摘要
针对复合材料自身结构特征，本文阐述先进超声C扫描无损检测技术及其典型工程应用。
关键词：超声 C‑扫描；复合材料；分层缺陷检测
一、前言
超声 C‑扫描检测（下文简称 C‑扫描）是海外复合材料构件生产阶段主流的无损检测手段。凭借成像直观、检测速率快的优势，超声 C‑扫描现已在复合材料行业大规模普及；该技术能够精准检出工件内部气孔、分层等典型缺陷，并且完成缺陷定位、尺寸定量。
波音、空客等头部航空制造企业，均将超声 C‑扫描用于复合材料构件、胶接结构以及标准参考试块的出厂无损筛查。
按照适配工件厚度，C‑扫描设备可分为两大应用方向：其一适配厚度 3 mm 以上厚板材探伤；其二针对厚度≤3 mm 薄壁构件开展精细化检测，两类设备硬件、扫描配置差异较大。
超声波穿透深度和探头工作频率呈负相关：厚壁工件需要低频探头保障声波穿透性能；厚度 2‑3 mm 以内超薄工件，则需要 15‑100 MHz 中频超声探头，最高可识别尺寸小于 0.1 mm 的气孔、微裂纹缺陷。
二、复合材料超声 C‑扫描检测基本原理
（此处可插入原理示意图图 1、图 2）
三、超声 C‑扫描设备分类与选型要点
1、相控阵超声 C‑扫描设备
单探头工作频率最高可达 15 MHz，硬件通道上限可达 128 通道；适合平面或者曲面平缓的异形工件，扫描作业速度出色，便携式机型能够应对大型构件现场探伤。
该方案短板在于精细检测能力受限；海外厂商虽已经推出 25 MHz 高频探头，但高频采集会激增检测数据量，只能缩减探头通道数量，以牺牲扫描效率换取检测精度，综合性价比一般。
2、SAT 水浸式超声扫描显微镜
设备搭载聚焦型超声探头，扫描步距可控至 0.1 mm 之下，缺陷成像轮廓清晰、图像放大效果优异。
国内已于 2019 年攻克该项技术壁垒并实现商业化量产，现阶段设备最高工作频率可达 175 MHz。
优缺点十分鲜明：单探头串行扫描，检测效率弱于多通道相控阵设备；设备多为台式精密仪器，对待测工件表面平整度有着硬性标准。
四、超声 C‑扫描检测参数调试方案
复合材料胶接结构经常存在单层或是多层分层缺陷，可将回波信号划分为三块信号区间：表层回波区间、胶接结合面回波区间、工件底面回波区间（见图 3）。
表层回波与底面回波中间的回波信号即为结合面回波；依靠回波波形反馈即可评判胶接层质量，波形变化可以直接反映分层缺陷。
我们能够分别在上表面、每一处胶接界面、工件底面设置检测闸门，一次性完成多层复合材料分层成像，大幅度提升分层探伤工作效率，成像结果参考图 4。
该多层闸门扫描工艺非常适配总厚度≤2 mm 的半导体基材、陶瓷基板、铜‑钼‑铜芯片散热板材，分层之后单层厚度仅约 0.2 mm，缺陷成像辨识度优秀。
目前国产设备最多支持 50 个独立检测闸门，足以覆盖绝大多数工件分层检测需求；还需要考量材料声阻抗对于分层成像的干扰。除去晶圆类特种工件之外，市面部分设备宣传的 300 层闸门属于过剩的浮夸参数。
五、检测可靠性验证
设备探伤可靠性评估是整套检测流程必不可少的一环。建议准备合格试样与带人工缺陷的对比试块开展对照试验。
对照成像结果既可以评判设备成像质量，也能够验证缺陷检出稳定性（成像参考图 5、图 6）。
对比良品和人工缺陷试样扫描图谱：缺陷区域成像辨识度高，合格构件图谱色彩均匀，板材压合凹凸形貌清晰，能够精准识别胶接界面内部微裂纹。
结语
超声 C‑扫描技术十分适配复合材料构件无损检测工作；搭载中频聚焦探头的 SAT 水浸超声扫描显微镜，可以满足超薄复合材料批量生产阶段的高精度探伤需求。