UT分层检测（Ultrasonic Lamination Testing）

UT分层检测（Ultrasonic Lamination Testing）是一种基于超声波技术的无损检测方法，主要用于检测复合材料、层压板或胶接结构中的分层、脱粘、夹杂等内部缺陷。以下从技术原理、执行标准及关键要点进行专业解析：

一、UT分层检测技术原理

1. 超声波传播特性

• 超声波在均质材料中传播时路径稳定，但遇到不同介质界面（如纤维与基体界面分层）时，会产生反射、折射或散射信号。

• 分层缺陷会导致超声波能量衰减、回波信号异常或出现特征性波形（如界面回波），通过分析这些信号可判断缺陷的位置、尺寸及严重程度。

2. 主要检测方法

• 脉冲回波法（Pulse-Echo）：通过单一探头发射和接收超声波，检测垂直于探测面的分层（如层压板内部缺陷）。

• 穿透法（Through-Transmission）：使用发射和接收两个探头，检测平行于探测面的分层（如胶接结构脱粘）。

• 相控阵超声（PAUT）：利用阵列探头动态聚焦，提高复杂几何形状工件的检测效率和分辨率。

3. 关键参数

• 频率选择：高频（5-10 MHz）用于检测细小缺陷，低频（2-5 MHz）用于穿透更深但分辨率较低。

• 灵敏度校准：需使用标准试块（如铝块人工缺陷）校准系统灵敏度，确保缺陷检出能力。

• 闸门设置：通过设定信号幅度和时间门限，区分缺陷信号与噪声。

二、执行标准及规范

UT分层检测需遵循国际或行业通用标准，主要标准如下：

1. 通用标准

• ASTM E2533
  《Standard Practice for Ultrasonic Testing of Composite Materials and Bonded Joints》
  规定复合材料及胶接结构的超声检测方法，包括设备要求、校准程序及缺陷判定准则。

• ISO 17639
  《Destructive tests on welds — Ultrasonic testing — Acceptance levels for defects》
  针对焊接接头的分层检测，定义缺陷分级标准（如A、B、C级缺陷）。

2. 行业专用标准

• 航空航天（NAS/EN 4179, NAS 410）

• NAS 410《航空器无损检测人员资格认证》要求UT检测人员持证上岗，规定复合材料层压板的分层检测流程及验收标准。

• EN 4179与NAS 410类似，适用于欧洲航空工业。

• 复合材料制造（AC 43-4B）
  美国联邦航空管理局（FAA）文件，指导复合材料维修后的分层复检方法。

• 压力容器（ASME Section V, Article 4）
  规定压力容器用层压材料的超声检测要求，重点关注分层对结构强度的影响。

3. -Mn13耐磨钢-标准

• MIL-STD-2133
  军用复合材料构件的超声检测标准，强调高灵敏度检测和缺陷定量分析。

三、检测流程与关键步骤

1. 预处理

• 清洁工件表面，去除涂层或杂质以确保耦合效果。

• 根据材料厚度和方向选择探头类型（斜探头、直探头等）。

2. 校准与参数设置

• 使用标准试块（如IIW试块）校准仪器，设定参考灵敏度。

• 调整增益、阈值和扫描速度，优化信噪比。

3. 扫查与信号分析

• 手动或自动扫查工件，记录异常信号位置。

• 结合A扫描（时域波形）、B扫描（截面图像）或C扫描（平面成像）综合判定缺陷。

4. 报告与验收

• 标注缺陷位置、尺寸及等级（如按ASTM E2533分级）。

• 依据标准（如NAS 410）判定是否合格，或提出修复建议。

四、应用注意事项

1. 材料各向异性：复合材料纤维方向可能影响超声波传播，需调整检测策略。

2. 耦合剂选择：水、油或凝胶需适配工件表面状态，确保声能高效传递。

3. 人员资质：检测人员需通过认证（如EN 4179/NAS 410），熟悉标准与设备操作。

五、与其他NDT方法的对比

• 优势：

• 高分辨率，可检测微小分层（<0.1 mm）；

• 适用于复杂几何形状（如曲面、异型材）。

• 局限性：

• 对平行于探测面的分层敏感度低；

• 依赖操作者经验，自动化程度受限（PAUT可改善）。

UT分层检测是确保复合材料和胶接结构质量的核心手段，其标准化执行对航空航天、新能源（风电叶片）及汽车工业至关重要。实际应用中需结合工件特性选择合适标准及方法，并持续优化工艺参数以提高可靠性。