如何通过无损探伤检测判断复合材料内部的分层缺陷程度

复合材料因高比强度、耐腐蚀等特性，广泛应用于航空航天、风电叶片、高端装备等领域，但内部分层缺陷（由制造工艺或服役载荷导致的层间分离）会显著降低结构承载能力，甚至引发突发性失效。无损探伤作为不破坏材料的检测手段，是识别分层缺陷并评估其严重程度的核心技术。本文结合常见无损检测方法原理与应用，详细说明如何通过检测数据与特征分析，判断复合材料内部分层的缺陷程度。

复合材料分层缺陷的基本特征与检测需求

复合材料的分层缺陷多表现为层合结构中相邻铺层间的平面型分离，其成因可分为制造与服役两个阶段：制造时热压罐压力不均会导致层间粘结力不足；树脂固化收缩率差异或铺层错位会造成层间界面脱离。服役中的冲击载荷（如鸟撞工具跌落）、疲劳循环或是湿热环境腐蚀，也会引发层间逐步分离。这类缺陷的核心是“层间界面不连续”，通常呈椭圆形或不规则多边形，部分内部残留未固化树脂或气泡。

DUI判断分层缺陷程度来说，关键是获取缺陷的几何参数与力学影响：几何参数包括缺陷面积（占所在铺层的比例）、厚度（层间分离间距）、位置（是否在关键承载区）；力学影响则需结合材料层间剪切强度、拉伸强度，评估缺陷对整体结构刚度和强度的削弱程度。比如面积超100cm²的分层，可能让层合板层间剪切强度下降30%以上；就算小面积分层（如5cm²），若在承载核心区也可能因应力集中引发扩展。

超声检测：通过声波反射特征量化分层程度

超声检测是复合材料分层检测的主流技术，原理是“超声波在不同声阻抗界面的反射与透射”：当1-10MHz纵波垂直入射时，正常层间界面粘结良好声阻抗变化小，反射信号弱；分层缺陷处是空气或低阻抗树脂，声阻抗差异大，会产生强反射信号。水浸超声C扫描是常用方式，能生成高分辨率二维图像。

从超声信号可提取三个关键特征判断分层程度：其一，反射波幅值——正常界面反射幅值通常<满量程10%，分层缺陷可达30%-80%，幅值越高说明分离越彻底（完全分离时幅值接近满量程）。其二，传播时间差——用公式d=Δt×v/2（v是树脂中声速约2700m/s）计算分层间距d，d>0.1mm时层间剪切强度明显下降。其三，C扫描图像——通过灰度值区分缺陷：灰度越亮（反射信号越强），分层越严重；图像能直接测量缺陷面积与形状，比如某风电叶片玻璃纤维板的C扫描显示15cm×20cm椭圆形分层，灰度值达85（满量程100），说明是完全分离的严重缺陷。

不过超声对薄分层（d<0.05mm)灵敏度有限，这时要用更高频探头（如二十MHz）或相位敏感检测技术——通过分析反射波相位变化识别微小分离。比如航空领域用相控阵超声，能电子扫描聚焦，提升复杂曲面（如机翼蒙皮）分层检测精度。

红外热成像检测：利用热响应差异评估分层面积与深度