近日，我院徐长航教授团队在碳纤维增强复合材料（CFRP）-钢粘接结构脱层缺陷无损检测领域取得新的研究进展。相关研究成果《基于线接触磁轭脉冲涡流热成像的CFRP-钢粘接结构脱层缺陷检测》（Delamination Detection of CFRP-Steel Bonding Structures via Line-Contact Yoke-Based Eddy Current Pulsed Thermography）发表于《Construction and Building Materials》。《Construction and Building Materials》是工程领域具有重要影响力的国际期刊，影响因子为8.9（中科院一区TOP）。论文第一作者为安全科学与工程系谢静副教授，通讯作者为徐长航教授，中国石油大学（华东）为第一署名单位和唯一通讯单位。
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圆柱形CFRP-钢粘接结构（Cylindrical CFRP-Steel Bonding Structures，C-CSBS）兼具钢材的承载能力与CFRP轻质高强、耐腐蚀和抗疲劳等优势，在高压储氢容器和油气管道等工程装备中具有广阔应用前景。然而，受固化压力不均、胶黏剂铺展不足以及服役载荷作用等因素影响，容易在粘接界面形成脱层或脱粘缺陷，削弱界面载荷传递能力，并对结构长期安全构成潜在威胁。
现有平面线圈或磁轭与圆柱表面具有几何失配问题，难以建立稳定均匀的电磁激励；贴合曲面的专用磁轭又需要针对不同直径进行设计，而且对提离变化较为敏感。部分检测方法还需要从结构背面布置检测传感器，因此难以适应管道、储罐等在役装备的单侧可达条件。针对上述问题，研究团队提出线接触磁轭脉冲涡流热成像方法（Line-Contact Yoke-Based Eddy Current Pulsed Thermography，LC-Yoke-ECPT），利用常规U形铁氧体磁轭的端部与圆柱表面形成线接触，在不遮挡红外视场的情况下实现对不同直径结构的通用检测。
线接触磁轭脉冲涡流热成像实验系统
研究团队建立了电磁-热多物理场有限元模型，并在钢质管道表面制备CFRP层并模拟脱层缺陷。分别通过数值模拟和实验两种方式系统考察了不同激励电流和不同加热时长对缺陷热响应的影响。模拟结果显示，线接触区域形成三个高磁通注入位置，并在其围成的三角形区域内建立近似均匀磁场；钢层近表面产生的涡流焦耳热向CFRP表面传导，脱层界面因热阻作用形成低温异常，从而实现缺陷可视化。
热响应时序演化的实验及模拟结果进一步揭示了最佳观测窗口。激励结束后0.2 s，热量尚未充分传递至CFRP表面，缺陷特征不明显；约1 s时低温异常最为清晰，随后横向热扩散使对比度逐渐衰减，至2～3 s显著弱化。在电流幅值和加热时长两组参数研究中实验结果验证了数值模型对热响应变化趋势的准确表征。提高激励电流或延长加热时长均可增强峰值温差，但动态扫描应用仍需在检测速度、能耗和热对比度之间进行权衡。
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脱层缺陷热响应随时间演化的仿真与实验对比
为突破低电流条件下原始热图信噪比较低的限制，论文进一步提出轻量化分离卷积条件生成对抗网络（SCNN-CGAN）。该方法首先通过初始基线减除削弱背景温度不均匀，再利用条件生成对抗学习增强缺陷特征；同时以深度卷积和逐点卷积构成的分离卷积替代标准卷积，在降低模型复杂度的同时保留空间特征提取能力。
SCNN-CGAN热图增强网络框架
研究结果表明，原始热图在激励电流低于50 A时难以直接辨识脱层缺陷，而本文提出的SCNN-CGAN在15 A、200 ms的低能量激励条件下仍能稳定识别缺陷。在15 A激励电流条件下，SCNN-CGAN方法的信噪比显著高于其他图像增强方法，表现出更加优异的缺陷特征增强。该研究将通用型线接触磁轭、脉冲涡流热成像与轻量化深度学习相结合，形成了无需背面接近、适配不同直径管道且可在低能量激励下工作的脱层缺陷检测方案，为高压储氢气瓶和油气管道等CFRP加固能源装备的在役安全评价提供了新路径。
缺陷增强结果方法对比
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2026.147568
