（中国）有限公司，任技术支持与应用部门经理。