无损检测 超声检测 树脂基复合材料制件对比试块规范-编制说明

国家标准《无损检测超声检测树脂基复合材料

制件对比试块规范》（征求意见稿）

编制说明

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一、工作情况

1、任务来源

根据国标委发[2022]36号《关于下达2022年第二批推荐性国家标准计划及相关标准外文版

计划的通知》，计划号：20220492-T-469，由全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56）提

出、组织并归口管理。本文件由上海飞机制作有限公司与上海材料研究所等制定。项目名称：

无损检测超声检测树脂基复合材料制件对比试块规范，计划周期：22个月，计划完成时间：

2024年5月19日。

2、主要工作过程

——起草（草案、调研）阶段

2022年8月10日计划下达后，由上海飞机制作有限公司高级工程师肖鹏牵头成立了标准

起草小组，启动了标准制定工作，确定了标准编写原则和分工。2022年8月，本项目起草小组

采用线下会议的方式召开标准编制启动会，会上讨论标准验证试验方案和部分试验数据，并确

定标准编制进度计划。经过前期大量的调研工作，结合科研成果和实际检测应用经验，全面地

总结和归纳，在此基础上于2022年9月份提出了工作组讨论稿。2022年9月、2022年10月、

2022年11月标准起草工作组根据标准验证试验方案，在上海飞机制作有限公司开展标准验证

试验，对工作组讨论稿中树脂基复合材料对比试块制作的技术要求，如对比试块设计、制作与

检验等进行验证，并于2022年11月形成了标准征求意见稿初稿。工作组成员再次通过电子信

件、电话会议以及多媒体等方式沟通对标准征求意见稿初稿进行了讨论及审查，经过反复讨论、

多次协商，在此基础上于2023年2月完成了标准征求意见稿和编制说明，报全国无损检测标准

化技术委员会秘书处公开征求意见。

——征求意见阶段

——审查阶段

——报批阶段

3、本标准起草单位

上海飞机制作有限公司、上海材料研究所有限公司等。

4、本标准主要起草人

XXX等。

二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容

本标准为无损检测超声检测树脂基复合材料对比试块的设计、制作和检验标准。本标准是

无损检测通用技术标准之一，本标准的编写符合GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：

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标准化文件的结构和起草规则》中有关规定。本标准制订后，有助于国内各个行业从事树脂基

复合材料超声检测领域的工作者合理并规范超声检测用对比试块，以确定超声检测操作规范和

参数设置，评价和评估检测结果。

（1）全面性原则：在标准的起草过程中，严格按GB/T1.1-2020的要求规划标准内容。在

条款的表述上，准确使用GB/T1.1-2020规定的助动词。

（2）统一性原则：标准的编写和表达方式在三个方面实现统一：一是标准结构的统一，即

标准中的章、条、段、表、图和附录的排列顺序与GB/T1.1-2020的要求统一；二是文体的统一，

即类似的条款由类似的措辞来表达，相同的条款由相同的措辞来表达；三是术语的统一，即同

一个概念使用同一个术语，每一个术语尽可能只有唯一的含义。

（3）适用性原则：本标准的制定过程中，充分考虑到标准的适用性。在标准的结构和条款

的设计方面，尽可能将技术内容相同或相似的部分划分为同一个章节或同一项条款，方便其他

标准引用，同时减少同一项技术内容，在不同条款中反复使用。

本标准主要内容包括：1范围，2规范性引用文件，3术语和定义，4制作，5标记，6附录

A，7附录B，8参考文献。

本标准的全部内容，经过标准起草工作小组协商一致。

三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果

本项目编写符合GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规

则》中有关规定。

随着树脂基复合材料在体育器材、汽车制造、船舶重工及航空航天等领域应用范围不断扩

大，其结构内部缺陷检测工作的准确判定变得尤为突出。如何正确地在超声检测过程中使用可

靠的对比试块，直接影响着超声检测结果的准确性，进而影响到树脂基复合材料产品的生产质

量。本标准的制定，是为了促进超声检测技术准确一致地用于树脂基复合材料结构产品的缺陷

检测，有助于国内从事树脂基复合材料无损检测领域的工作者规范合理地制作与检验树脂基复

合材料制件超声检测用对比试块。

为验证本标准在国内实施的适用性，标准起草小组进行了试验验证。

标准试验验证过程见附录A。

基于上述验证试验，通过对实验数据的对比分析，可以得出结论：依据国内现有条件，在

制定详细的设计、制作与检验流程前提下，《无损检测超声检测树脂基复合材料制件对比试块

规范》在国内可以有效实施。

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四、采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标准水平的对比情况，或与

测试的国外样品、样机的有关数据对比情况

目前，国外尚无详细的树脂基复合材料制件超声检测对比试块标准，严重影响着实际工作

中超声检测结果的可靠性，迫切需要制定相应标准以填补空白。本标准的制定，有利于树脂基

复合材料超声检测对比试块的研发与推广，同时有助于树脂基复合材料的大规模应用。

本标准于其他国家标准保持协调一致。

五、与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系

本标准与我国的现行法律、法规和强制性国家标准没有冲突。

六、重大分歧意见的处理经过和依据

无。

七、国家标准作为强制性国家标准或推荐性国家标准的建议

建议本标准为推荐性国家标准。

八、贯彻国家标准的要求和措施建议

建议批准后立即实施。

九、废止现行有关标准的建议

无。

十、其他应予说明的事项

无。

《无损检测超声检测树脂基复合材料制件对比试块规范》

国家标准项目起草小组

2023年2月15日

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附录A

（资料性附录）

标准验证报告

1标准立项报告

随着汽车制造、轨道交通、风电设备、特种设备、电力装备、航空航天等装备制造产业的

迅猛发展，树脂基复合材料应用范围也不断深入各行各业。与此同时，超声检测作为一种行之

有效的发现制件内部缺陷的首选无损检测手段，越来越受到各行业的青睐。

树脂基复合材料制件的超声检测过程与试块的使用密不可分。用于树脂基复合材料制件的

超声检测试块共分为两大部分，一部分是用于校准超声检测设备的标准试块，其具有规定的材

料组份、加工工艺、几何参数以及表面粗糙度等；另一类是用以调节超声检测仪器的幅值和时

基线等参数的对比试块，与受检件或受检材料声学特性相似、含有明确参考缺陷反射体。同时，

由于树脂基复合材料制件中的基体材料和增强材料种类繁多，制作成型工艺多样，导致材料的

声学特性差异较大，所以不能采用标准试块，而是采用对比试块以协助开展树脂基复合材料的

超声检测工作。

目前，在国内的工程实践中，用于校准超声检测设备的标准试块比较统一，有成熟的国家

标准，如GB/T19799.1、GB/T19799.2等。但在树脂基复合材料结构的检测中，用于调节超声

检测仪器参数的对比试块，因其并未含有统一的制作方法与制作标准，且其是由零件厂商进行

制作的，制作的方法、标准和效果参差不齐，这就引起了相同的树脂基复合材料制件检测结果

可能有不同，严重影响着产业的发展。

为了改变以上状况，本项目充分考虑到已获得稳定应用的复合材料超声检测对比试块参考

缺陷制作方法，缺陷制作方法包括：内埋缺陷、边缘插片、外贴缺陷、平底孔缺陷、夹杂缺陷

制作以及其他特殊方法。其目的是为树脂基复合材料超声检测用对比试块的设计、制作和检验

提供指导性作用，规范复合材料超声波检测对比试块设计要求，指导复合材料结构超声检测实

践。

随着树脂基复合材料制件的应用范围不断扩大，因国内外尚无详细的树脂基复合材料制件

超声检测对比试块发布标准，所以严重影响着实际工作中超声检测结果的可靠性，迫切需要制

定相应标准以填补空白。本文件的制定将促进树脂基复合材料对比试块制作方法正确有效地应

用于超声检测工作中，如汽车制造、轨道交通、风电设备、特种设备、电力装备、航空航天等。

2标准验证

2.1方法原理

本项目中采用超声检测方法对复合材料制件对比试块进行无损检测。超声检测方法的原理

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是：将由超声波声源（超声激励单元）发出的脉冲式超声波传导引入至等待检测的复合材料制

件中，超声波在复合材料制件中传播的过程会与反射体和/或底面相遇，此时的超声波会全部/

部分向超声波导入的方向进行传播，该超声波被超声接收单元收集后经由压电效应传输至信号

处理单元，随后再由超声检测显示系统将超声波以波形的方式进行信号显示（A型显示）。在A

型显示中可识别复合材料制件的表面波、底面回波、缺陷波，并根据其相对的显示时间、幅值

高度和相位变化等信息可确定所需的不连续信息。在以上超声检测原理的基础上，将其与超声

检测扫描单元相结合，对待检测的的复合材料制件进行扫查，同时记录超声检测波形信号显示

信息和与其对应的位置坐标信息，再由信号处理单元进行整合，获得超声检测C扫描显示结果。

在检测的过程中，结合超声A-扫描显示设置闸门位置，针对不同位置A-扫描显示闸门内制件底

面回波或缺陷回波的幅值变化和延迟变化形成检测结果视图，超声检测原理图如图1所示。

图1脉冲反射法超声检测基本原理

超声波在树脂基复合材料制件中传播的特性与复合材料本身的诸多材料特性和结构特性有

关，例如：树脂基复合材料的弹性模量、剪切模量、密度、复合材料结构内部的内部微结构、

复合材料分布的均匀性和不连续分布等特征等。以上的特征参数均有可能引起超声波在树脂基

复合材料制件内部发生传播特征的变化。

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在树脂基复合材料制件中，超声波传播行为最主要的传播行为是超声波遇到异质界面而引

起的超声波回弹和超声波穿透现象，在以上行为发生的同时也会引起超声波能量的反射与穿透

现象。这种能量的反射和透射可用超声声压的反射率r和透射率t进行表征。

PZZ

rr21（1）

P0Z2Z1

P2Z

tt2（2）

P0Z2Z1

式中：

Pr——反射波声压；

P0——入射波声压；

Z1——铺层复合材料的声阻抗；

Z2——缺陷的声阻抗。

由式（1）可知，超声波的反射主要与不同介质的声阻抗相关。对于树脂基复合材料制件中

62

经常出现的分层、脱粘和孔隙类缺陷，其声阻抗ZD≈0.00004×10g/cms，树脂基复合材料制件

62

的声阻抗ZC≈0.36×10g/cms，根据式（1）可知，当超声波在树脂基复合材料制件内部传播至

缺陷与树脂基复合材料界面时，由于声阻抗ZC远大于ZD，超声波中的99%以上的能量将会产

生反射，形成反射回波。

当超声检测换能器发出的超声波传播方向垂直于缺陷时，缺陷直径为d，距离超声波发射

源的距离为x。声源直径为D。根据惠更斯原理，可将缺陷看作一个直径为d的新发射源，新

发射源的起始声压等于声源发出的声波达到缺陷处的声压：

D2S

ppp（3）

04x0x

那么，缺陷到达声源的回波声压p为：

D2d2SS'

ppp（4）

04x4x02x2

式（3）中：

S——声源的面积；

S′——缺陷的面积。

由式（3）和式（4）可知缺陷与被检测制件底面回波声压比的分贝数为：

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d2

dB20lg（5）

2x

根据以上的超声检测原理分析可知：超声检测仪器显示设备上的超声A扫描显示信号的幅

值与超声波的声压呈现正比例关系，因此可通过分析获得到的异质界面反射的脉冲信号幅值信

息，可获得不连续的信号存在，进而判定缺陷的存在与否，从而获得缺陷的深度、尺寸等信息。

当超声波声源换能器发射出的超声波在复合材料中传播时，若复合材料内部没有缺陷，则显示

器上只显示表面回波信号和底面回波信号，二者之间没有其它回波，如图2a）所示；若复合材

料内部垂直声束传播方向上存在投影面积小于声束横截面积的缺陷，则部分超声波将会被缺陷

反射，显示设备上表面回波信号和底面回波信号之间出现缺陷回波信号，但底面回波信号仍会

存在，如图2b）所示；若缺陷在垂直声束传播方向上的投影面积大于声束的横截面积，那么超

声波将全部被缺陷反射，显示设备上只有表面回波信号和缺陷回波信号，底面回波信号消失，

如图2c）所示。

a）复合材料内部无缺陷时

b）复合材料内部缺陷小于声束截面时

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c）复合材料内部缺陷大于声束截面时

图2脉冲反射法缺陷尺寸评估示意图

2.2验证试验过程

2.2.1试验材料

本项目中树脂基复合材料结构对比试块的原材料主要为碳纤维环氧树脂基织物预浸料、碳

纤维环氧树脂基单向预浸料、玻璃纤维环氧树脂基预浸料、胶膜、芳纶纸蜂窝芯、闭孔刚性泡

沫。使用聚四氟乙烯薄膜和钢片等材料通过特殊方法模拟参考反射体。

详细试验材料及其用途如表1所示。

表1试验材料

序号材料用途

1碳纤维环氧树脂基织物预浸料层合板、板/板胶接结构面板、夹层结构面板

2碳纤维环氧树脂基织物预浸料层合板孔隙率试块

3玻璃纤维环氧树脂基预浸料层合板、胶接结构面板

4胶膜板/板胶接结构、夹层结构胶粘剂

5芳纶纸蜂窝芯蜂窝夹层结构芯材

6闭孔刚性泡沫泡沫夹层结构芯材

7聚四氟乙烯薄膜内埋法参考反射体

8钢片边缘插片法参考反射体的制备

2.2.2试验件制作与验证

为开展本项目的可行性试验验证，共进行三批次的对比试块的制作工作，包括：层合板结

构、板/板胶接结构、蜂窝夹层结构和泡沫夹层结构等对比试块共四大类。

参考反射体的制备方法包含：内埋法、边缘插片法、外贴法平底孔法和其他方法，其他方

法中还包括孔隙率对比试块的制作等。

2.2.2.1内埋法

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a)试块制作

使用内埋法模拟层合板和胶接结构的分层、脱粘等缺陷的参考反射体是采用预置聚四氟乙

烯薄膜的方式进行制作，单层厚度为0.150mm，公差为±10%以内或±1mm以内（取二者较小

值），形状为圆形，尺寸为ø12.7mm、ø25.4mm、ø38.1mm、ø50.8mm。部分反射体的预制体如

图3所示。

图3部分内埋法模拟分层和脱粘参考反射体的预制体实物图

对比试块的层合板部分制作材料为碳纤维环氧树脂基织物预浸料；蜂窝夹层结构的芯材用

料为芳纶纸蜂窝芯，高度为15mm；泡沫夹层结构的芯材用料为闭孔刚性泡沫，高度为10mm。。

层合板厚度2.4mm（12层）、板/板胶接结构厚度3.8mm（14层+4层）、蜂窝夹层结构单侧

面板厚度2.4mm（12层）、泡沫夹层结构单侧面板厚度1.2mm（6层）。设计图如图4所示。

a）层合板对比试块设计图b）板/板胶接对比试块设计图

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c）蜂窝夹层结构对比试块设计图d）泡沫夹层结构对比试块设计图

图4内埋法对比试块中参考反射体的设计图

对比试块的制作环境满足HB5342要求。对比试块的固化制度符合所用材料的固化条件。

参考反射体的预置情况如图5所示。

图5内埋法参考反射体的预置

经过固化后，对比试块如下图6所示。其中，白色标记处为超声检测时的临时标记。

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a）层合板对比试块TT-90306-L1200-2b）板/板胶接对比试块TT-90307-C0414-1

c）蜂窝夹层结构对比试块TT-90304-H1215-2d）泡沫夹层结构对比试块TT-90305-F0610-2

图6内埋法模拟分层、脱粘等对比试块

层合板内使用内埋法模拟夹杂缺陷的参考反射体为隔离膜，预置深度为次表层和中间层。

板/板胶接结构内使用内埋法模拟夹杂缺陷的参考反射体为隔离膜，预置深度为次表层和中间

层。蜂窝夹层结构内使用内埋法模拟夹杂缺陷的参考反射体为隔离膜，预置位置为胶膜处和蒙

皮中间层。泡沫夹层结构内使用内埋法模拟夹杂缺陷的参考反射体为隔离膜、黄胶带、衬纸、

真空袋、透气毡，预置位置为胶膜处和蒙皮中间层。以上均为在制作过程中有可能发生遗漏的

辅助材料，公差为±10%以内或±1mm以内（取二者较小值），形状为方形，边长10mm。部分

反射体的预制体如图7所示。

图7部分内埋法模拟夹杂参考反射体的预制体实物图

对比试块的层合板部分制作材料为玻璃纤维环氧树脂基预浸料；蜂窝夹层结构的芯材用料

为芳纶纸蜂窝芯，高度为15mm；泡沫夹层结构的芯材用料为闭孔刚性泡沫，高度为10mm。

层合板厚度2.4mm（12层）、板/板胶接结构厚度3.8mm（14层+4层）、蜂窝夹层结构单侧

面板厚度2.4mm（12层）、泡沫夹层结构单侧面板厚度1.2mm（6层）。设计图如图8所示。

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a）层合板对比试块设计图b）板/板胶接对比试块设计图

c）蜂窝夹层结构对比试块设计图d）泡沫夹层结构对比试块设计图

图8内埋法对模拟夹杂比试块中参考反射体的设计图

对比试块的制作环境满足HB5342要求。对比试块的固化制度符合所用材料的固化条件。

参考反射体的预置情况如图9所示。

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图9内埋法模拟夹杂参考反射体的预置

经过固化后，对比试块如下图10所示。

a）层合板对比试块VT-312-L12-1b）板/板胶接对比试块VT-312-C0414-1

c）蜂窝夹层结构对比试块VT-312-H1212-1d）泡沫夹层结构对比试块VT-312-F0606-1

图10使用内埋法模拟夹杂缺陷

b)试块验证

使用自动化超声检测设备对制作完毕的模拟分层和脱粘缺陷试块进行超声检测，检测频率

为5MHz，耦合剂为水。使用穿透技术对层合板对比试块（TT-90306-L1200-2）、板/板胶接结构

试块（TT-90307-C0414-1）、蜂窝夹层结构试块（TT-90304-H1215-2）进行检测，使用脉冲反射

技术对泡沫夹层结构试块（TT-90305-F0610-2）进行检测，检测结果如图11所示。同时使用脉

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冲反射技术对该批试块进行A扫描检测，检测结果如图12所示，超声检测结果可表征树脂基

复合材料内分层和脱粘缺陷。

a）层合板对比试块TT-90306-L1200-2b）板/板胶接对比试块TT-90307-C0414-1

c）蜂窝夹层结构对比试块TT-90304-H1215-2d）泡沫夹层结构对比试块TT-90305-F0610-2

图11使用内埋法模拟分层、脱粘缺陷C扫描检测结果

a）层合板对比试块TT-90306-L1200-2b）板/板胶接对比试块TT-90307-C0414-1

（左：优区，右：参考反射体处）（左：优区，右：参考反射体处）

c）蜂窝夹层结构对比试块TT-90304-H1215-2d）泡沫夹层结构对比试块TT-90305-F0610-2

（左：优区，右：参考反射体处）（左：优区，右：参考反射体处）

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图12使用内埋法模拟分层、脱粘缺陷A扫描检测结果

采用C扫描显示的方式对其有效性进行检验，每块试块缺陷分析结果如表2所示，此时C

扫描显示中缺陷面积均在其设计面积的±25%以内。

表2使用内埋法模拟分层、脱粘缺陷的测量面积

试块编号缺陷编号缺陷设计面积（mm2）缺陷检测面积（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

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试块编号缺陷编号缺陷设计面积（mm2）缺陷检测面积（mm2）合格

#6506.7516是

#71140.11188是

#82026.82026是

使用手动超声检测设备对制作完毕的模拟夹杂缺陷试块进行超声检测，检测频率为5MHz，

耦合剂为水。使用脉冲反射技术对层合板对比试块、板/板胶接结构试块、蜂窝夹层结构试块和

泡沫夹层结构试块进行检测，检测结果如图13所示，超声检测结果可表征树脂基复合材料内夹

杂缺陷。

VT-312-L12-1a）层合板优区b)次表层夹杂处c)中间层夹杂

VT-312-C0414-1d）板/板胶接优区e)胶膜处夹杂

VT-312-H1212-1f）蜂窝夹层结构优区g)胶膜处夹杂

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VT-312-F0606-1h）泡沫夹层结构优区i)胶膜处夹杂

图13使用内埋法模拟夹杂缺陷A扫描检测结果

采用超声检测A扫描显示方式对其有效性进行检验，每块试块缺陷分析结果如表3所示，

此时缺陷面积均在其设计面积的±25%以内。

表3使用内埋法模拟夹杂缺陷的测量面积

试块编号缺陷编号缺陷设计面积（mm2）缺陷检测面积（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

以上现象表明：该批采用内埋法制作的树脂基复合材料对比试块状态良好，可以通过内埋

法模拟树脂基复合材料内部的分层、脱粘和夹杂类缺陷超声检测的不连续。

2.2.2.2边缘插片法

a)试块制作

使用边缘插片法模拟层合板和胶接结构的分层、脱粘等缺陷的参考反射体是通过在铺贴过

程中在试块的边缘预置金属片，固化后取出。单层厚度为0.150mm，公差为±10%以内或±1mm

以内（取二者较小值），金属片形状应为方形或等腰梯形，边长为12.7mm、25.4mm、38.1mm、

50.8mm。部分反射体的预制体如图14所示。

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图14部分边缘插片法模拟分层和脱粘实物图

对比试块的层合板、板/板胶接结构试块制作材料为玻璃纤维环氧树脂基预浸料，夹层结构

的面板部分采用碳纤维增强环氧树脂基织物预浸料制作；蜂窝夹层结构的芯材用料为芳纶纸蜂

窝芯，高度为15mm；泡沫夹层结构的芯材用料为闭孔刚性泡沫，高度为10mm。

层合板厚度2.4mm（12层）、板/板胶接结构厚度3.8mm（14层+4层）、蜂窝夹层结构单侧

面板厚度2.4mm（12层）、泡沫夹层结构单侧面板厚度1.2mm（6层）。设计图如图15所示。

a）层合板对比试块设计图b）板/板胶接对比试块设计图

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c）蜂窝夹层结构对比试块设计图d）泡沫夹层结构对比试块设计图

图15边缘插片法对比试块中参考反射体的设计图

对比试块的制作环境满足HB5342要求。对比试块的固化制度符合所用材料的固化条件。

参考反射体的预置情况如图16所示。

图16边缘插片法参考反射体的预置

经过固化后，对比试块如下图17所示。

a）层合板对比试块VT-312-L12-2b）板/板胶接对比试块VT-312-C0414-2

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c）蜂窝夹层结构对比试块TT-90304-H1215-3d）泡沫夹层结构对比试块TT-90305-F0610-3

图17边缘插片法模拟分层、脱粘等对比试块

b)试块验证

使用脉冲反射技术A扫描检测设备对上述制作完毕的层合板（VT-312-L12-2）和板/板胶接

结构（VT-312-C0414-2）进行超声检测。使用穿透技术自动化C扫描检测设备对制作完毕的蜂

窝夹层结构试块（TT-90304-H1215-3）。使用脉冲反射技术自动化C扫描检测设备对制作完毕的

泡沫夹层结构对比试块（TT-90305-F0610-3）进行检测。检测频率为5MHz，耦合剂为水。检测

结果如图18所示。同时使用脉冲反射技术对该批试块进行A扫描检测，超声检测结果可表征

树脂基复合材料内分层和脱粘缺陷。

VT-312-L12-2a）层合板b)次表层插片处c)中间层插片处

VT-312-C0414-2d）板/板胶接优区e)胶膜插片处

SHEET22OF30

TT-90304-H1215-3

f）蜂窝夹层结构优区g)胶膜面板侧插片h)胶膜蜂窝侧插片

TT-90305-F0610-3

i）泡沫夹层结构优区j)胶膜面板侧插片k)胶膜泡沫侧插片

图18边缘插片法模拟分层、脱粘缺陷超声检测结果

采用超声检测方法对其有效性进行检验，每块试块缺陷分析结果如表4所示，此时显示中

缺陷尺寸均在其设计尺寸的±10%以内。

表4边缘插片法模拟分层、脱粘缺陷的测量尺寸

试块编号缺陷编号缺陷设计尺寸（mm）缺陷检测尺寸（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

试块编号缺陷编号缺陷设计尺寸（mm）缺陷检测尺寸（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

以上现象表明：该批采用边缘插片法制作的树脂基复合材料对比试块状态良好，可以通过

边缘插片法模拟树脂基复合材料内部的分层和脱粘缺陷超声检测的不连续。

2.2.2.3外贴法

a)试块制作

当仅使用穿透技术检测层合板和板/板胶接结构制件的分层和脱粘缺陷时，可通过在对比试

块表面外贴参考反射体的方式模拟分层和脱粘等平面型缺陷。反射体直径为12.7mm、25.4mm，

公差为±10%以内或±1mm以内（取二者较小值），形状为圆形。部分反射体的预制体如图19

所示。

图19部分外贴法模拟分层和脱粘实物图

对比试块的层合板部分制作材料为碳纤维环氧树脂基织物预浸料。

层合板厚度2.4mm（12层）、板/板胶接结构厚度4.8mm（20层+4层）。设计图如图20所

示。

SHEET24OF30

a）层合板对比试块设计图b）板/板胶接对比试块设计图

图20外贴法对比试块中参考反射体的设计图

对比试块的制作环境满足HB5342要求。对比试块的固化制度符合标准零件的固化条件。

经过固化后，将参考反射体预置于试块表面指定位置，对比试块如下图21所示。

a）层合板对比试块SY17969-8b）板/板胶接对比试块20-4

图21外贴法模拟分层、脱粘缺陷

b)试块验证

使用自动化超声检测设备对制作完毕的模拟分层和脱粘缺陷试块进行无损检测，检测频率

为5MHz，耦合剂为水。使用穿透技术对层合板对比试块（SY17969-8）、板/板胶接结构（20-4）

试块进行检测，检测结果如图22所示，超声检测结果可表征树脂基复合材料内分层和脱粘缺陷。

SHEET25OF30

a)层合板对比试块SY17969-8b)板/板胶接对比试块20-4

图22外贴法模拟分层、脱粘缺陷C扫描检测结果

对比试块制作完成后，采用超声检测方法对其有效性进行检验。采用C扫描显示的方式进

行检验，每块试块缺陷分析结果如表5所示，此时C扫描显示中缺陷面积均在其设计面积的±

25%以内。

表5外贴法模拟分层、脱粘缺陷的测量面积

试块编号缺陷编号缺陷设计面积（mm2）缺陷检测面积（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

以上现象表明：该批采用外贴法制作的树脂基复合材料对比试块状态良好，可以通过外贴

法模拟树脂基复合材料内部的分层和板/板胶接脱粘缺陷超声检测的不连续。

2.2.2.4平底孔法

a)试块制作

当仅使用脉冲反射技术检测层合板分层缺陷时，在对比试块检测面的对侧铣削平底孔的方

式模拟分层等平面型缺陷。此次试验的对比试块母板为预置紧固孔的层合板试块，紧固孔直径

ø6mm。采用共轴铣削平地孔的方式制作参考反射体，反射体直径ø10mm。

对比试块的层合板部分制作材料为碳纤维环氧树脂基织物预浸料，厚度约5mm（24层）。

设计图如图23所示。

SHEET26OF30

图23平底孔法对比试块中参考反射体的设计图

对比试块的制作环境满足HB5342要求。对比试块的固化制度符合标准零件的固化条件。

经过固化后，按照设计参数在指定位置铣削平底孔参考反射体，对比试块如下图24所示。

图24平底孔法模拟分层缺陷试块UT-301-L24-1

b)试块验证

使用便携式超声检测设备对制作完毕的模拟分层缺陷试块进行A扫描检测，检测频率为

5MHz，耦合剂为水。使用脉冲反射技术对层合板对比试块进行检测，检测结果如图25所示，

超声检测结果可表征树脂基复合材料内分层缺陷。

SHEET27OF30

a）层合板对比试块优区A型显示信号b）层合板对比试块检测面次表层A型显示信号

c）层合板对比试块检测面中间层A型显示信号d）层合板对比试块底面次表层A型显示信号

图25平底孔法模拟分层缺陷A扫描检测结果

对比试块制作完成后，采用超声检测方法对其有效性进行检验。采用A扫描显示的方式进

行检验，试块缺陷分析结果如表6所示，此时缺陷尺寸均在其设计尺寸的±10%以内。

表6外贴法模拟分层、脱粘缺陷的测量尺寸

试块编号缺陷编号缺陷设计尺寸（mm）缺陷检测尺寸（mm）合格

#11010是

#21010是

#31010是

UT-301-L24-1

#41010是

#51010是

#61010是

以上现象表明：该批采用平底孔法制作的树脂基复合材料对比试块状态良好，可以通过平

底孔法模拟树脂基复合材料内部的分层缺陷超声检测的不连续。

2.2.2.5孔隙缺陷

a)试块制作

SHEET28OF30

本项目中孔隙缺陷制作方式是采用改变树脂基复合材料的固化制度的方式在层合板内引入

孔隙缺陷。

对比试块的层合板部分制作材料为碳纤维环氧树脂基织物预浸料，厚度分别为：1.5mm、

3.0mm、5.0mm、7.0mm。孔隙率试块分级为：等级1孔隙含量0%~0.5%、等级2孔隙含量

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

对比试块的制作环境满足HB5342要求。

经过固化后，对比试块如下图26所示。

a）1.5mm层合板对比试块b）3.0mm层合板对比试块

c）5.0mm层合板对比试块d）7.0mm层合板对比试块

图26孔隙率对比试块实物图

b)试块验证

使用自动化超声检测设备对制作完毕的孔隙率试块进行无损检测，检测频率为5MHz，耦

合剂为水。使用穿透技术对层合板孔隙率试块进行检测，检测结果如图27所示。

a）1.5mm层合板对比试块b）3.0mm层合板对比试块

c）5.0mm层合板对比试块d）7.0mm层合板对比试块

图27孔隙率对比试块C扫描检测结果

对检测结果进行分析，计算每个厚度阶梯的相对衰减，获得孔隙率曲线。计算数据如表7

SHEET29OF30

所示，孔隙率评估曲线如图28所示。

表7孔隙率统计数据

厚度孔隙率幅值