引言：复合材料是指采用两种及以上不同的材料通过特殊工艺或加工方法合成的材料，其具有重量轻、强度高、模量高以及抗疲劳性能好等诸多优势，因此，被广泛应用于航空航天、汽车轮船以及电工电子等行业。工业革命以来光学与声学等技术发展迅速，传统的材料与构件检测技术已经不能满足时代发展的需求，目前无损检测是复合材料构件检测的主要检测手段，而超声检测作为无损检测的重要手段，具有定位缺陷准确度高、应用范围广、便于现场检测等特点，近年来得到了相关研究学者的广泛关注并得到了长足发展。
一、复合材料与超声检测概述
（一）复合材料构件的主要类型
复合材料构件按照其结构的类型主要分为复合材料层压构件和复合材料夹心构件。层压构件可以包含多种结构形式，层压构件是由两层及两层以上材料黏结形成的构件，可以按不同方向、形状、尺寸制作，具有可设计性高、强度重量比高等优势。复合材料层压构件在生产使用过程中容易出现孔隙、分层等缺陷。复合材料夹心构件是指复合表皮中粘结一种芯材，通常是一种轻质而高强度的材料，包括蜂窝、泡沫等。复合材料夹心构件在生产使用过程中容易出现脱粘、分层等缺陷[1]。
（二）复合材料构件的检测需求
由于在飞机上的复合材料结构通常比较复杂，因此针对航空复合材料构件的检测质量要求较高。对于此类大型复合材料在制造阶段通常需要进行无损检测，所采用的技术主要有超声脉冲反射法和超声C扫描检测等。这些技术对于平板类的复合材料构件进行检测具有较快的检测速度和较高的检测精度，然而对具有复杂结构的构件检测效率较低，对于曲率较大的构件甚至无法进行C扫描检测。激光超声检测技术可以实现对复杂性状的构件进行缺陷检测，在飞机材料无损检测方面具有广阔的应用优势。
（三）超声检测技术的应用特点
超声检测技术可以根据超声波的传导形式不同分为纵波、横波、兰姆波等方式，超声波的接收方式分为激光接收和传感器接收方式。当前国际上应用范围较广的超声检测有常规超声检测技术和激光超声检测技术，其中激光超声检测技术是通过激光来进行激发超声波随后对超声波进行接收的一种新型检测方式，可以对构件内部存在的损伤进行精准检测。
二、超声检测方法
（一）超声相控阵检测技术
超声相控阵由多个互相独立的部件组成，通过电控的方式来对各个晶片的发射接收时间进行控制，并且通过对超声波进行处理来实现动态聚焦以及快速扫查。超声相控阵技术能够让检测精度与检测速度大幅度提升，并且能够实现对复合材料进行高速和全方位检测。国内外针对该种技术的研究较多，其中山东大学深入研究了超声相控阵技术在复合材料检测中的应用，实现了对复合材料构件损伤的全面分析[2]。
（二）激光超声成像检测技术
激光超声无损检测技术是近年来国内外研究的重要技术，通过激光的激发与对超声波的接收，实现对零件表面的高效检测。该技术原理是利用被检测零件表面吸收光能之后产生脉冲波，并以超声波的形式传播，根据超声波的传播情况来判断零件表面的情况。激光超声成像检测技术具有对于复杂结构检测适应性较好的优势，适用于狭窄部、高温部、高处等难以检测部位的检测。洛克希德·马丁公司采用了激光超声检测系统实现了对飞行器复杂复合材料的高效检测。
（三）空气耦合超声成像检测技术
空气耦合超声成像检测技术则可以避免复杂构件的部分区域无法实现良好耦合的现象，该技术通过在探头表面耦合一层匹配材料的方式，实现在不使用液体耦合剂的空气耦合检测。空气耦合超声成像检测技术不受材料限制来开展检测作业，广泛的应用于陶瓷等多孔渗水复合材料的检测，弥补了常规超声检测的不足，并且在气孔和分层等缺陷检测的过程当中表现出优秀的检测效果。
三、激光超声检测技术对不同类型复合材料构件的检测应用
（一）复合材料层压板结构的检测
西北工业大学采用激光超声检测系统，结合穿透法与脉冲反射法对复合材料层压板进行了检测，结果表明能够对其中预置的平底孔缺陷进行有效检出。同时，研究表明激光超声检测法同传统的超声检测技术相比较而言能够实现相同的缺陷检出率。中国航空制造技术研究院通过激光激励产生纵波，再接收超声的方式来对复合材料层压板中典型缺陷进行评估分析，根据波幅和能量的衰减特征来对层压板结构中的缺陷类型进行判断[3]。
（二）复杂形状复合材料构件的检测
洛克希德·马丁公司所制造的激光超声检测系统能够实现较大材料深度的检测，并且探头与试件之间的间隔距离能够超过1.5米。通过该系统的检测，可实现复杂形状构件的检测。空客公司通过加大光折射干涉仪来对双曲面复合材料结构进行检测，并通过计算将检测结果进行三维显示。比利时列日大学将超声激光检测技术与智能机器人技术相结合，将这种技术应用于对大曲率复杂型面的材料损伤检测。
（三）蜂窝结构复合材料构件的检测
欧洲宇航防务集团利用激光超声检测系统对具有双蜂窝结构的缺陷进行了检测研究，结果表明能够通过激光超声检测系统检测出双蜂窝结构当中不同深度和尺寸的损伤，证明了激光超声技术具有较为优异的检测效果。北卡州立大学通过全自动激光超声检测系统激发兰姆波检测复合材料蜂窝结构的损伤，同CT检测结果相比较而言，全自动激光超声检测系统具有相同的检测精度。
（四）热塑性复合材料构件的检测
德国布莱梅光纤应用技术研究所通过激光超声检测技术实现了对热塑性复合材料的远距离检测以及针对具有大曲率结构的复合材料构件的检测。近些年，多种纤维增强热塑性复合材料被用到了商业飞机的机翼当中，具有较为复杂的几何结构。该研究所对该类构件的研究结果显示，激光超声技术能够直接检测出具有2 mm直径的孔洞缺陷，进一步证明了激光超声检测技术应用到热塑性复合材料构件检测中的可行性。
（五）复合材料构件孔隙率的检测
莫斯科大学的研究团队通过激光超声检测技术研究了碳纤维复合材料构件的孔隙率检测，通过该团队自主开发的系统利用激光脉冲激励超声纵波实现对构件的孔隙率检测。该研究设置多组具有不同基体比例与孔隙率的试件获得了功率谱与孔隙率之间的关系图，通过查找关系图即可计算出构件的孔隙率。
四、结语
总而言之，激光超声检测技术作为一种新型的超声检测技术，用在飞机复合材料的检测方面有当前常规超声检测技术不具备的优势，具有可快速检测形状复杂的复合材料构件，对操作人员专业性要求不高，可非接触检测等优点。但是当前阶段的应用仍旧存在一些问题，首先是激光检测系统的成本较传统检测方式高；其次是设备庞大，不利于携带，难以进行外场检测。随着未来各项技术的不断发展，激光超声检测技术也不断进步，向着智能化、集成化、小型化的方向不断发展。
参考文献：
[1]陈新波,李小丽,王莉,蒋浩浩.基于声学的航空复合材料构件损伤检测与评价方法研究[J].无损探伤,2021,46(05):18-23.
[2]曹弘毅. 碳纤维复合材料超声相控阵无损检测技术研究[D].山东大学,2021.
[3]郭佳,李四海,宁宁,等.激光超声技术在无损检测中的应用[J].航空工程进展,2014, 5(4):487-490.