ABS 的超声波扫描技术增强了船体检查的安全性

ABS 集团复合材料超声波扫描技术的目标市场之一是船舶修理行业，该行业可以评估表面看不到的损坏或缺陷。 （图片来源：盖蒂图片社）

160 年前，当非营利性美国船级社 (ABS) 成立以帮助保护海上生命和财产时，造船商没有玻璃纤维的选择。幸运的是，帮助更好地确保远洋船舶安全的技术在那段时间也取得了长足的进步，部分原因是人类已经成为航天物种。

位于德克萨斯州斯普林的 ABS 集团公司是 ABS 的子公司，提供风险管理解决方案并将海洋技术服务扩展到游艇和渔船等小型船舶。该公司现已采用一项开发的技术来检查 NASA 猎户座飞船的隔热罩，并提供该技术来评估由先进复合材料制成的船舶船体。

对一块 Avcoat（猎户座航天器隔热罩上的环氧树脂）进行原始超声波扫描，几乎没有产生有用的信息（上图）。然而，航空航天公司为 NASA 开发的广泛信号处理能够检测诸如缺失粘合和“接吻未粘合”等缺陷——表面相遇但未彼此粘合的点（底部）。 （图片来源：美国宇航局）

长度超过 175 英尺左右的船舶需要金属船体的强度。由于金属很容易传导声音，因此可以使用传统的超声波扫描进行检查，超声波扫描将高频声音发送到材料中，并通过发现返回到设备的回声中的不规则性来检测损坏情况。较小的船只可以使用复合材料船体来减轻重量，这些材料通常由玻璃纤维、环氧树脂或碳纤维层制成，但这些材料会吸收和抑制声音，使得用超声波技术评估它们变得更加困难。

ABS 集团资产完整性管理总监尼克·奥班多 (Nick Obando) 表示：“我们研究了那些在非金属材料缺陷检测能力方面已经较为先进的行业，而航空航天业确实在该领域处于领先地位。”

复合材料减轻重量以及确保安全的可靠检查是 NASA 和其他航天器设计者的首要任务之一。因此，当航天局为猎户座模块的隔热罩选择一种新的施工方法时，其工程师需要一种有助于保证其完整性的检查技术。他们最终求助于非营利性研发公司航空航天公司，以开发一种用于检查复合材料的新型超声波技术，该技术也能满足 ABS 集团及其规模较小、重量较轻的客户的需求。

复合材料检查的一个潜在市场是海上平台，受损的复合材料压力容器可能会造成危险，如果有一种方法可以测试其完整性，复合材料可以更好地修复管道和上部结构。 （图片来源：盖蒂图片社）

猎户座飞船将在未来几年执行美国宇航局阿耳忒弥斯任务，将宇航员运送到月球并返回。它的隔热罩将在其返回时保护它，因为它会穿过地球大气层，产生高达 5,000°F 的温度。该防护罩最初是通过将 Avcoat（一种以前用于阿波罗太空舱隔热罩的轻质环氧树脂）注入蜂窝结构的单元中制成的。然而，在建造测试防护罩时，一些接缝处出现了裂缝，因此 NASA 和承包商洛克希德·马丁公司决定将 Avcoat 块直接粘合到防护罩的底座上。

“在这样做的过程中，他们造成了一种情况，即粘合线现在变得至关重要，”位于弗吉尼亚州汉普顿的 NASA 工程与安全中心的无损评估技术研究员 William Prosser 说。 “而且他们没有很好的方法来测试它，因为粘合强度大于 Avcoat 材料的强度，因此他们无法像对梭子瓷砖那样对其进行拉力测试。”

工程与安全中心拥有超出 NASA 范围的专家网络，其中包括航空航天公司材料加工部门和公司无损评估实验室主任尚特·肯德利安 (Shant Kenderian)。

当 Prosser 于 2015 年联系 Kenderian 时，航空航天公司已经开始涉足一项有潜力解决该问题的技术。最近聘用的托比·凯斯带来了他作为研究生开发的先进扫描技术，团队证明它可以对隔热罩样本进行简单的抽查。 “但要在生产规模上进行大型扫描，鲁棒性就完全不同了，”Kenderian 说。

肯尼迪航天中心的技术人员完成了将 Avcoat（一种轻质环氧树脂）块应用到猎户座乘员舱隔热罩上的工作。为了检查这些块与防护罩的结合力，美国宇航局求助于航空航天公司开发一种超声波传感器，尽管该材料具有隔音性，但该传感器仍可以发现材料内部或下方的缺陷。 （图片来源：美国宇航局）

接下来的两年里，我们对聚焦和信号处理技术，甚至硬件进行了改进，直到用户可以手动扫描大面积的复合材料，并获得表面下任何损坏或缺陷的清晰图像。 “我们应用的所有这些信号处理技巧或步骤，每一步都越来越增强信号，直到变得清晰，”肯德里安说。 “这种水平的发展都是在 NASA 的资助下发生的。”

美国宇航局和洛克希德·马丁公司的工程师也参与了这项工作，特别是在测试和验证该技术时。 “然后我们必须将其实际转化为一个系统，可供检查人员在肯尼迪航天中心的实际飞行硬件上使用，”普罗瑟说。 “这是另一项重要的活动。”

航空航天公司于 2019 年底获得了该技术的专利，不久之后 ABS 集团就致电，于 2021 年初获得了该技术的许可，并于次年将其作为商业服务推出。 “因此，据我所知，我们是第一个为海事行业带来真正评估这些非金属复合材料厚度的能力的人，”Obando 说。

他表示，该公司的目标用户主要是三类：制造商和零售商，两者都可以使用该技术来保证质量，以及需要评估损坏或缺陷的维修店。奥万多说：“它试图保护所有相关方，更好地保证制造过程中和制造后资产的完整性。”制造商或经销商可以更好地保证质量，客户可以更有信心购买。他还指出，保险公司可能需要进行这些彻底的检查。

但他表示，该公司仍在努力确定可以填补划船行业及其他领域的其他利基市场。 “我们对这项技术感到兴奋，”奥班多说。 “所以，现在真正的关键是将这种兴奋转化为我们的客户，他们会说，‘嘿，我们认为这可以帮助您，您能帮助展示在这个服务确实不足的行业中，哪里有这个用例吗？’”

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