使用碳纖維測(cè)厚儀檢測(cè)復(fù)合材料時(shí)，第一步不是直接把探頭放到工件上，而是確認(rèn)要測(cè)的是表面漆膜、膠層、樹脂層、碳纖維基材還是整個(gè)多層結(jié)構(gòu)。目標(biāo)層沒(méi)有定義清楚，即使儀器顯示穩(wěn)定數(shù)字，也可能記錄了錯(cuò)誤的聲學(xué)界面。

碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料由纖維、樹脂和層間界面共同組成。常見(jiàn)結(jié)構(gòu)包括單向鋪層、交叉鋪層、角鋪層、準(zhǔn)各向同性鋪層、編織結(jié)構(gòu)、纖維纏繞結(jié)構(gòu)及蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)中的超聲傳播方向和衰減狀態(tài)不同，因此不能把“碳纖維”當(dāng)成一種聲速固定的均勻材料。

先判斷被測(cè)件屬于哪一類結(jié)構(gòu)

航空航天層合板通常厚度控制嚴(yán)格，可能同時(shí)存在底漆、面漆、膠膜和碳纖維層合板。纖維纏繞壓力容器由內(nèi)襯、增強(qiáng)層、樹脂富集區(qū)和表面保護(hù)層組成，封頭區(qū)域的鋪層角度會(huì)連續(xù)變化。自行車車架、球拍和球桿等體育器材則多為小直徑曲面，局部補(bǔ)強(qiáng)、接頭和打磨區(qū)域較多。

檢測(cè)人員應(yīng)從圖樣、材料清單和工藝卡中獲得結(jié)構(gòu)信息。若無(wú)法確認(rèn)層次，應(yīng)先選取報(bào)廢件、隨爐樣板或工藝驗(yàn)證樣件進(jìn)行截面觀察，建立“實(shí)際結(jié)構(gòu)—回波位置—厚度數(shù)據(jù)”的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

碳纖維層合板參考樣片校準(zhǔn)

為什么已知厚度反算聲速更適合復(fù)合材料

脈沖反射測(cè)厚的基本關(guān)系是通過(guò)聲波往返時(shí)間和材料聲速計(jì)算厚度。對(duì)鋼、鋁等相對(duì)均勻的材料，常用聲速表可以快速完成初始設(shè)置。碳纖維復(fù)合材料具有明顯的材料和結(jié)構(gòu)差異，內(nèi)置聲速只能用于試測(cè)或接近目標(biāo)值，不能省略參考樣片驗(yàn)證。

參考樣片應(yīng)盡量滿足四個(gè)一致：材料體系一致、鋪層方式一致、固化狀態(tài)一致、檢測(cè)方向一致。若被測(cè)產(chǎn)品表面有涂層，參考樣片也應(yīng)盡量保留同類涂層。已知厚度最好由可溯源的機(jī)械測(cè)量、截面顯微測(cè)量或其他經(jīng)確認(rèn)的方法得到。

校準(zhǔn)時(shí)不宜只使用一個(gè)厚度點(diǎn)。可選擇薄、中、厚三個(gè)區(qū)域，檢查反算聲速在不同厚度上的表現(xiàn)。若一個(gè)聲速只能讓某個(gè)點(diǎn)吻合，其他厚度明顯偏離，說(shuō)明材料非均勻性、鋪層方向或界面識(shí)別仍需進(jìn)一步分析。

零點(diǎn)、聲速和量程應(yīng)按什么順序設(shè)置

測(cè)量開(kāi)始前先檢查探頭端面、連接線和耦合狀態(tài)，再按儀器程序完成零點(diǎn)修正。零點(diǎn)檢查解決的是探頭延遲和系統(tǒng)基準(zhǔn)問(wèn)題，不能替代材料聲速校準(zhǔn)。隨后輸入或反算材料聲速，并根據(jù)目標(biāo)層的大致厚度設(shè)置量程和預(yù)估厚度。

量程過(guò)寬時(shí)，系統(tǒng)可能接收到多個(gè)不相關(guān)回波；預(yù)估厚度設(shè)置與實(shí)際差異過(guò)大時(shí)，也可能造成目標(biāo)回波選擇困難。操作人員應(yīng)先在結(jié)構(gòu)清楚、表面平整的位置調(diào)出穩(wěn)定波形，再移動(dòng)到曲面、邊緣和局部補(bǔ)強(qiáng)區(qū)。

多層測(cè)量的關(guān)鍵是看懂回波界面

涂層與碳纖維基材之間、膠層與層合板之間，以及基材底面都可能形成回波。界面聲學(xué)差異越明顯，分層識(shí)別通常越容易；相鄰兩層組成接近、厚度過(guò)薄或衰減較大時(shí)，回波可能重疊。

林上LS216提供實(shí)時(shí)測(cè)量波形，并可利用光標(biāo)觀察不同回波位置。對(duì)于表面清漆、色漆、底漆和碳纖維基材組成的結(jié)構(gòu)，可以先通過(guò)已知分層樣片確認(rèn)各回波含義，再建立固定參數(shù)。儀器支持多層厚度顯示，但“能夠顯示多層”不代表所有材料組合都可以自動(dòng)分開(kāi)。

當(dāng)波形底噪突然增大、底面回波變?nèi)趸蜃x數(shù)頻繁跳變時(shí)，應(yīng)暫停記錄。常見(jiàn)原因包括耦合劑不足、探頭傾斜、表面紋理、曲率過(guò)大、局部孔隙、邊緣反射或量程設(shè)置不合適。改變探頭方向后數(shù)據(jù)發(fā)生系統(tǒng)性變化，也提示鋪層方向可能正在影響傳播路徑。

碳纖維多層結(jié)構(gòu)超聲波形判斷

航空航天、壓力容器和體育器材如何設(shè)置測(cè)點(diǎn)

航空結(jié)構(gòu)件可采用網(wǎng)格或結(jié)構(gòu)分區(qū)方式布點(diǎn)。蒙皮平面區(qū)、加強(qiáng)筋附近、膠接邊緣、維修補(bǔ)片中心和補(bǔ)片過(guò)渡區(qū)應(yīng)分別編號(hào)。對(duì)于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，手持點(diǎn)式測(cè)厚不能代替完整的夾芯脫粘和缺陷掃描程序。

復(fù)合材料壓力容器應(yīng)區(qū)分直筒段、封頭、瓶肩和瓶口過(guò)渡區(qū)。纏繞軌跡變化較大的區(qū)域不宜直接與直筒段比較平均值。厚度偏差只能用于提示進(jìn)一步復(fù)核，不能直接推導(dǎo)承壓能力或剩余壽命。

體育器材可重點(diǎn)檢查打磨區(qū)、噴涂返修區(qū)、連接節(jié)點(diǎn)和薄壁直管段。小曲率區(qū)域應(yīng)確認(rèn)探頭端面能夠穩(wěn)定接觸，不能靠增加壓力強(qiáng)行獲得讀數(shù)。過(guò)大的接觸壓力還可能壓縮較軟的表面涂層或改變耦合層狀態(tài)。

如何把測(cè)量結(jié)果做成可復(fù)核記錄

每條數(shù)據(jù)至少應(yīng)關(guān)聯(lián)產(chǎn)品編號(hào)、測(cè)點(diǎn)編號(hào)、參考樣片編號(hào)、聲速、探頭、量程、測(cè)量日期和操作人員。重要工件還應(yīng)保存異常點(diǎn)波形、重復(fù)測(cè)量值和復(fù)測(cè)結(jié)論。只記錄平均值會(huì)丟失局部厚度變化，建議同時(shí)保留最小值、最大值和離散異常點(diǎn)。

林上LS216可連接電腦軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)，適合用于批次記錄和趨勢(shì)比較。導(dǎo)出文件應(yīng)與測(cè)點(diǎn)圖、工藝批次和儀器狀態(tài)文件一起歸檔，避免后續(xù)只能看到數(shù)字，卻無(wú)法確認(rèn)數(shù)字來(lái)自哪個(gè)區(qū)域和哪組參數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)方法與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)厚工具的關(guān)系

復(fù)合材料超聲C掃描、航空航天復(fù)合材料超聲檢測(cè)和超聲涂層測(cè)厚分別解決不同問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)式測(cè)厚適合厚度巡檢、過(guò)程復(fù)核和異常篩查；涉及分層、孔隙、脫粘和大面積缺陷時(shí)，應(yīng)采用經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)的掃描檢測(cè)程序。產(chǎn)品是否合格還應(yīng)依據(jù)圖樣、公差、抽樣規(guī)則和合同技術(shù)文件判斷。

碳纖維測(cè)厚儀要獲得可重復(fù)的數(shù)據(jù)，關(guān)鍵不在于直接套用一個(gè)材料聲速，而在于用同結(jié)構(gòu)樣片確定聲速、用波形確認(rèn)界面、用固定測(cè)點(diǎn)保證位置一致，并把異常復(fù)測(cè)過(guò)程完整留檔。