前 言
本标准中的附录A 、附 录B 是资料性附录。
本标准由中国航空工业集团公司提出。
本标准由中国航空综合技术研究所归口。
本标准起草单位：成都飞机工业(集团)有限责任公司、中国航空综合技术研究所。 本标准主要起草人：陈友林、漆松林、石一飞、杨扬、吴晓红、万勇、吴富华。
HB20095-2012
复合材料结构件超声C 扫描检测方法
1 范围
本标准规定了纤维增强树脂基复合材料结构件超声C 扫描检测(脉冲反射法、喷水穿透法)的一般 要求、检验程序、零件检测、评定、检测记录和报告。
本标准适用于复合材料层压板、板/板胶接件、蜂窝夹芯胶接结构件及泡沫夹芯胶接结构件内部缺 陷的超声C 扫描检测。对于其他基体复合材料制件或编织纤维增强复合材料制件的检测可参照本标准。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的 修改单(不包含勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是 否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 12604.1 无损检测术语超声检测 GJB 9712 无损检测人员资格鉴定与认证 JJG 746 超声探伤仪检定规程
ASTM E317 不采用电子测量仪器评价脉冲回波式超声检测系统工作性能的方法
3 术语和定义
GB/T 12604.1确立的以及下列术语和定义适用于本标准。
3.1
评定 evaluation
判定异常显示是否是相关显示，或者是通过相应的参考基准对被检件的相关显示进行评级或判断合 格与否的过程。
3.2
喷水穿透法 water-injection transmission method
将发射探头和接收探头分别安置在受检件的两侧(通过喷水的方式完成超声耦合),超声波由一个探 头发射，穿过被检件进入另一探头，根据透射波强度的变化来对材料质量进行评定的检测方法。
3.3
层间波 interface wave
复合材料叠层的层与层间界面产生的反射波。
4 一般要求
4.1 检测人员
从事超声检测工作的人员应按GJB 9712的规定进行培训与考核，取得技术资格证书。各级人员只 可从事与自己技术资格等级相应的工作。
4 . 2环境条件
工作场地的温度及湿度应在仪器、设备及器材所允许的范围内，不应有影响正常工作的灰埃、强磁、 震动、高频电声信号、腐蚀性气体及噪音存在。
4.3 超声检测仪
超声检测仪每年应至少进行一次使用性能的校验，在经过修理或更换任何影响响应特性的元器件 后，应进行校验以确认其仍满足使用要求后投入使用。每次校验的数据均应保存备查，超声检测仪可按
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下述任一方法进行校验。 a)JJG 746;
b)ASTM E317;
c) 设备制造商推荐的方法。
对仪器使用性能的最低要求见表1。
表 1 超声检测仪使用性能的最低要求
序号
使用性能
指标要求
1
垂直极限
100%
2
垂直线性
范围5%～95%,误差不大于6%
3
水平极限
100%
4
水平线性
范围0～90%,误差不大于2%
5
增益(衰减)器
总增益(衰减)量不小于60dB,精度每2dB±0.2dB
4.4 探头
选用探头的晶片直径在3 mm～25 mm,频率0.5 MHz～20 MHz范围内。
4.5 超声喷嘴
当采用喷水法时，选用喷嘴的口径为φ3 mm~φ10 mm。喷水探头的喷嘴喷射的水柱在一定水距 范围内不能变形，否则影响检测结果。喷嘴腔内不能出现影响检测效果的气泡和紊流现象。
4.6 电源
当回波信号幅度调整到显示屏满刻度50%的情况下，如果电源电压的波动引起回波信号幅度变化 超过满刻度的±5%,则应使用稳压器。
4.7 超声检测系统性能要求
4.7.1 超声检测系统应能确保发射信号能够穿透4.9.1规定的对比试块衰减最大的区域，且能满足下列 要求：
a) 可靠检测出验收标准、设计图样中规定的不允许存在的最小缺陷；
b) 准确地再现标准试块上已知缺陷的显示和响应。
4.7.2 根据检测对象选择探头的工作频率。如果信噪比(超声系统的电子噪声信号较缺陷信号幅值至少 低12 dB)满足检测要求，应尽量使用较高的频率以提高检测分辨率。
4.7.3 推荐喷嘴最大口径与被检件常用频率见表2。
表 2 喷水法检测时频率与喷嘴口径
结构
检测方法
频率 MHz
喷嘴最大口径 mm
板-芯胶接件
穿透法
0.5～2.5
8
脉冲反射法
5～10
10
板-板胶接件
穿透法
2.25～5
8
脉冲反射法
5～10
10
层压板
穿透法
2,25～5
8
脉冲反射法
5～10
10
表中列出的频率值为推荐值。对于特殊情况(如小缺陷或高衰减材料的检测),可使用其他频率。
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4.7.4 扫查和记录装置
4.7.4.1 扫查设备由操纵装置、桥架及扫查控制器等组成，能调节探头与受检件表面间的水程距离。
4.7.4.2扫查的行程、速度和步进间距应连续可调或分成几档设定的数值。机械扫查步进量至少能在
1 mm～5 mm范围内可调，最小角度调节步进量不大于0.5°。扫查的行程范围、步进范围应能满足受检 件的检测要求。
4.7.4.3机械装置每两年应至少进行一次校验，扫查的步进轴的机械精度应不超过±1.5 mm/m, 以保 证发射探头和接收探头声轴对中良好。
4.7.4.4检测系统在扫查区域内的声波信号幅度稳定(空扫测试),穿透法检测时系统声波信号稳定性 应不超过±2 dB。
4.7.4.5采用计算机记录超声C 扫描检测图像，可通过打印机、磁盘(光盘)刻录机等图像输出。
4.7.5 辅助器材
采用喷水法时，供水系统应具有溢流、过滤、水压调节功能。定期检查滤芯的污染情况并及时更换 不符合要求的滤芯。
4.7.6 工装夹具
4.7.6.1 根据被检工件的外形结构、重量及检测设备的扫查装置等设计加工制作能满足检测要求的夹 具。
4.7.6.2用于装夹零件的工装应具有通用性、可扩展性，以最大限度的满足多种类的零件检测要求：
a) 零件的装夹须满足检测需求；
b) 零件装夹后被遮挡区域应尽量小；
c) 大型复材零件装夹后应保证装夹后的变形量小。
4.8 耦合剂
4.8.1 采用清洁水作为耦合剂。
4.8.2 为防止水中的气泡及其他外来物妨碍超声检测，喷水法应选择经过滤的水作耦合剂。若采用的 是水箱集水式作为循环用水，则应定期进行清洁更换以保证水质不影响检测。
4.9 对比试块
4.9.1 对比试块的制作
4.9.1.1 对比试块应符合以下要求：
a) 对比试块应能代表受检零件的结构特征、外形和复杂性，包括蒙皮厚度、材料类型、表面状态、 粘接剂、内部结构和制造工艺；
b) 对比试块应含有人工模拟缺陷，这些缺陷应包括工程图样或验收标准不允许存在的最小缺陷。
4.9.1.2 复合材料层压板、板/板胶接结构和夹层结构对比试块的人工模拟分层和脱粘缺陷可采用在铺 层之间、板板胶接层之间或面板(蒙皮)与芯材(如蜂窝)之间插入两层(二层间有空气隙)聚四氟乙烯薄 膜(每层厚度0.02 mm～0.152 mm)或插入黄铜片(厚度0.02 mm～0.05 mm,黄铜片应涂一层脱膜剂)制 作：
a) 单层聚四氟乙烯薄膜用于模拟制作外来物或夹杂缺陷对比试块。
b) 蜂窝芯区域，按需要制作一个零件对比试块或代表产品零件的不同区域的几个对比试块。蜂窝 夹芯胶接对比试块边缘应采取适当的措施进行防护。
c) 采用喷水穿透法检测时，对比试块可按附录 A 中的要求制作，对于复杂形状受检件可采用在 受检件截取的部分上粘贴人工模拟缺陷方法制作。
d) 对于曲率半径小于150 mm 的零件，试块曲率半径应在±10%以内；对于曲率半径大于150 mm 的零件，可采用平面试块。
4.9.1.3对比试块可采用存在冶金缺陷的产品零部件，自然缺陷的类型、尺寸、位置、取向及分布情 况应经确认并有详细记录。
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4.9.2 对比试块鉴定
4.9.2.1对比试块应经鉴定合格后才能使用，所用对比试块的质量都应采用超声穿透C 扫描检测方法 进行鉴定(按试块设计图进行检查),缺陷实际尺寸与验证测试结果的偏差，供分析修正用。鉴定时，对 复材层压板、板/板胶接结构对比试块推荐采用5 MHz工作频率探头进行检测，对板/芯蜂窝胶接结构对 比试块推荐采用1 MHz 工作频率探头进行检测。
4.9.2.2对比试块应满足以下要求：
a) 对比试块上预埋人工(模拟脱粘)缺陷处的声波衰减值与优区相比不小于10dB;
b) 检测记录的C 扫描图中显示对比试块上的缺陷尺寸与实际预埋人工缺陷面积的差值须不超过 ±25%;
c) 对比试块上除预埋的人工缺陷外不应有其他可能影响到调节检测灵敏度或影响评定分析的自 然缺陷存在。
4.9.2.3用于制造试块的设计图样、鉴定记录等在每一试块的使用期间内应予以存档。
4.9.2.4试块的鉴定报告需经超声检测Ⅲ级人员审批。试块鉴定合格后可参照附录B 编号与标示。
4.9.2.5使用不同于附录A 所叙述的试块和替代品的其他试块，需要预先通过超声检测Ⅲ级人员批准。
4.9.3 对比试块定期鉴定
定期鉴定周期一般为一年。使用单位应定期检查试块外观有无影响使用的表面损伤，遇意外情况(诸 如被重物砸、压、从高处掉落等)有可能造成对比试块损伤时，需重新鉴定，结果符合使用要求时可继 续使用，否则予以报废。
4.10 检测件表面要求
4.10.1 检测前应清除被检件表面的灰尘、污染物或影响检测的异物等，允许用对被检件无影响的溶剂 (如丙酮)擦拭零件表面。
4.10.2 目视检查受检件有无边缘分层、损伤、鼓包、皱折或溢胶等和影响检测的异物，对于在超声检 测中有影响的应在超声检测记录中注明。
采用喷水式穿透法检测时，为防止水渗入受检件，检验之前应密封非封闭式夹芯材料(蜂窝胶接结 构)、外露多芯材料(泡沫夹芯胶接结构)、胶接构件的开口边缘(如：空洞、间隙、夹杂),可用密封胶 或胶带封住，以防水的渗入。对没有密封的受检件周边和暴露在外的有孔蜂窝边缘区域，要求送检单位 采取封闭措施防止水进入零件内部而影响检测结果。
5 检验程序
5.1 概述
超声检验程序包括通用程序、检验图表，检验程序和检验图表均需经超声检测Ⅲ级人员批准。程序 文件至少应包括：
a) 检测单位的名称；
b) 检验程序的编号、版次和修改的日期、依据的文件号；
c) 受检件的名称、图号；
d) 采用的检测方法(技术);
e) 受检件的草图，图上应标明检测部位及分区、超声入射面(若需要时);
f) 超声检测仪型号；
g) 探头型号及喷嘴口径；
h) 耦合剂的名称；
i) 零件装夹说明；
j) 对比试块编号；
k) 仪器设备的调整要求；
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1)探头相对于受检件表面的位置、扫查速度、步进间距、水距；
m) 缺陷的评定方法及验收要求；
n) 编制、批准人员的签名。
5.2 检测方法
应根据零件的结构、检测要求和适应性，确定检测方向、检测的面数与检测方法。
5.3 水程距离
调整喷水探头与受检件间的水程距离，使受检件处于发射与接收探头的有效工作区内。调节灵敏度、 扫查受检件及评定缺陷时，所用的水程相差不应超过±3 mm。
5.4 步进间距
步进间距应能保证不允许存在的最小缺陷至少能被扫查三次，且能使超声C 扫描图像清晰可辨。
5.5 扫查速度
扫查速度的选择应考虑操作人员的辨别能力和设备记录信号的能力，采用的扫描速度应能保证得到 清晰的回波并能够稳定的触发记录。当能可靠地清晰检出不允许存在的最小缺陷时，可选用检测系统允 许范围内的最大扫查速度。在手动扫查的情况下，扫查速度不宜超过100 mm/s。
5.6 检测次数
采用穿透法，要求对检测区域只需进行一次扫描，脉冲反射法则需根据受检件检测要求进行单面或 双面扫查检测。
5.7 扫查叠加覆盖要求
因装夹而被遮挡的检测区以及一次不能完成检测的大型件应分区域进行检测，并在分段检测区处作 好参考标识和记录，分段扫查衔接至少有10mm～20 mm的叠加覆盖区域。
6 零件检测
6.1 喷水穿透法
6.1.1 试块的选用
根据受检零件部位结构及不允许存在的最小缺陷尺寸，选定对比试块。对于穿透法也可采用在零件 表面粘贴验收极限大小的人工模拟缺陷的方式代替对比试块的方法来调整系统的检测灵敏度。但在对缺 陷进行定量分析时应使用对比试块，对于楔面与中心面间的夹角大于6°的构件检测，则须选用与受检 构件结构相似的对比试块。
6.1.2 检测灵敏度调试
6.1.2.1 调整探头支臂使发射探头与接收探头的轴线对中，使水柱(声束)尽可能垂直于受检件表面。 对楔形构件则应与其对称中心面垂直，同时调整探头喷嘴与受检件的水程距离，使受检件处于接收探头 的声束有效区内。
6.1.2.2 根据受检件部位结构、验收级别，采用相应对比试块调整检测灵敏度。具体操作包括如下内 容：
a) 调节检测仪器延时、检测范围等参数；
b) 根据受检件要求检出的最小缺陷，调节增益；
c) 调节报警闸门的水平位置使穿透波处于闸门内；
d) 设置报警闸门为显示屏40%高度。
6.1.2.3调节数据采集系统中回波幅值对应的颜色设置，使检测的C 扫描图上显示的缺陷颜色和被检 测试块中的人工缺陷的颜色一致。
6.1.2.4 对于可检的变截面构件，若声束无法完全与受检件表面垂直，可适当提高检测灵敏度进行检 测。
6.1.3 检 测
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检测按以下步骤进行：
a) 检测小型零件时应尽量将对比试块与零件一起进行扫描，如检测较大或是带曲面的零件，无法 将对比试块和零件一起装夹时，应在检测零件前后扫查对比试块，验证检测过程的灵敏度是否 有变化。扫查零件和对比试块的扫查速度、步进间距、水距等应相同。
b) 如果检测到任何异常显示，则应在有异常显示的位置上作标记。
6.1.4 缺陷定位
缺陷定位按以下步骤进行：
a) 对产生的异常显示区域，再进行检测以确定其是否为缺陷显示；
b) 如果为缺陷显示，则应确定缺陷区域的位置；
c) 对于蜂窝芯胶接区、双胶缝板-板胶接区的缺陷，需采用A 扫脉冲反射法或声振检测方法确定 缺陷位于零件的哪一面。
6.2 脉冲反射法
6.2.1 试块的选用
每种类型被检零件结构均应配有相应的对比试块，对于不同结构零件的检测，须选用结构、层压板 厚度相同(或相近)的对比试块。
6.2.2 检测灵敏度调试
6.2.2.1按检测要求中不允许存在的最小缺陷，调节系统的检测灵敏度。
6.2.2.2对于层压板的检测：将探头置于与受检件厚度相同或接近的对比试块上，调整检测参数使该 缺陷的反射回波或底反射回波幅值达到荧光屏满刻度的80%。
6.2.2.3层压板与泡沫夹芯间的脱粘缺陷检测，将探头置于与受检件板厚度相同或接近的对比试块上 的优区处，调整检测参数使优区胶接连接处反射回波(板与泡沫夹芯间)幅值低于荧光屏满刻度的40%, 同时保证脱粘处反射回波(板与泡沫夹芯间)幅值约为荧光屏满刻度的80%。
6.2.2.4板板胶接结构缺陷检测，将探头置于与受检件层压板厚度相同或接近的对比试块上的优区 处，调整检测参数使底反射回波幅值约为荧光屏满刻度的80%,同时保证胶层处反射回波幅值低于荧 光屏满刻度的40%。
6.2.3 检测
调整探头使水柱(声束)垂直于受检件表面，监控层间波或底波，以识别是否有分层或孔隙等缺陷。
6.3 灵敏度校验与修正
6.3.1 在每次检测开始前和结束后或在仪器的调整或插接件有任何改变时，均应检查仪器及探头操作 装置的状态。在连续操作期间间隔两小时也应进行相对灵敏度校准检查，如果基准波高升高15%以上， 除重新调整灵敏度外，还需对在此期间发现的超标缺陷显示重新进行检测。如果基准波高降低15%, 除重新调整灵敏度外，还需对发现有问题之前和上次调整之后所检测过的未超标的受检件重新检测。检 测大型件时，在检测每一件的前后均应检查调整情况。单件检测超过两小时时，在检测前后均应检查调 整情况。
6.3.2 对比试块与被检零件间存在下述差异时，可对灵敏度进行修正：
a) 材料变化；
b) 厚度变化大于10%(层压板厚度、蜂窝芯高度等的变化);
c) 胶层数的变化；
d) 曲率的变化小于10%。
6.4 受检件的防护
检测完成后应及时清除受检件上的水渍。
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7 评定
7.1 缺陷的评定
7.1.1 穿透法缺陷的评定
对于穿透波幅度低于评定水平的显示判定为缺陷，缺陷的评定方法如下：
a) 对于成群的弥散性缺陷(如密集小气孔、疏松等),采用与对比试块比较的方法，根据透射波信 号幅度变化进行评定；
b) 对于单个缺陷(分层、脱粘等),通过标记透射波信号幅度降低至规定值评定缺陷。
7.1.2 脉冲反射法缺陷的评定
7.1.2.1 脉冲反射法对层压板缺陷的评定方法如下：
a) 对于成群的弥散性缺陷(如密集小气孔、疏松区等),采用与对比试块上优区比较的方法来确定， 用底波信号幅度降低对缺陷进行分析与评定；
b) 对于单个缺陷的评定，可通过对比试块人工缺陷调节层间波信号幅度至规定值进行缺陷的分析 与评定。
7.1.2.2 脉冲反射法对胶接缺陷的评定方法如下：
a) 层压板与泡沫夹芯间的脱粘缺陷检测，采用与对比试块上优区、缺陷区比较的方法进行零件胶 接连接区缺陷的分析与评定；
b) 板/板胶接结构缺陷检测，通过对比试块上的人工缺陷处调节回波信号幅度，使胶层界面波幅 值大于等于荧光屏满刻度的80%,底反射回波幅值低于荧光屏满刻度的40%定为缺陷。
7.1.3 缺陷计算准则
在受检件同一区域内出现多种缺陷时，对性能影响相类似的缺陷应累积计算。如分层、夹杂、脱粘、 空洞、缺胶等作为同一类缺陷；密集小气孔、疏松等作为同一类缺陷，并按最严格的要求对缺陷进行定 量评定。缺陷位置在不同等级的过渡区时，按较严等级处理。
7.2 检测结果的处理
7.2.1 按验收标准进行评定并确定缺陷的性质和大小，需要时，可采用其他无损检测方法对检测的结 果进行验证分析，如果各类方法对显示无法做出明确评价时，应以超声检测的结果为依据进行评定分析。
7.2.2 缺陷大于验收极限的零件应拒收，并作好原始记录详细描述缺陷的形状、大小与位置分布。对 于缺陷指示未超出验收极限的零件应评定为合格。
7.2.3 经修补的拒收零件重新检测满足验收标准要求，则评定为合格，否则评定为不合格。
7.3 异常现象的处理
7.3.1 当检测显示异常时，应检查探头、通道、连接；受检件表面是否被污染或产生变形；探头是否 对中，是否垂直入射零件表面；滤芯是否需要更换，需逐一检查、排除。
7.3.2 对有疑问的区域，在排除7.3.1所述原因之后，应重新调整检测灵敏度，并对此区域重新检测。
7.3.3 如果使用喷水穿透法检测时，有异常显示，则先对受检件的表面进行润湿和排气泡等工作，再 重新检测，确定是否为伪缺陷显示。
7.4 受检标记
所有受检件均应按规定作出标记，区分合格件与不合格件。
8 检测记录和报告
8.1 检测记录
检测记录的内容至少应包括：
a) 送检单位；
b) 受检件名称、图号、批号及数量；
c) 所采用的检测程序或检测工艺卡(图表)编号；
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d) 所用的仪器、探头、试块、耦合剂；
e) 检测灵敏度的调整情况；
f) 零件处理(验收/拒收);
g) 检测人员及检测日期。
8.2 检测报告
检测报告至少应包括以下内容：
a) 报告编号；
b) 送检单位；
c) 受检件名称、图号及批号及数量；
d) 检测程序或工艺卡(图表)的编号；
e) 验收依据；
f) 不符合验收要求的缺陷的位置、尺寸及分布示意图；
g) 评定结论；
h) 检测人员、审核人员及日期等。
HB20095-201
发表于 2024-10-20 12:00:36