《復(fù)合材料沖擊試驗(yàn)件 沖擊損傷 超聲檢測(cè)方法及評(píng)價(jià)》

ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTMXXXXX—202X

復(fù)合材料沖擊試驗(yàn)件沖擊損傷超聲檢測(cè)

方法及評(píng)價(jià)

CompositeimpacttestpieceImpactdamageUltrasonicdetectionmethods

andevaluation

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

T/CSTMXXXXX—2023

復(fù)合材料沖擊試驗(yàn)件沖擊損傷超聲檢測(cè)方法及評(píng)價(jià)

1范圍

本文件規(guī)定了復(fù)合材料沖擊試驗(yàn)件超聲檢測(cè)方法的一般要求、檢測(cè)要求、檢測(cè)記錄和檢測(cè)報(bào)告等。

本文件適用于厚度不大于10mm的復(fù)合材料層板或加筋板沖擊試驗(yàn)件中等效直徑大于等于3mm的

分層及脫粘損傷的檢測(cè)。對(duì)于在役復(fù)合材料層板構(gòu)件和復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的沖擊損傷檢測(cè)可參照?qǐng)?zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅

該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T20737無損檢測(cè)通用術(shù)語和定義

GB/T9445無損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證

GB/T12604.1無損檢測(cè)術(shù)語超聲檢測(cè)

GJB5304軍用復(fù)合材料術(shù)語

HB20095復(fù)合材料構(gòu)件超聲C掃描檢測(cè)方法

3術(shù)語和定義

GB/T20737、GB/T12604.1、HB20095界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

沖擊損傷impactdamage

復(fù)合材料在沖擊載荷作用下產(chǎn)生的損傷。

分層delamination

復(fù)合材料鋪層與鋪層之間的分離。

脫粘debonding

復(fù)合材料膠結(jié)結(jié)構(gòu)在膠接界面處產(chǎn)生的分離。

對(duì)比試塊referenceblock

帶有預(yù)制尺寸人工缺陷的，與被檢件外形、表面狀態(tài)、材質(zhì)及聲學(xué)特性相同或相近，用于校準(zhǔn)檢驗(yàn)設(shè)備

靈敏度和可靠性的復(fù)合材料試塊。

4一般要求

4.1檢測(cè)人員

從事超聲檢測(cè)工作的人員應(yīng)按GB/T9445的規(guī)定進(jìn)行培訓(xùn)與考核，取得資格證書。各級(jí)人員只可從事與

技術(shù)資格等級(jí)相應(yīng)的檢測(cè)工作。

4.2檢測(cè)環(huán)境

檢測(cè)場地的溫度及濕度應(yīng)在儀器、設(shè)備及器材所允許的范圍內(nèi)，不應(yīng)有影響檢測(cè)工作的震動(dòng)、粉塵、腐

蝕性氣體、強(qiáng)磁場及強(qiáng)噪音等。

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4.3檢測(cè)設(shè)備及器材

4.3.1超聲檢測(cè)設(shè)備

用于復(fù)合材料沖擊試驗(yàn)件超聲檢測(cè)的設(shè)備應(yīng)符合相關(guān)檢定和校驗(yàn)要求，并至少應(yīng)包括以下功能：

a)具備A掃描、B掃描和C掃描實(shí)時(shí)成像和顯示功能；

b)具備試驗(yàn)件編號(hào)、檢測(cè)數(shù)據(jù)和圖像自動(dòng)存儲(chǔ)和輸出功能；

c)具備損傷面積測(cè)量、檢測(cè)報(bào)告生成等功能；

d)檢測(cè)設(shè)備靈敏度應(yīng)優(yōu)于等效直徑3mm的人工分層損傷；

e)檢測(cè)設(shè)備每年應(yīng)至少進(jìn)行一次校驗(yàn)，校驗(yàn)數(shù)據(jù)均應(yīng)保存?zhèn)洳椤?/p>

4.3.2超聲檢測(cè)探頭

用于復(fù)合材料沖擊試驗(yàn)件超聲檢測(cè)的超聲探頭應(yīng)滿足以下要求：

a)選用的單晶超聲檢測(cè)探頭直徑小于等于6mm，標(biāo)稱中心頻率小于等于30MHz：

b)選用的陣列超聲檢測(cè)探頭陣元寬度小于等于1mm，陣元數(shù)量大于等于8。

4.3.3自動(dòng)化掃查裝置

若采用自動(dòng)化檢測(cè)裝置，用于復(fù)合材料沖擊損傷試驗(yàn)件超聲檢測(cè)的自動(dòng)化掃查裝置應(yīng)滿足以下要求：

a)掃查裝置應(yīng)包含控制器、驅(qū)動(dòng)器、掃查機(jī)構(gòu)、電源及電纜等部分，可進(jìn)行實(shí)時(shí)位置編碼和數(shù)據(jù)傳輸：

b)掃查裝置應(yīng)能夠與超聲檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行通信和相互觸發(fā)，保證掃查位置數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的同步輸出；

c)掃查裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)每年進(jìn)行計(jì)量檢定，掃查的行程、步進(jìn)范圍和精度應(yīng)滿足被檢結(jié)構(gòu)件檢測(cè)要求；

d)采用穿透法檢測(cè)時(shí)，發(fā)射探頭和接收探頭中心軸線角度偏離應(yīng)小于等于2°。

4.3.4對(duì)比試塊

用于復(fù)合材料沖擊試驗(yàn)件超聲檢測(cè)的對(duì)比試塊應(yīng)滿足以下要求：

a)對(duì)比試塊的選材、鋪層方式、結(jié)構(gòu)形式、成型工藝、表面狀態(tài)應(yīng)與被檢件相同或相近，對(duì)比試塊厚

度應(yīng)能夠覆蓋被檢試驗(yàn)件的厚度變化范圍；

b)對(duì)比試塊中至少包含被檢試驗(yàn)件要求檢出的最小尺寸人工預(yù)制損傷，預(yù)制損傷深度應(yīng)覆蓋超聲檢測(cè)

盲區(qū)以外的位置；

c)復(fù)合材料層板沖擊損傷對(duì)比試塊的制備可參照附錄A，也可參照HB5461或T/CSTM00271等標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，

或根據(jù)被檢試驗(yàn)件實(shí)際情況和檢測(cè)要求，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)自行設(shè)計(jì)制備。

4.3.5輔助器材

若采用自動(dòng)化檢測(cè)方式，復(fù)合材料沖擊損傷試驗(yàn)件超聲檢測(cè)應(yīng)包括以下輔助器材：

a)供水系統(tǒng)。采用超聲脈沖透射法檢測(cè)時(shí)應(yīng)配備供水系統(tǒng)，供水系統(tǒng)應(yīng)具有過濾、循環(huán)和水壓調(diào)節(jié)等

功能，應(yīng)定期檢查濾芯狀態(tài)并進(jìn)行清潔；

b)探頭噴嘴。采用超聲脈沖透射法檢測(cè)時(shí)應(yīng)配備探頭噴嘴，保證探頭噴嘴噴射的水柱在一定水距范圍

內(nèi)不能變形，不能出現(xiàn)影響檢測(cè)效果的氣泡和紊流現(xiàn)象。探頭檢測(cè)頻率和噴嘴口徑的選擇可參照HB

20095；

c)耦合劑。采用清潔水作為耦合劑，若采用水循環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)配備過濾裝置，并定期清潔以保證水質(zhì)不

影響檢測(cè)：

d)工裝夾具。應(yīng)根據(jù)被檢試驗(yàn)件的結(jié)構(gòu)外型、重量及掃查裝置等設(shè)計(jì)加工專用的工裝夾具，保證檢測(cè)

過程中被檢試驗(yàn)件的檢測(cè)穩(wěn)定性和安全。

5詳細(xì)要求

5.1檢測(cè)原理

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復(fù)合材料沖擊試驗(yàn)件超聲檢測(cè)主要采用兩種檢測(cè)方式，一種是超聲脈沖波由被檢試驗(yàn)件一側(cè)垂直入射，

經(jīng)底面反射后由同一超聲探頭接收的超聲脈沖反射法，另一種是超聲脈沖波由被檢試驗(yàn)件一側(cè)垂直入射，穿

透試驗(yàn)件后由另一超聲探頭在對(duì)側(cè)接收的超聲脈沖透射法。

5.1.1超聲脈沖反射法

當(dāng)超聲波遇到由聲阻抗不同的介質(zhì)構(gòu)成的界面時(shí)，將會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。超聲脈沖回波法即采用一個(gè)探頭

兼作發(fā)射和接收器件，接收信號(hào)在探傷儀的熒光屏上顯示，并根據(jù)缺陷及底面反射波的有無、大小及其在時(shí)

間軸的位置來判斷缺陷的有無、大小及其方位。

對(duì)于復(fù)合材料，超聲波在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的傳播行為與聲波波長、復(fù)合材料單鋪層厚度和損傷/缺陷狀

態(tài)密切相關(guān)，當(dāng)超聲波波長遠(yuǎn)大于單鋪層厚度時(shí)，復(fù)合材料可視為均勻?qū)訝盥晫W(xué)介質(zhì)，聲波不會(huì)在單鋪層層

間界面產(chǎn)生時(shí)域可辨的反射回波。當(dāng)復(fù)合材料內(nèi)部存在缺陷或損傷時(shí)，異質(zhì)界面的出現(xiàn)會(huì)顯著改變材料的聲

學(xué)連續(xù)性，引起聲波的反射和散射，反射聲波的能量通常用聲壓反射系數(shù)rc表示：

Z2??Z12c21c1

rc==(1)

Z2++Z12c21c1

式中，Z1和Z2分別為復(fù)合材料和損傷區(qū)域的聲阻抗，c1和c2分別為聲波在復(fù)合材料和損傷區(qū)域中的傳播速

度，1和2為復(fù)合材料和損傷區(qū)域的密度，公式(1)中聲壓反射系數(shù)rc的絕對(duì)值越大，表示聲波反射越強(qiáng)烈。

對(duì)于分層損傷，分層區(qū)域可視為空氣界面，則rc無限趨近于-1，此時(shí)聲波在分層界面近似全反射，時(shí)域波形

中會(huì)出現(xiàn)明顯的分層界面反射回波。同時(shí)，通過提取回波信號(hào)的傳播時(shí)間tk，即可確定出分層損傷的深度dk：

1

d=tc(2)

kk21

超聲脈沖反射法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)靈敏度高，缺陷/損傷可以精確定位，操作靈活方便，適用范圍廣，對(duì)于

檢測(cè)面受限的結(jié)構(gòu)檢測(cè)效果較好。其缺點(diǎn)是存在檢測(cè)盲區(qū)，對(duì)近表面缺陷的檢測(cè)能力較差，當(dāng)缺陷/損傷反

射面與聲束軸線不垂直時(shí)容易發(fā)生漏檢，且往復(fù)聲程較大，對(duì)厚度較高會(huì)高衰減材料適用性較差。

超聲脈沖反射法的基本原理示意如圖1所示：

圖1超聲脈沖反射法基本原理示意圖

5.1.2超聲脈沖透射法

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超聲脈沖穿透法的基本原理是在被檢試驗(yàn)件相對(duì)的兩側(cè)各放一個(gè)超聲檢測(cè)探頭，其中一個(gè)探頭向試驗(yàn)件

內(nèi)發(fā)射超聲波，另一個(gè)探頭接收超聲波，當(dāng)試驗(yàn)件內(nèi)部完好時(shí)，接收探頭可接收到較強(qiáng)的透射信號(hào)，當(dāng)工件

中有小缺陷/損傷時(shí)，部分聲能被反射，接收探頭只能接收到較弱的透射信號(hào)，當(dāng)工件內(nèi)有面積大于聲束截

面的缺陷/損傷時(shí)，聲能被全部反射，接收探頭完全收不到透射信號(hào)。

超聲脈沖穿透法的優(yōu)點(diǎn)是幾乎不存在檢測(cè)盲區(qū)，聲衰減較少，適用于厚度較大或孔隙率較高的復(fù)合材料，

缺點(diǎn)是由于聲波衍射現(xiàn)象的存在，導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度低，不能對(duì)缺陷/損傷進(jìn)行定位。

超聲脈沖透射法的基本原理示意如圖2所示：

圖2超聲脈沖透射法基本原理示意圖

5.2檢測(cè)程序

復(fù)合材料沖擊試驗(yàn)件超聲檢測(cè)程序包括檢測(cè)前準(zhǔn)備、檢測(cè)、檢測(cè)結(jié)果評(píng)判和損傷定量、檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、

檢測(cè)后現(xiàn)場處理等環(huán)節(jié)，檢測(cè)程序流程如圖3所示。

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圖3復(fù)合材料沖擊損傷自動(dòng)化超聲檢測(cè)程序流程圖

5.2.1檢測(cè)前準(zhǔn)備

檢測(cè)前準(zhǔn)備一般包含以下工作：

a)明確被檢試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)形式和材料體系。根據(jù)被檢試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)形式和材料體系選擇脈沖回波或透射檢

測(cè)方法，對(duì)于層板結(jié)構(gòu)優(yōu)先選擇脈沖回波法進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于型面復(fù)雜或厚度較大的結(jié)構(gòu)宜選用透

射法進(jìn)行檢測(cè)；

b)確定檢測(cè)探頭的類型和尺寸。如果檢測(cè)區(qū)域較小或結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可優(yōu)先選擇單晶探頭，若檢測(cè)區(qū)域較

大且較為平整，為提高檢測(cè)效率宜選擇大尺寸單晶探頭或陣列超聲探頭；

c)清除被檢試驗(yàn)件表面多余物。在自動(dòng)化檢測(cè)實(shí)施前，應(yīng)檢查被檢試驗(yàn)件表面是否存在油污、漆層、

凸起等影響檢測(cè)和自動(dòng)化掃查的多余物，并按相關(guān)要求進(jìn)行清理和去除，如無法去除或去除不經(jīng)

濟(jì)，則該區(qū)域不適合進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)，需要對(duì)該區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并在后續(xù)檢測(cè)報(bào)告中進(jìn)行說明；

d)選擇超聲入射檢測(cè)面。采用脈沖回波法檢測(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)被檢結(jié)構(gòu)上下兩個(gè)表面分別進(jìn)行檢測(cè)，若某一

表面檢測(cè)不可達(dá)或?qū)嵤╇y度較大，應(yīng)進(jìn)行記錄并在檢測(cè)報(bào)告中予以說明。采用透射法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，

為保證超聲波能量的有效進(jìn)入，宜選擇表面狀態(tài)較好的一側(cè)作為入射檢測(cè)面。

5.2.2超聲檢測(cè)

復(fù)合材料沖擊試驗(yàn)件超聲檢測(cè)一般包含以下步驟：

a)檢定和校準(zhǔn)超聲檢測(cè)設(shè)備。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)設(shè)備及探頭進(jìn)行檢定，超聲探頭及設(shè)備的檢定方法

可參照GB/T18694或JJG746等標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。同時(shí)，檢測(cè)開始前應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)試塊對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。

b)確定被檢試驗(yàn)件檢測(cè)區(qū)域和檢測(cè)要求。根據(jù)被檢試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)特征和檢測(cè)要求，明確試驗(yàn)件不同位置

的可檢性，并分別對(duì)可檢區(qū)域和不可檢區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記；

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c)設(shè)置超聲掃查路徑。對(duì)可檢區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)化掃查路徑規(guī)劃，同時(shí)，需要充分考慮可檢區(qū)域障礙物位

置的通過性，并對(duì)障礙物進(jìn)行記錄和標(biāo)記；

d)設(shè)置檢測(cè)設(shè)備參數(shù)。根據(jù)檢測(cè)要求進(jìn)行檢測(cè)設(shè)備參數(shù)設(shè)置，主要包括激勵(lì)電壓、脈沖寬度、檢測(cè)閘

門、濾波器頻帶范圍及增益等，對(duì)于陣列超聲檢測(cè)設(shè)備，還應(yīng)進(jìn)行聚焦法則設(shè)置；

e)進(jìn)行超聲檢測(cè)。檢測(cè)參數(shù)和自動(dòng)化檢測(cè)路徑設(shè)置完成后，即可開始檢測(cè)，技術(shù)人員在檢測(cè)過程中應(yīng)

注意觀察被檢試驗(yàn)件及設(shè)備狀態(tài)，如遇突發(fā)情況，應(yīng)立即停止檢測(cè)，查明原因后再繼續(xù)檢測(cè)。

5.2.3檢測(cè)結(jié)果評(píng)判和損傷定量

檢測(cè)結(jié)果評(píng)判和損傷定量一般包含以下內(nèi)容：

a)檢測(cè)結(jié)果評(píng)判。根據(jù)被檢試驗(yàn)件檢測(cè)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，基于時(shí)域波形信號(hào)，結(jié)合超聲B掃描或超聲C

掃描圖像進(jìn)行損傷識(shí)別，并標(biāo)記出損傷的位置；對(duì)于超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的損傷，必要時(shí)應(yīng)采用其他無

損或有損檢測(cè)方法進(jìn)行校驗(yàn)和確認(rèn)；

b)損傷定量。對(duì)標(biāo)記的損傷進(jìn)行定量測(cè)量和分析，定量指標(biāo)一般包含損傷面積、長度、寬度及損傷深

度信息。

5.2.4檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)一般包含以下工作：

a)原始時(shí)域數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。檢測(cè)完成后，應(yīng)根據(jù)檢測(cè)要求對(duì)損傷和疑似損傷位置的超聲原始時(shí)域信號(hào)進(jìn)

行存儲(chǔ)；

b)檢測(cè)圖像的存儲(chǔ)。檢測(cè)完成后，應(yīng)根據(jù)檢測(cè)要求對(duì)損傷和疑似損傷圖像進(jìn)行存儲(chǔ)，必要時(shí)對(duì)所有檢

測(cè)圖像進(jìn)行存儲(chǔ)。

5.2.5檢測(cè)后現(xiàn)場處理

檢測(cè)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完成后，將超聲檢測(cè)設(shè)備復(fù)位，擦除被檢試驗(yàn)件表面的耦合介質(zhì)，將被檢結(jié)構(gòu)恢復(fù)至檢

測(cè)前狀態(tài)。

6檢測(cè)記錄

復(fù)合材料沖擊損傷試驗(yàn)件超聲檢測(cè)實(shí)施過程中應(yīng)做好檢測(cè)記錄，內(nèi)容一般包含以下內(nèi)容：

a)被檢件名稱、圖號(hào)或編號(hào)；

b)檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)地點(diǎn)、檢測(cè)人員；

c)執(zhí)行的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范或工藝流程；

d)檢測(cè)方法、檢測(cè)設(shè)備型號(hào)和檢測(cè)工藝參數(shù)；

e)損傷位置、尺寸及分布等信息的記錄和描述；

7檢測(cè)報(bào)告

自動(dòng)化超聲檢測(cè)完成后應(yīng)出具規(guī)范的檢測(cè)報(bào)告，內(nèi)容一般包含以下內(nèi)容：

a)檢測(cè)報(bào)告名稱及編號(hào)；

b)檢測(cè)時(shí)間；

c)檢測(cè)地點(diǎn)；

d)檢測(cè)人員；

e)被檢件名稱、圖號(hào)或編號(hào)；

f)執(zhí)行的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范或工藝流程；

g)損傷位置、尺寸及分布的記錄和描述；

h)審核人員、批準(zhǔn)人員及日期。

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附錄A

（資料性）

復(fù)合材料層板沖擊損傷對(duì)比試塊

圖A1復(fù)合材料層板沖擊損傷對(duì)比試塊示例

注:

1.圖中：H為人工模擬分層/脫粘損傷深度、D為人工模擬分層/脫粘損傷直徑、W為人工模擬分

層/脫粘損傷橫向中心距、L為人工模擬分層/脫粘損傷縱向中心距。

2.人工模擬分層/脫粘損傷材料建議采用特氟龍膜或聚四氟乙烯膜。

3.人工模擬分層/脫粘損傷深度應(yīng)覆蓋實(shí)際沖擊損傷深度分布，并應(yīng)避開檢測(cè)盲區(qū)。