無損檢測 超聲檢測 樹脂基復(fù)合材料制件對比試塊規(guī)范-編制說明

國家標(biāo)準(zhǔn)《無損檢測超聲檢測樹脂基復(fù)合材料

制件對比試塊規(guī)范》（征求意見稿）

編制說明

SHEET2OF30

一、工作情況

1、任務(wù)來源

根據(jù)國標(biāo)委發(fā)[2022]36號《關(guān)于下達(dá)2022年第二批推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)計劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版

計劃的通知》，計劃號：20220492-T-469，由全國無損檢測標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC56）提

出、組織并歸口管理。本文件由上海飛機(jī)制作有限公司與上海材料研究所等制定。項目名稱：

無損檢測超聲檢測樹脂基復(fù)合材料制件對比試塊規(guī)范，計劃周期：22個月，計劃完成時間：

2024年5月19日。

2、主要工作過程

——起草（草案、調(diào)研）階段

2022年8月10日計劃下達(dá)后，由上海飛機(jī)制作有限公司高級工程師肖鵬牽頭成立了標(biāo)準(zhǔn)

起草小組，啟動了標(biāo)準(zhǔn)制定工作，確定了標(biāo)準(zhǔn)編寫原則和分工。2022年8月，本項目起草小組

采用線下會議的方式召開標(biāo)準(zhǔn)編制啟動會，會上討論標(biāo)準(zhǔn)驗證試驗方案和部分試驗數(shù)據(jù)，并確

定標(biāo)準(zhǔn)編制進(jìn)度計劃。經(jīng)過前期大量的調(diào)研工作，結(jié)合科研成果和實際檢測應(yīng)用經(jīng)驗，全面地

總結(jié)和歸納，在此基礎(chǔ)上于2022年9月份提出了工作組討論稿。2022年9月、2022年10月、

2022年11月標(biāo)準(zhǔn)起草工作組根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)驗證試驗方案，在上海飛機(jī)制作有限公司開展標(biāo)準(zhǔn)驗證

試驗，對工作組討論稿中樹脂基復(fù)合材料對比試塊制作的技術(shù)要求，如對比試塊設(shè)計、制作與

檢驗等進(jìn)行驗證，并于2022年11月形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿初稿。工作組成員再次通過電子信

件、電話會議以及多媒體等方式溝通對標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿初稿進(jìn)行了討論及審查，經(jīng)過反復(fù)討論、

多次協(xié)商，在此基礎(chǔ)上于2023年2月完成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿和編制說明，報全國無損檢測標(biāo)準(zhǔn)

化技術(shù)委員會秘書處公開征求意見。

——征求意見階段

——審查階段

——報批階段

3、本標(biāo)準(zhǔn)起草單位

上海飛機(jī)制作有限公司、上海材料研究所有限公司等。

4、本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人

XXX等。

二、國家標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定國家標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)為無損檢測超聲檢測樹脂基復(fù)合材料對比試塊的設(shè)計、制作和檢驗標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)是

無損檢測通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，本標(biāo)準(zhǔn)的編寫符合GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：

SHEET3OF30

標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》中有關(guān)規(guī)定。本標(biāo)準(zhǔn)制訂后，有助于國內(nèi)各個行業(yè)從事樹脂基

復(fù)合材料超聲檢測領(lǐng)域的工作者合理并規(guī)范超聲檢測用對比試塊，以確定超聲檢測操作規(guī)范和

參數(shù)設(shè)置，評價和評估檢測結(jié)果。

（1）全面性原則：在標(biāo)準(zhǔn)的起草過程中，嚴(yán)格按GB/T1.1-2020的要求規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。在

條款的表述上，準(zhǔn)確使用GB/T1.1-2020規(guī)定的助動詞。

（2）統(tǒng)一性原則：標(biāo)準(zhǔn)的編寫和表達(dá)方式在三個方面實現(xiàn)統(tǒng)一：一是標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，即

標(biāo)準(zhǔn)中的章、條、段、表、圖和附錄的排列順序與GB/T1.1-2020的要求統(tǒng)一；二是文體的統(tǒng)一，

即類似的條款由類似的措辭來表達(dá)，相同的條款由相同的措辭來表達(dá)；三是術(shù)語的統(tǒng)一，即同

一個概念使用同一個術(shù)語，每一個術(shù)語盡可能只有唯一的含義。

（3）適用性原則：本標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，充分考慮到標(biāo)準(zhǔn)的適用性。在標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和條款

的設(shè)計方面，盡可能將技術(shù)內(nèi)容相同或相似的部分劃分為同一個章節(jié)或同一項條款，方便其他

標(biāo)準(zhǔn)引用，同時減少同一項技術(shù)內(nèi)容，在不同條款中反復(fù)使用。

本標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括：1范圍，2規(guī)范性引用文件，3術(shù)語和定義，4制作，5標(biāo)記，6附錄

A，7附錄B，8參考文獻(xiàn)。

本標(biāo)準(zhǔn)的全部內(nèi)容，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)起草工作小組協(xié)商一致。

三、主要試驗（或驗證）的分析、綜述報告，技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果

本項目編寫符合GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)

則》中有關(guān)規(guī)定。

隨著樹脂基復(fù)合材料在體育器材、汽車制造、船舶重工及航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)

大，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測工作的準(zhǔn)確判定變得尤為突出。如何正確地在超聲檢測過程中使用可

靠的對比試塊，直接影響著超聲檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響到樹脂基復(fù)合材料產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)

量。本標(biāo)準(zhǔn)的制定，是為了促進(jìn)超聲檢測技術(shù)準(zhǔn)確一致地用于樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的缺陷

檢測，有助于國內(nèi)從事樹脂基復(fù)合材料無損檢測領(lǐng)域的工作者規(guī)范合理地制作與檢驗樹脂基復(fù)

合材料制件超聲檢測用對比試塊。

為驗證本標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)實施的適用性，標(biāo)準(zhǔn)起草小組進(jìn)行了試驗驗證。

標(biāo)準(zhǔn)試驗驗證過程見附錄A。

基于上述驗證試驗，通過對實驗數(shù)據(jù)的對比分析，可以得出結(jié)論：依據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有條件，在

制定詳細(xì)的設(shè)計、制作與檢驗流程前提下，《無損檢測超聲檢測樹脂基復(fù)合材料制件對比試塊

規(guī)范》在國內(nèi)可以有效實施。

SHEET4OF30

四、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的程度，以及與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況，或與

測試的國外樣品、樣機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)對比情況

目前，國外尚無詳細(xì)的樹脂基復(fù)合材料制件超聲檢測對比試塊標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響著實際工作

中超聲檢測結(jié)果的可靠性，迫切需要制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)以填補(bǔ)空白。本標(biāo)準(zhǔn)的制定，有利于樹脂基

復(fù)合材料超聲檢測對比試塊的研發(fā)與推廣，同時有助于樹脂基復(fù)合材料的大規(guī)模應(yīng)用。

本標(biāo)準(zhǔn)于其他國家標(biāo)準(zhǔn)保持協(xié)調(diào)一致。

五、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)與我國的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)沒有沖突。

六、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無。

七、國家標(biāo)準(zhǔn)作為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)或推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)的建議

建議本標(biāo)準(zhǔn)為推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)。

八、貫徹國家標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

建議批準(zhǔn)后立即實施。

九、廢止現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無。

十、其他應(yīng)予說明的事項

無。

《無損檢測超聲檢測樹脂基復(fù)合材料制件對比試塊規(guī)范》

國家標(biāo)準(zhǔn)項目起草小組

2023年2月15日

SHEET5OF30

附錄A

（資料性附錄）

標(biāo)準(zhǔn)驗證報告

1標(biāo)準(zhǔn)立項報告

隨著汽車制造、軌道交通、風(fēng)電設(shè)備、特種設(shè)備、電力裝備、航空航天等裝備制造產(chǎn)業(yè)的

迅猛發(fā)展，樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用范圍也不斷深入各行各業(yè)。與此同時，超聲檢測作為一種行之

有效的發(fā)現(xiàn)制件內(nèi)部缺陷的首選無損檢測手段，越來越受到各行業(yè)的青睞。

樹脂基復(fù)合材料制件的超聲檢測過程與試塊的使用密不可分。用于樹脂基復(fù)合材料制件的

超聲檢測試塊共分為兩大部分，一部分是用于校準(zhǔn)超聲檢測設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)試塊，其具有規(guī)定的材

料組份、加工工藝、幾何參數(shù)以及表面粗糙度等；另一類是用以調(diào)節(jié)超聲檢測儀器的幅值和時

基線等參數(shù)的對比試塊，與受檢件或受檢材料聲學(xué)特性相似、含有明確參考缺陷反射體。同時，

由于樹脂基復(fù)合材料制件中的基體材料和增強(qiáng)材料種類繁多，制作成型工藝多樣，導(dǎo)致材料的

聲學(xué)特性差異較大，所以不能采用標(biāo)準(zhǔn)試塊，而是采用對比試塊以協(xié)助開展樹脂基復(fù)合材料的

超聲檢測工作。

目前，在國內(nèi)的工程實踐中，用于校準(zhǔn)超聲檢測設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)試塊比較統(tǒng)一，有成熟的國家

標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T19799.1、GB/T19799.2等。但在樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的檢測中，用于調(diào)節(jié)超聲

檢測儀器參數(shù)的對比試塊，因其并未含有統(tǒng)一的制作方法與制作標(biāo)準(zhǔn)，且其是由零件廠商進(jìn)行

制作的，制作的方法、標(biāo)準(zhǔn)和效果參差不齊，這就引起了相同的樹脂基復(fù)合材料制件檢測結(jié)果

可能有不同，嚴(yán)重影響著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

為了改變以上狀況，本項目充分考慮到已獲得穩(wěn)定應(yīng)用的復(fù)合材料超聲檢測對比試塊參考

缺陷制作方法，缺陷制作方法包括：內(nèi)埋缺陷、邊緣插片、外貼缺陷、平底孔缺陷、夾雜缺陷

制作以及其他特殊方法。其目的是為樹脂基復(fù)合材料超聲檢測用對比試塊的設(shè)計、制作和檢驗

提供指導(dǎo)性作用，規(guī)范復(fù)合材料超聲波檢測對比試塊設(shè)計要求，指導(dǎo)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)超聲檢測實

踐。

隨著樹脂基復(fù)合材料制件的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，因國內(nèi)外尚無詳細(xì)的樹脂基復(fù)合材料制件

超聲檢測對比試塊發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，所以嚴(yán)重影響著實際工作中超聲檢測結(jié)果的可靠性，迫切需要制

定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)以填補(bǔ)空白。本文件的制定將促進(jìn)樹脂基復(fù)合材料對比試塊制作方法正確有效地應(yīng)

用于超聲檢測工作中，如汽車制造、軌道交通、風(fēng)電設(shè)備、特種設(shè)備、電力裝備、航空航天等。

2標(biāo)準(zhǔn)驗證

2.1方法原理

本項目中采用超聲檢測方法對復(fù)合材料制件對比試塊進(jìn)行無損檢測。超聲檢測方法的原理

SHEET6OF30

是：將由超聲波聲源（超聲激勵單元）發(fā)出的脈沖式超聲波傳導(dǎo)引入至等待檢測的復(fù)合材料制

件中，超聲波在復(fù)合材料制件中傳播的過程會與反射體和/或底面相遇，此時的超聲波會全部/

部分向超聲波導(dǎo)入的方向進(jìn)行傳播，該超聲波被超聲接收單元收集后經(jīng)由壓電效應(yīng)傳輸至信號

處理單元，隨后再由超聲檢測顯示系統(tǒng)將超聲波以波形的方式進(jìn)行信號顯示（A型顯示）。在A

型顯示中可識別復(fù)合材料制件的表面波、底面回波、缺陷波，并根據(jù)其相對的顯示時間、幅值

高度和相位變化等信息可確定所需的不連續(xù)信息。在以上超聲檢測原理的基礎(chǔ)上，將其與超聲

檢測掃描單元相結(jié)合，對待檢測的的復(fù)合材料制件進(jìn)行掃查，同時記錄超聲檢測波形信號顯示

信息和與其對應(yīng)的位置坐標(biāo)信息，再由信號處理單元進(jìn)行整合，獲得超聲檢測C掃描顯示結(jié)果。

在檢測的過程中，結(jié)合超聲A-掃描顯示設(shè)置閘門位置，針對不同位置A-掃描顯示閘門內(nèi)制件底

面回波或缺陷回波的幅值變化和延遲變化形成檢測結(jié)果視圖，超聲檢測原理圖如圖1所示。

圖1脈沖反射法超聲檢測基本原理

超聲波在樹脂基復(fù)合材料制件中傳播的特性與復(fù)合材料本身的諸多材料特性和結(jié)構(gòu)特性有

關(guān)，例如：樹脂基復(fù)合材料的彈性模量、剪切模量、密度、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)、

復(fù)合材料分布的均勻性和不連續(xù)分布等特征等。以上的特征參數(shù)均有可能引起超聲波在樹脂基

復(fù)合材料制件內(nèi)部發(fā)生傳播特征的變化。

SHEET7OF30

在樹脂基復(fù)合材料制件中，超聲波傳播行為最主要的傳播行為是超聲波遇到異質(zhì)界面而引

起的超聲波回彈和超聲波穿透現(xiàn)象，在以上行為發(fā)生的同時也會引起超聲波能量的反射與穿透

現(xiàn)象。這種能量的反射和透射可用超聲聲壓的反射率r和透射率t進(jìn)行表征。

PZZ

rr21（1）

P0Z2Z1

P2Z

tt2（2）

P0Z2Z1

式中：

Pr——反射波聲壓；

P0——入射波聲壓；

Z1——鋪層復(fù)合材料的聲阻抗；

Z2——缺陷的聲阻抗。

由式（1）可知，超聲波的反射主要與不同介質(zhì)的聲阻抗相關(guān)。對于樹脂基復(fù)合材料制件中

62

經(jīng)常出現(xiàn)的分層、脫粘和孔隙類缺陷，其聲阻抗ZD≈0.00004×10g/cms，樹脂基復(fù)合材料制件

62

的聲阻抗ZC≈0.36×10g/cms，根據(jù)式（1）可知，當(dāng)超聲波在樹脂基復(fù)合材料制件內(nèi)部傳播至

缺陷與樹脂基復(fù)合材料界面時，由于聲阻抗ZC遠(yuǎn)大于ZD，超聲波中的99%以上的能量將會產(chǎn)

生反射，形成反射回波。

當(dāng)超聲檢測換能器發(fā)出的超聲波傳播方向垂直于缺陷時，缺陷直徑為d，距離超聲波發(fā)射

源的距離為x。聲源直徑為D。根據(jù)惠更斯原理，可將缺陷看作一個直徑為d的新發(fā)射源，新

發(fā)射源的起始聲壓等于聲源發(fā)出的聲波達(dá)到缺陷處的聲壓：

D2S

ppp（3）

04x0x

那么，缺陷到達(dá)聲源的回波聲壓p為：

D2d2SS'

ppp（4）

04x4x02x2

式（3）中：

S——聲源的面積；

S′——缺陷的面積。

由式（3）和式（4）可知缺陷與被檢測制件底面回波聲壓比的分貝數(shù)為：

SHEET8OF30

d2

dB20lg（5）

2x

根據(jù)以上的超聲檢測原理分析可知：超聲檢測儀器顯示設(shè)備上的超聲A掃描顯示信號的幅

值與超聲波的聲壓呈現(xiàn)正比例關(guān)系，因此可通過分析獲得到的異質(zhì)界面反射的脈沖信號幅值信

息，可獲得不連續(xù)的信號存在，進(jìn)而判定缺陷的存在與否，從而獲得缺陷的深度、尺寸等信息。

當(dāng)超聲波聲源換能器發(fā)射出的超聲波在復(fù)合材料中傳播時，若復(fù)合材料內(nèi)部沒有缺陷，則顯示

器上只顯示表面回波信號和底面回波信號，二者之間沒有其它回波，如圖2a）所示；若復(fù)合材

料內(nèi)部垂直聲束傳播方向上存在投影面積小于聲束橫截面積的缺陷，則部分超聲波將會被缺陷

反射，顯示設(shè)備上表面回波信號和底面回波信號之間出現(xiàn)缺陷回波信號，但底面回波信號仍會

存在，如圖2b）所示；若缺陷在垂直聲束傳播方向上的投影面積大于聲束的橫截面積，那么超

聲波將全部被缺陷反射，顯示設(shè)備上只有表面回波信號和缺陷回波信號，底面回波信號消失，

如圖2c）所示。

a）復(fù)合材料內(nèi)部無缺陷時

b）復(fù)合材料內(nèi)部缺陷小于聲束截面時

SHEET9OF30

c）復(fù)合材料內(nèi)部缺陷大于聲束截面時

圖2脈沖反射法缺陷尺寸評估示意圖

2.2驗證試驗過程

2.2.1試驗材料

本項目中樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)對比試塊的原材料主要為碳纖維環(huán)氧樹脂基織物預(yù)浸料、碳

纖維環(huán)氧樹脂基單向預(yù)浸料、玻璃纖維環(huán)氧樹脂基預(yù)浸料、膠膜、芳綸紙蜂窩芯、閉孔剛性泡

沫。使用聚四氟乙烯薄膜和鋼片等材料通過特殊方法模擬參考反射體。

詳細(xì)試驗材料及其用途如表1所示。

表1試驗材料

序號材料用途

1碳纖維環(huán)氧樹脂基織物預(yù)浸料層合板、板/板膠接結(jié)構(gòu)面板、夾層結(jié)構(gòu)面板

2碳纖維環(huán)氧樹脂基織物預(yù)浸料層合板孔隙率試塊

3玻璃纖維環(huán)氧樹脂基預(yù)浸料層合板、膠接結(jié)構(gòu)面板

4膠膜板/板膠接結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)膠粘劑

5芳綸紙蜂窩芯蜂窩夾層結(jié)構(gòu)芯材

6閉孔剛性泡沫泡沫夾層結(jié)構(gòu)芯材

7聚四氟乙烯薄膜內(nèi)埋法參考反射體

8鋼片邊緣插片法參考反射體的制備

2.2.2試驗件制作與驗證

為開展本項目的可行性試驗驗證，共進(jìn)行三批次的對比試塊的制作工作，包括：層合板結(jié)

構(gòu)、板/板膠接結(jié)構(gòu)、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)和泡沫夾層結(jié)構(gòu)等對比試塊共四大類。

參考反射體的制備方法包含：內(nèi)埋法、邊緣插片法、外貼法平底孔法和其他方法，其他方

法中還包括孔隙率對比試塊的制作等。

2.2.2.1內(nèi)埋法

SHEET10OF30

a)試塊制作

使用內(nèi)埋法模擬層合板和膠接結(jié)構(gòu)的分層、脫粘等缺陷的參考反射體是采用預(yù)置聚四氟乙

烯薄膜的方式進(jìn)行制作，單層厚度為0.150mm，公差為±10%以內(nèi)或±1mm以內(nèi)（取二者較小

值），形狀為圓形，尺寸為?12.7mm、?25.4mm、?38.1mm、?50.8mm。部分反射體的預(yù)制體如

圖3所示。

圖3部分內(nèi)埋法模擬分層和脫粘參考反射體的預(yù)制體實物圖

對比試塊的層合板部分制作材料為碳纖維環(huán)氧樹脂基織物預(yù)浸料；蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的芯材用

料為芳綸紙蜂窩芯，高度為15mm；泡沫夾層結(jié)構(gòu)的芯材用料為閉孔剛性泡沫，高度為10mm。。

層合板厚度2.4mm（12層）、板/板膠接結(jié)構(gòu)厚度3.8mm（14層+4層）、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)單側(cè)

面板厚度2.4mm（12層）、泡沫夾層結(jié)構(gòu)單側(cè)面板厚度1.2mm（6層）。設(shè)計圖如圖4所示。

a）層合板對比試塊設(shè)計圖b）板/板膠接對比試塊設(shè)計圖

SHEET11OF30

c）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)對比試塊設(shè)計圖d）泡沫夾層結(jié)構(gòu)對比試塊設(shè)計圖

圖4內(nèi)埋法對比試塊中參考反射體的設(shè)計圖

對比試塊的制作環(huán)境滿足HB5342要求。對比試塊的固化制度符合所用材料的固化條件。

參考反射體的預(yù)置情況如圖5所示。

圖5內(nèi)埋法參考反射體的預(yù)置

經(jīng)過固化后，對比試塊如下圖6所示。其中，白色標(biāo)記處為超聲檢測時的臨時標(biāo)記。

SHEET12OF30

a）層合板對比試塊TT-90306-L1200-2b）板/板膠接對比試塊TT-90307-C0414-1

c）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)對比試塊TT-90304-H1215-2d）泡沫夾層結(jié)構(gòu)對比試塊TT-90305-F0610-2

圖6內(nèi)埋法模擬分層、脫粘等對比試塊

層合板內(nèi)使用內(nèi)埋法模擬夾雜缺陷的參考反射體為隔離膜，預(yù)置深度為次表層和中間層。

板/板膠接結(jié)構(gòu)內(nèi)使用內(nèi)埋法模擬夾雜缺陷的參考反射體為隔離膜，預(yù)置深度為次表層和中間

層。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)使用內(nèi)埋法模擬夾雜缺陷的參考反射體為隔離膜，預(yù)置位置為膠膜處和蒙

皮中間層。泡沫夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)使用內(nèi)埋法模擬夾雜缺陷的參考反射體為隔離膜、黃膠帶、襯紙、

真空袋、透氣氈，預(yù)置位置為膠膜處和蒙皮中間層。以上均為在制作過程中有可能發(fā)生遺漏的

輔助材料，公差為±10%以內(nèi)或±1mm以內(nèi)（取二者較小值），形狀為方形，邊長10mm。部分

反射體的預(yù)制體如圖7所示。

圖7部分內(nèi)埋法模擬夾雜參考反射體的預(yù)制體實物圖

對比試塊的層合板部分制作材料為玻璃纖維環(huán)氧樹脂基預(yù)浸料；蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的芯材用料

為芳綸紙蜂窩芯，高度為15mm；泡沫夾層結(jié)構(gòu)的芯材用料為閉孔剛性泡沫，高度為10mm。

層合板厚度2.4mm（12層）、板/板膠接結(jié)構(gòu)厚度3.8mm（14層+4層）、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)單側(cè)

面板厚度2.4mm（12層）、泡沫夾層結(jié)構(gòu)單側(cè)面板厚度1.2mm（6層）。設(shè)計圖如圖8所示。

SHEET13OF30

a）層合板對比試塊設(shè)計圖b）板/板膠接對比試塊設(shè)計圖

c）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)對比試塊設(shè)計圖d）泡沫夾層結(jié)構(gòu)對比試塊設(shè)計圖

圖8內(nèi)埋法對模擬夾雜比試塊中參考反射體的設(shè)計圖

對比試塊的制作環(huán)境滿足HB5342要求。對比試塊的固化制度符合所用材料的固化條件。

參考反射體的預(yù)置情況如圖9所示。

SHEET14OF30

圖9內(nèi)埋法模擬夾雜參考反射體的預(yù)置

經(jīng)過固化后，對比試塊如下圖10所示。

a）層合板對比試塊VT-312-L12-1b）板/板膠接對比試塊VT-312-C0414-1

c）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)對比試塊VT-312-H1212-1d）泡沫夾層結(jié)構(gòu)對比試塊VT-312-F0606-1

圖10使用內(nèi)埋法模擬夾雜缺陷

b)試塊驗證

使用自動化超聲檢測設(shè)備對制作完畢的模擬分層和脫粘缺陷試塊進(jìn)行超聲檢測，檢測頻率

為5MHz，耦合劑為水。使用穿透技術(shù)對層合板對比試塊（TT-90306-L1200-2）、板/板膠接結(jié)構(gòu)

試塊（TT-90307-C0414-1）、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)試塊（TT-90304-H1215-2）進(jìn)行檢測，使用脈沖反射

技術(shù)對泡沫夾層結(jié)構(gòu)試塊（TT-90305-F0610-2）進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖11所示。同時使用脈

SHEET15OF30

沖反射技術(shù)對該批試塊進(jìn)行A掃描檢測，檢測結(jié)果如圖12所示，超聲檢測結(jié)果可表征樹脂基

復(fù)合材料內(nèi)分層和脫粘缺陷。

a）層合板對比試塊TT-90306-L1200-2b）板/板膠接對比試塊TT-90307-C0414-1

c）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)對比試塊TT-90304-H1215-2d）泡沫夾層結(jié)構(gòu)對比試塊TT-90305-F0610-2

圖11使用內(nèi)埋法模擬分層、脫粘缺陷C掃描檢測結(jié)果

a）層合板對比試塊TT-90306-L1200-2b）板/板膠接對比試塊TT-90307-C0414-1

（左：優(yōu)區(qū)，右：參考反射體處）（左：優(yōu)區(qū)，右：參考反射體處）

c）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)對比試塊TT-90304-H1215-2d）泡沫夾層結(jié)構(gòu)對比試塊TT-90305-F0610-2

（左：優(yōu)區(qū)，右：參考反射體處）（左：優(yōu)區(qū)，右：參考反射體處）

SHEET16OF30

圖12使用內(nèi)埋法模擬分層、脫粘缺陷A掃描檢測結(jié)果

采用C掃描顯示的方式對其有效性進(jìn)行檢驗，每塊試塊缺陷分析結(jié)果如表2所示，此時C

掃描顯示中缺陷面積均在其設(shè)計面積的±25%以內(nèi)。

表2使用內(nèi)埋法模擬分層、脫粘缺陷的測量面積

試塊編號缺陷編號缺陷設(shè)計面積（mm2）缺陷檢測面積（mm2）合格

#1126.7142是

#2506.7535是

#31140.11205是

#42026.82133是

TT-90306-L1200-2

#5126.7129是

#6506.7528是

#71140.11249是

#82026.82034是

#1126.7117是

#2506.7521是

TT-90307-C0414-1

#31140.11216是

#42026.82084是

#1126.7136是

#2506.7547是

#31140.11221是

#42026.82220是

TT-90304-H1215-2

#5126.7150是

#6506.7537是

#71140.11252是

#82026.82167是

#1126.7119是

#2506.7473是

TT-90305-F0610-2#31140.11189是

#42026.82142是

#5126.7119是

SHEET17OF30

試塊編號缺陷編號缺陷設(shè)計面積（mm2）缺陷檢測面積（mm2）合格

#6506.7516是

#71140.11188是

#82026.82026是

使用手動超聲檢測設(shè)備對制作完畢的模擬夾雜缺陷試塊進(jìn)行超聲檢測，檢測頻率為5MHz，

耦合劑為水。使用脈沖反射技術(shù)對層合板對比試塊、板/板膠接結(jié)構(gòu)試塊、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)試塊和

泡沫夾層結(jié)構(gòu)試塊進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖13所示，超聲檢測結(jié)果可表征樹脂基復(fù)合材料內(nèi)夾

雜缺陷。

VT-312-L12-1a）層合板優(yōu)區(qū)b)次表層夾雜處c)中間層夾雜

VT-312-C0414-1d）板/板膠接優(yōu)區(qū)e)膠膜處夾雜

VT-312-H1212-1f）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)優(yōu)區(qū)g)膠膜處夾雜

SHEET18OF30

VT-312-F0606-1h）泡沫夾層結(jié)構(gòu)優(yōu)區(qū)i)膠膜處夾雜

圖13使用內(nèi)埋法模擬夾雜缺陷A掃描檢測結(jié)果

采用超聲檢測A掃描顯示方式對其有效性進(jìn)行檢驗，每塊試塊缺陷分析結(jié)果如表3所示，

此時缺陷面積均在其設(shè)計面積的±25%以內(nèi)。

表3使用內(nèi)埋法模擬夾雜缺陷的測量面積

試塊編號缺陷編號缺陷設(shè)計面積（mm2）缺陷檢測面積（mm2）合格

#1100121是

VT-312-L12-1#2100121是

#3100121是

#1100121是

VT-312-C0414-1#2100121是

#3100121是

#1100121是

#2100121是

VT-312-H1212-1

#3100121是

#4100121是

#1100121是

#2100121是

VT-312-F0606-1#3100121是

#4100121是

#5100121是

以上現(xiàn)象表明：該批采用內(nèi)埋法制作的樹脂基復(fù)合材料對比試塊狀態(tài)良好，可以通過內(nèi)埋

法模擬樹脂基復(fù)合材料內(nèi)部的分層、脫粘和夾雜類缺陷超聲檢測的不連續(xù)。

2.2.2.2邊緣插片法

a)試塊制作

使用邊緣插片法模擬層合板和膠接結(jié)構(gòu)的分層、脫粘等缺陷的參考反射體是通過在鋪貼過

程中在試塊的邊緣預(yù)置金屬片，固化后取出。單層厚度為0.150mm，公差為±10%以內(nèi)或±1mm

以內(nèi)（取二者較小值），金屬片形狀應(yīng)為方形或等腰梯形，邊長為12.7mm、25.4mm、38.1mm、

50.8mm。部分反射體的預(yù)制體如圖14所示。

SHEET19OF30

圖14部分邊緣插片法模擬分層和脫粘實物圖

對比試塊的層合板、板/板膠接結(jié)構(gòu)試塊制作材料為玻璃纖維環(huán)氧樹脂基預(yù)浸料，夾層結(jié)構(gòu)

的面板部分采用碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基織物預(yù)浸料制作；蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的芯材用料為芳綸紙蜂

窩芯，高度為15mm；泡沫夾層結(jié)構(gòu)的芯材用料為閉孔剛性泡沫，高度為10mm。

層合板厚度2.4mm（12層）、板/板膠接結(jié)構(gòu)厚度3.8mm（14層+4層）、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)單側(cè)

面板厚度2.4mm（12層）、泡沫夾層結(jié)構(gòu)單側(cè)面板厚度1.2mm（6層）。設(shè)計圖如圖15所示。

a）層合板對比試塊設(shè)計圖b）板/板膠接對比試塊設(shè)計圖

SHEET20OF30

c）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)對比試塊設(shè)計圖d）泡沫夾層結(jié)構(gòu)對比試塊設(shè)計圖

圖15邊緣插片法對比試塊中參考反射體的設(shè)計圖

對比試塊的制作環(huán)境滿足HB5342要求。對比試塊的固化制度符合所用材料的固化條件。

參考反射體的預(yù)置情況如圖16所示。

圖16邊緣插片法參考反射體的預(yù)置

經(jīng)過固化后，對比試塊如下圖17所示。

a）層合板對比試塊VT-312-L12-2b）板/板膠接對比試塊VT-312-C0414-2

SHEET21OF30

c）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)對比試塊TT-90304-H1215-3d）泡沫夾層結(jié)構(gòu)對比試塊TT-90305-F0610-3

圖17邊緣插片法模擬分層、脫粘等對比試塊

b)試塊驗證

使用脈沖反射技術(shù)A掃描檢測設(shè)備對上述制作完畢的層合板（VT-312-L12-2）和板/板膠接

結(jié)構(gòu)（VT-312-C0414-2）進(jìn)行超聲檢測。使用穿透技術(shù)自動化C掃描檢測設(shè)備對制作完畢的蜂

窩夾層結(jié)構(gòu)試塊（TT-90304-H1215-3）。使用脈沖反射技術(shù)自動化C掃描檢測設(shè)備對制作完畢的

泡沫夾層結(jié)構(gòu)對比試塊（TT-90305-F0610-3）進(jìn)行檢測。檢測頻率為5MHz，耦合劑為水。檢測

結(jié)果如圖18所示。同時使用脈沖反射技術(shù)對該批試塊進(jìn)行A掃描檢測，超聲檢測結(jié)果可表征

樹脂基復(fù)合材料內(nèi)分層和脫粘缺陷。

VT-312-L12-2a）層合板b)次表層插片處c)中間層插片處

VT-312-C0414-2d）板/板膠接優(yōu)區(qū)e)膠膜插片處

SHEET22OF30

TT-90304-H1215-3

f）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)優(yōu)區(qū)g)膠膜面板側(cè)插片h)膠膜蜂窩側(cè)插片

TT-90305-F0610-3

i）泡沫夾層結(jié)構(gòu)優(yōu)區(qū)j)膠膜面板側(cè)插片k)膠膜泡沫側(cè)插片

圖18邊緣插片法模擬分層、脫粘缺陷超聲檢測結(jié)果

采用超聲檢測方法對其有效性進(jìn)行檢驗，每塊試塊缺陷分析結(jié)果如表4所示，此時顯示中

缺陷尺寸均在其設(shè)計尺寸的±10%以內(nèi)。

表4邊緣插片法模擬分層、脫粘缺陷的測量尺寸

試塊編號缺陷編號缺陷設(shè)計尺寸（mm）缺陷檢測尺寸（mm）合格

#110.011是

VT-312-L12-2#210.011是

#310.011是

#110.011是

VT-312-C0414-2

#210.011是

#112.713.0是

TT-90304-H1215-3#225.426.5是

#338.139.6是

SHEET23OF30

試塊編號缺陷編號缺陷設(shè)計尺寸（mm）缺陷檢測尺寸（mm）合格

#450.450.9是

#112.711.93是

#225.423.98是

TT-90305-F0610-3

#338.138.17是

#450.450.92是

以上現(xiàn)象表明：該批采用邊緣插片法制作的樹脂基復(fù)合材料對比試塊狀態(tài)良好，可以通過

邊緣插片法模擬樹脂基復(fù)合材料內(nèi)部的分層和脫粘缺陷超聲檢測的不連續(xù)。

2.2.2.3外貼法

a)試塊制作

當(dāng)僅使用穿透技術(shù)檢測層合板和板/板膠接結(jié)構(gòu)制件的分層和脫粘缺陷時，可通過在對比試

塊表面外貼參考反射體的方式模擬分層和脫粘等平面型缺陷。反射體直徑為12.7mm、25.4mm，

公差為±10%以內(nèi)或±1mm以內(nèi)（取二者較小值），形狀為圓形。部分反射體的預(yù)制體如圖19

所示。

圖19部分外貼法模擬分層和脫粘實物圖

對比試塊的層合板部分制作材料為碳纖維環(huán)氧樹脂基織物預(yù)浸料。

層合板厚度2.4mm（12層）、板/板膠接結(jié)構(gòu)厚度4.8mm（20層+4層）。設(shè)計圖如圖20所

示。

SHEET24OF30

a）層合板對比試塊設(shè)計圖b）板/板膠接對比試塊設(shè)計圖

圖20外貼法對比試塊中參考反射體的設(shè)計圖

對比試塊的制作環(huán)境滿足HB5342要求。對比試塊的固化制度符合標(biāo)準(zhǔn)零件的固化條件。

經(jīng)過固化后，將參考反射體預(yù)置于試塊表面指定位置，對比試塊如下圖21所示。

a）層合板對比試塊SY17969-8b）板/板膠接對比試塊20-4

圖21外貼法模擬分層、脫粘缺陷

b)試塊驗證

使用自動化超聲檢測設(shè)備對制作完畢的模擬分層和脫粘缺陷試塊進(jìn)行無損檢測，檢測頻率

為5MHz，耦合劑為水。使用穿透技術(shù)對層合板對比試塊（SY17969-8）、板/板膠接結(jié)構(gòu)（20-4）

試塊進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖22所示，超聲檢測結(jié)果可表征樹脂基復(fù)合材料內(nèi)分層和脫粘缺陷。

SHEET25OF30

a)層合板對比試塊SY17969-8b)板/板膠接對比試塊20-4

圖22外貼法模擬分層、脫粘缺陷C掃描檢測結(jié)果

對比試塊制作完成后，采用超聲檢測方法對其有效性進(jìn)行檢驗。采用C掃描顯示的方式進(jìn)

行檢驗，每塊試塊缺陷分析結(jié)果如表5所示，此時C掃描顯示中缺陷面積均在其設(shè)計面積的±

25%以內(nèi)。

表5外貼法模擬分層、脫粘缺陷的測量面積

試塊編號缺陷編號缺陷設(shè)計面積（mm2）缺陷檢測面積（mm2）合格

#1506.7530是

SY17969-8

#2506.7531是

#1126.7129是

#2126.7135是

#3126.7150是

20-4

#4506.7529是

#5506.7538是

#6506.7558是

以上現(xiàn)象表明：該批采用外貼法制作的樹脂基復(fù)合材料對比試塊狀態(tài)良好，可以通過外貼

法模擬樹脂基復(fù)合材料內(nèi)部的分層和板/板膠接脫粘缺陷超聲檢測的不連續(xù)。

2.2.2.4平底孔法

a)試塊制作

當(dāng)僅使用脈沖反射技術(shù)檢測層合板分層缺陷時，在對比試塊檢測面的對側(cè)銑削平底孔的方

式模擬分層等平面型缺陷。此次試驗的對比試塊母板為預(yù)置緊固孔的層合板試塊，緊固孔直徑

?6mm。采用共軸銑削平地孔的方式制作參考反射體，反射體直徑?10mm。

對比試塊的層合板部分制作材料為碳纖維環(huán)氧樹脂基織物預(yù)浸料，厚度約5mm（24層）。

設(shè)計圖如圖23所示。

SHEET26OF30

圖23平底孔法對比試塊中參考反射體的設(shè)計圖

對比試塊的制作環(huán)境滿足HB5342要求。對比試塊的固化制度符合標(biāo)準(zhǔn)零件的固化條件。

經(jīng)過固化后，按照設(shè)計參數(shù)在指定位置銑削平底孔參考反射體，對比試塊如下圖24所示。

圖24平底孔法模擬分層缺陷試塊UT-301-L24-1

b)試塊驗證

使用便攜式超聲檢測設(shè)備對制作完畢的模擬分層缺陷試塊進(jìn)行A掃描檢測，檢測頻率為

5MHz，耦合劑為水。使用脈沖反射技術(shù)對層合板對比試塊進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖25所示，

超聲檢測結(jié)果可表征樹脂基復(fù)合材料內(nèi)分層缺陷。

SHEET27OF30

a）層合板對比試塊優(yōu)區(qū)A型顯示信號b）層合板對比試塊檢測面次表層A型顯示信號

c）層合板對比試塊檢測面中間層A型顯示信號d）層合板對比試塊底面次表層A型顯示信號

圖25平底孔法模擬分層缺陷A掃描檢測結(jié)果

對比試塊制作完成后，采用超聲檢測方法對其有效性進(jìn)行檢驗。采用A掃描顯示的方式進(jìn)

行檢驗，試塊缺陷分析結(jié)果如表6所示，此時缺陷尺寸均在其設(shè)計尺寸的±10%以內(nèi)。

表6外貼法模擬分層、脫粘缺陷的測量尺寸

試塊編號缺陷編號缺陷設(shè)計尺寸（mm）缺陷檢測尺寸（mm）合格

#11010是

#21010是

#31010是

UT-301-L24-1

#41010是

#51010是

#61010是

以上現(xiàn)象表明：該批采用平底孔法制作的樹脂基復(fù)合材料對比試塊狀態(tài)良好，可以通過平

底孔法模擬樹脂基復(fù)合材料內(nèi)部的分層缺陷超聲檢測的不連續(xù)。

2.2.2.5孔隙缺陷

a)試塊制作

SHEET28OF30

本項目中孔隙缺陷制作方式是采用改變樹脂基復(fù)合材料的固化制度的方式在層合板內(nèi)引入

孔隙缺陷。

對比試塊的層合板部分制作材料為碳纖維環(huán)氧樹脂基織物預(yù)浸料，厚度分別為：1.5mm、

3.0mm、5.0mm、7.0mm?？紫堵试噳K分級為：等級1孔隙含量0%~0.5%、等級2孔隙含量

1.0%~1.5%、等級3孔隙含量1.5%~2.0%、等級4孔隙含量2.0%~3.0%。

對比試塊的制作環(huán)境滿足HB5342要求。

經(jīng)過固化后，對比試塊如下圖26所示。

a）1.5mm層合板對比試塊b）3.0mm層合板對比試塊

c）5.0mm層合板對比試塊d）7.0mm層合板對比試塊

圖26孔隙率對比試塊實物圖

b)試塊驗證

使用自動化超聲檢測設(shè)備對制作完畢的孔隙率試塊進(jìn)行無損檢測，檢測頻率為5MHz，耦

合劑為水。使用穿透技術(shù)對層合板孔隙率試塊進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如圖27所示。

a）1.5mm層合板對比試塊b）3.0mm層合板對比試塊

c）5.0mm層合板對比試塊d）7.0mm層合板對比試塊

圖27孔隙率對比試塊C掃描檢測結(jié)果

對檢測結(jié)果進(jìn)行分析，計算每個厚度階梯的相對衰減，獲得孔隙率曲線。計算數(shù)據(jù)如表7

SHEET29OF30

所示，孔隙率評估曲線如圖28所示。

表7孔隙率統(tǒng)計數(shù)據(jù)

厚度孔隙率幅值