声-超声一种新的复合材料无损检测技术
陶雪荣 陈显锋
（国家质量技术监督局锅炉压力容器检测研究中心北京100013)
刘时风 王 勇
（清华大学机械工程系北京 100084 )
摘要 本文介绍了声超声评定的基本原理、特点、系统配置及典型声超声仪器的结构。该评定方法将声发射的信号分析方式和材料特性对超声波的传播影响相结合，特别适合评定复合材料结构和粘接接缝中的细微裂纹和相关的强度变化。
关键词 声-超声 耦合 复合材料
声-超声（Acousto-Ultrasonics--AU )技术最早于1976年由美国宇航局的研究人员Vary等人提出，经过不断的完善和发展，AU技术已逐渐在复合材料、粘接接头等方面开始进行应用，国外许多工业部门、政府机构、大学和研究机构都在积极开展AU技术应用研究[1][2]。
AU技术基本原理
AU是一种将引发的应力波用于检测和评估试验构件的弥散性缺陷状态、危险状况和机械性能变化的无损检测方法，目的是评定复合材料结构和粘接接缝中的细微裂纹和相关的强度变化[3]。AU方法将声发射的信号分析方式和材料特性对超声波的传播影响结合起来，测量应力波在材料中传播的相对消散率。当要检测的主要特征是应力波的衰减时，低衰减高应力波因子值意味着应力波能量在该复合材料中传播较好，冲击应变能的传播和重新分配较好。在加载和冲击过程中，应变能传播和应变重新分布得越均匀,表示复合材料和粘接部位的强度和抗裂性越好;较低的应力波因子值，通常表明在该区域内,应变能很可能集中且造成裂纹扩展和断裂。AU与传统超声检测的不同之处在于超声检测可以判定材料是否有明显裂纹，而AU方法基本上仅供评价弥散性缺陷的综合影响和低于临界状态的裂纹总数,这些是引起机械性能变化及影响动载荷响应和抗冲击性、抗断裂性的原因。此外，通过对采集到的波形及频谱的精细比较与分析，可以实现复合材料及其损伤状况的无损判别。
AU技术的特点
AU方法只利用一个表面(如压力容器的外表面)就可评定复合材料的叠层和粘接处的质量,应用这种方法可采用干偶合，即将橡胶贴在探头上,而不需将试件浸在水中。
AU方法用于评定复合材料和类似复合材料的弥散性裂纹总数和任何与机械性能相关的性能变化，如评估纤维增强复合材料、复合层压板、纤维缠绕压力容器、粘接接头的粘接强度，另外,对于评定微孔、微裂纹、水热作用老化和由于冲击和疲劳造成的损害等,AU方法同样也是有用的。.
AU方法在使用中的局限性与所有的超声波法在测量绝对或相对衰减时的局限性相同。影响AU检测结果的因素包括: (1)耦合剂类型和用量选择不当；2)耦合剂厚度变化和起泡；3)试样表面粗糙度和表面构造；4)探头不对中和压力不合适；5)探头的.共振和阻尼不匹配；6)仪器频带宽度不合要求等。
