JJF 1728-2018 树脂基复合材料超声检测仪校准规范-(高清版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 7 2 82 0 1 8树脂基复合材料超声检测仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rU l t r a s o n i cT e s t i n gI n s t r u m e n t sf o rR e s i nM a t r i xC o m p o s i t e s 2 0 1 8-1 2-2 5发布2 0 1 9-0 3-2 5实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布树脂基复合材料超声检测仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c
2、 i f i c a t i o nf o rU l t r a s o n i cT e s t i n gI n s t r u m e n t s f o rR e s i nM a t r i xC o m p o s i t e sJ J F1 7 2 82 0 1 8 归 口 单 位:全国声学计量技术委员会 起 草 单 位:中航复合材料有限责任公司中国航空工业集团公司基础技术研究院中国计量科学研究院 本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释J J F1 7 2 82 0 1 8本规范起草人:刘松平(中航复合材料有限责任公司)刘菲菲(中国航空工业集团公司基础技术研究院)边文萍(中国计
3、量科学研究院)邢广振(中国计量科学研究院)傅天航(中航复合材料有限责任公司)李乐刚(中国航空工业集团公司基础技术研究院)史俊伟(中国航空工业集团公司基础技术研究院)J J F1 7 2 82 0 1 8目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 纵向分辨力(1)3.2 近表面分辨力(1)3.3 近底面分辨力(2)3.4 脉冲回波周期数(2)3.5 扫描灵敏度(2)4 概述(2)5 计量特性(4)5.1 水平线性误差(4)5.2 垂直线性误差(5)5.3 纵向分辨力(5)5.4 近表面分辨力(5)5.5 近底面分辨力(5)5.6 脉冲回波周期数(5)5.7 检测
4、灵敏度(5)5.8 基线电噪声(5)5.9 扫描范围(5)5.1 0 扫描灵敏度(5)5.1 1 胶接缺陷检测灵敏度(5)6 校准条件(5)6.1 环境条件(5)6.2 测量标准及其他设备(5)7 校准项目和校准方法(6)7.1 校准项目(6)7.2 校准方法(6)8 校准结果表达(1 6)8.1 校准数据处理(1 6)8.2 校准结果的测量不确定度(1 6)8.3 校准证书(1 6)9 复校时间间隔(1 6)J J F1 7 2 82 0 1 8附录A 校准用试块(1 7)附录B 校准证书的内页格式(2 2)附录C 测量不确定度评定示例(2 5)J J F1 7 2 82 0 1 8引 言
5、本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则的要求编写。本规范制定中,在技术方面主要参考了J J G7 4 62 0 0 4 超声探伤仪和A S TME 3 1 71 6S t a n d a r dP r a c t i c ef o rE v a l u a t i n gP e r f o r m a n c eC h a r a c t e r i s t i c so fU l t r a s o n i cP u l s e-E c h o T e s t i n g I n s t r u m e n t s a n d S y s t e m s
6、w i t h o u t t h e U s e o f E l e c t r o n i cM e a s u r e m e n t I n s t r u m e n t s(不借助其他电子测量仪器的超声脉冲回波检测仪及系统性能特性评估标准惯例)中超声检测仪垂直线性、水平线性等性能参数要求及其测试方法。本规范依据J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示给出了复合材料超声检测仪检测灵敏度的测量不确定度的评定示例。本规范为首次发布。J J F1 7 2 82 0 1 8树脂基复合材料超声检测仪校准规范1 范围本规范适用于在不需要借助其他专门的电子测量仪器设备条件
7、下,使用对比试块对树脂基复合材料超声检测仪可能影响缺陷检测、定位与分析等使用性能的校准。2 引用文件本规范引用下列文件:J J G7 4 6 超声探伤仪检定规程J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义J J F1 0 5 9.1 测量不确定度评定与表示G B/T3 1 0 2.7 声学的量和单位G B/T1 2 6 0 4.1 无损检测 术语 超声检测凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和计量单位本规范采用G B/T3 1 0 2.7中规定的量和单位。J J F1 0 0 1、J J F1 0 5 9
8、.1和G B/T1 2 6 0 4.1中界定的及以下术语和定义适用于本规范。3.1 纵向分辨力 d e p t hr e s o l u t i o n,r a n g er e s o l u t i o n树脂基复合材料超声检测仪与换能器匹配,其分辨超声波传播方向(通常使用中与复合材料厚度方向一致)相邻两个不同深度缺陷的能力,按公式(1)或公式(2)计算。hL=hD 2-hD 1(1)hL=nphp(2)式中:hL 纵向分辨力,mm;hD 1、hD 2 分别为树脂基复合材料中在厚度方向相邻两个缺陷的深度,mm;np 树脂基复合材料中在厚度方向相邻两个缺陷的铺层数差,np=1,2,3,n;h
9、p 1个树脂基复合材料铺层的标称厚度,mm。3.2 近表面分辨力 n e a r-s u r f a c er e s o l u t i o n,e n t r y-s u r f a c er e s o l u t i o n树脂基复合材料超声检测仪与换能器匹配,其分辨超声波在树脂基复合材料入射表面一侧近表面缺陷的能力,按公式(3)或公式(4)计算。hE=hD(3)hE=nEhp(4)1J J F1 7 2 82 0 1 8式中:hE 近表面分辨力,mm;hD 树脂基复合材料中缺陷的深度,mm;nE 树脂基复合材料中缺陷距表面的铺层数,nE=1,2,3,4,n。3.3 近底面分辨力 f
10、a r-s u r f a c er e s o l u t i o n树脂基复合材料超声检测仪与换能器匹配,其分辨超声波在树脂基复合材料底面反射一侧近底面缺陷的能力,按公式(5)或公式(6)计算。hF=h-hD(5)hF=nFhp(6)式中:hF 近底面分辨力,mm;h 树脂基复合材料厚度,mm;nF 树脂基复合材料中缺陷距近底面的铺层数,nF=1,2,3,4,n。3.4 脉冲回波周期数 p u l s e-e c h op e r i o d检测仪屏幕显示的脉冲信号的周期数nT,如nT1、nT2,nT2.5等,如图1所示。图1 脉冲回波周期数示意图3.5 扫描灵敏度 s c a n n i
11、 n gs e n s i t i v i t y换能器在自动扫描过程中,根据其连接的树脂基复合材料超声检测设备屏幕指示的信号或图像能够清晰确定的最小缺陷大小。通常用可检出最小缺陷的直径表示,单位为mm。4 概述树脂基复合材料超声检测仪是指用于树脂基复合材料和胶接结构缺陷无损检测的专门的超声检测仪器,包括带自动扫描功能的超声检测设备、胶接检测仪器及其换能器。树脂基复合材料超声检测仪由超声波激励单元、发射/接收单元、信号处理单元、信号显示单元等主要部分组成,它利用来自树脂基复合材料中的声波信号进行缺陷的检测、定位、定量或定性分析,如图2所示;树脂基复合材料超声检测设备是在树脂基复合材料超声检测仪
12、基础上,增加了A/D转换单元、扫描单元、成像单元,它利用来自树脂基复合材料中的声波信号和换能器的位置信号,通过图像和声波信号进行缺陷的检测、定位、定量或定性分析,如图3所示;胶接检测仪器由声波发射/接收单元、信号处理2J J F1 7 2 82 0 1 8单元、信号显示单元等主要部分组成,它利用来自声波在胶接结构中产生的振动特性及其变换进行缺陷的检测,如图4所示;换能器由压电晶片和阻尼块等主要部分组成,它用于超声波的发射和接收。当树脂基复合材料超声检测仪、树脂基复合材料超声检测设备和胶接检测仪器的检测结果出现不同时,以树脂基复合材料超声检测仪的检测结果为准。图2 树脂基复合材料超声检测仪原理框
13、图3J J F1 7 2 82 0 1 8图3 树脂基复合材料超声检测设备原理框图图4 胶接检测仪原理框图5 计量特性5.1 水平线性误差利用来自给定反射体的多次底波在树脂基复合材料超声检测仪屏幕水平方向显示的刻度数与其理论刻度数的偏差来描述水平线性误差(L)。使用试块A(见附录A.1)进行水平线性误差校准,校准结果不大于3.0%。4J J F1 7 2 82 0 1 85.2 垂直线性误差利用来自给定反射体的反射回波信号在树脂基复合材料超声检测仪屏幕垂直方向显示的刻度数与其理论刻度数的偏差来描述垂直线性误差()。使用试块C(见附录A.3)进行垂直线性误差()校准,校准结果不大于6.0%。5.
14、3 纵向分辨力使用试块B(见附录A.2)进行纵向分辨力(hL)校准,校准结果不大于2hp。5.4 近表面分辨力使用试块C进行近表面分辨力(hE)校准,校准结果不大于2hp。5.5 近底面分辨力使用试块C进行近底面分辨力(hF)校准,校准结果不大于2hp。5.6 脉冲回波周期数使用试块A进行脉冲回波周期数(nT)校准,校准结果不大于2。5.7 检测灵敏度树脂基复合材料超声检测仪可检出的最小缺陷尺寸通常用最小缺陷的直径表示。使用试块D(见附录A.4)进行检测灵敏度校准,校准结果不大于3.0mm。5.8 基线电噪声树脂基复合材料超声检测仪扫描基线上的杂乱信号。使用试块D进行基线电噪声校准,校准结果不
15、大于垂直满屏刻度的2 0%。5.9 扫描范围树脂基复合材料超声检测仪屏幕水平方向的显示范围。使用试块D进行扫描范围校准,校准结果不小于2 0.0mm。5.1 0 扫描灵敏度使用试块D进行扫描灵敏度校准,校准结果不大于3.0mm。只适合带自动扫描功能的树脂基复合材料超声检测设备。5.1 1 胶接缺陷检测灵敏度胶接检测仪可检出的最小缺陷尺寸,通常用圆形缺陷直径或矩形缺陷边长或蜂窝格数表示。使用试块E1E3(见附录A.5A.7)进行胶接缺陷检测灵敏度校准,校准结果不大于1 2mm或1 2mm1 2mm或不大于3个蜂窝格。只适合胶接结构检测仪器。6 校准条件6.1 环境条件a)气压:(8 61 0 6
16、)k P a。b)温度:1 53 5。c)相对湿度:3 0%9 0%。6.2 测量标准及其他设备a)千分尺:量程(02 5)mm,最大允许误差0.0 0 8mm。b)对比试块:试块AE。5J J F1 7 2 82 0 1 87 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目见表1。表1 校准项目一览表序号项目名称计量特性条款号校准方法条款号1外观检查7.2.17.2.12水平线性误差5.17.2.23垂直线性误差5.27.2.34纵向分辨力+5.37.2.45近表面分辨力+5.47.2.56近底面分辨力+5.57.2.67脉冲回波周期数+5.67.2.78检测灵敏度5.77.2.89基线电噪声5
17、.87.2.91 0扫描范围5.97.2.1 01 1扫描灵敏度5.1 07.2.1 11 2胶接缺陷检测灵敏度5.1 17.2.1 2 注:“+”表示采用脉冲超声穿透法检测的树脂基复合材料检测仪可不作要求。7.2 校准方法7.2.1 外观检查a)目视树脂基复合材料超声检测仪、换能器等外表、显示等部分应无表面明显的磕碰、裂痕等;b)目视和手工检查各连接座、旋钮、键盘等应无松动、坏损,各种连接线缆等应完好;c)对于树脂基复合材料超声检测设备各轴应运动平滑、无异响或卡壳现象,极限位置保护等应完好,电机应无过热现象;d)应具有完好标识、准用标识、型号和出厂编号标识;e)显示屏幕信号显示迹线稳定,无影
18、响检测信号显示的跳动;f)树脂基复合材料超声检测设备应能进行信号闸门位置与宽度、扫描参数等正常设置,图像显示正常,当采用喷水或水膜或水浸耦合时,应保证良好的耦合;g)检测参数设置、信号显示、报警、存储等功能正常。7.2.2 水平线性误差a)将换能器置于试块A表面上,并保持良好的耦合,如图5所示;6J J F1 7 2 82 0 1 8图5 水平线性误差校准方法示意图 b)调节树脂基复合材料超声检测仪增益、扫描延迟和扫描范围等控制器,以显示3个无干扰的底面反射回波信号,如图6所示;c)调节树脂基复合材料超声检测仪增益,将第1个底面反射回波信号(B 1)调至5 0%满屏刻度,记录此时第1个底面回波
19、信号波峰的水平刻度x1;d)调节树脂基复合材料超声检测仪增益,将第2个底面反射回波信号(B 2)调至5 0%满屏刻度,记录此时第2个底面回波信号波峰的水平刻度x2;e)调节树脂基复合材料超声检测仪增益,将第3个底面反射回波信号(B 3)调至5 0%满屏刻度,记录此时第3个底面回波信号波峰的水平刻度x3;f)按公式(7)计算水平线性误差:L=|x2-x1+x32|Hs1 0 0%(7)式中:L 水平线性误差,%;Hs 水平满屏刻度数;x1 第1个底面回波波峰B1的水平刻度数;x2 第2个底面回波波峰B2的水平刻度数;x3 第3个底面回波波峰B3的水平刻度数。图6 水平线性误差校准信号示意图7.2
20、.3 垂直线性误差a)将换能器置于试块C表面上,并保持良好的耦合,如图7所示。7J J F1 7 2 82 0 1 8图7 垂直线性误差校准方法示意图 b)移动换能器在试块C中缺陷F2的位置,调节树脂基复合材料超声检测仪增益、扫描延迟和扫描范围等控制器,使来自试块C中缺陷F2回波信号D的幅度和底面回波信号B的幅度比目测为H1:H2=21,如图8所示。c)调整树脂基复合材料超声检测仪增益,使D以“一大格”的增量从满屏刻度的一个大格变化至满屏刻度的1 0 0%,读出并记录D和B的幅度值,D和B的理论值见表2。d)垂直线性误差用回波信号B的理论值与实测值的最大正偏差与最大负偏差之和表示。按公式(8)
21、计算垂直线性误差:=H+m a xHv+H-m a xHv(8)式中:垂直线性误差,%;Hv 满屏幕的垂直大刻度数D i v,由树脂基复合材料超声检测仪显示屏幕决定,通常D i v=8或1 0个大刻度格;H+m a x 回波信号B的理论值与实测值的最大正偏差;H-m a x 回波信号B的理论值与实测值的最大负偏差。图8 垂直线性误差校准信号示意图8J J F1 7 2 82 0 1 8表2 D和B理论值与实测记录信息D的幅值H1(用屏幕大格数表示)B的理论幅值H2(用屏幕大格数表示)B的实测幅值H 2(用屏幕大格数表示)H=H2-H 210.52131.54252.56373.58494.51
22、 057.2.4 纵向分辨力a)将换能器连接至树脂基复合材料超声检测仪,选择反射模式,接通仪器电源;b)将换能器置于试块B表面上,并保持良好的耦合;c)调节树脂基复合材料超声检测仪增益/衰减,使来自试块B的表面回波信号F、底面回波信号B位于树脂基复合材料超声检测仪屏幕适合观察的位置,底面回波信号B的幅值处于仪器满屏的5 0%1 0 0%范围内;d)移动换能器找到试块B中最边缘缺陷F1或F4的回波信号D,如图9所示;图9 纵向分辩力校准方法示意图e)向缺陷内侧移动换能器至出现相邻深度缺陷回波信号(图1 0中所示的回波信号D2或D1),缓慢移动换能器,使两个相邻深度缺陷回波信号D1和D2幅值相近且
23、达到最高;f)两相邻深度缺陷回波信号D1、D2若目视清晰可辨,此时hD 2=hD 1+hp,则纵向分辨力按公式(1)或公式(2)计算;g)若D1、D2重叠不可分辨,则需选用np更大的试块,按照此节b)f)重新进行校准。9J J F1 7 2 82 0 1 8(a)特征波形1 (b)特征波形2图1 0 纵向分辩力校准信号示意图7.2.5 近表面分辨力a)将换能器置于试块C的无缺陷区,并保持良好的耦合,如图1 1所示;图1 1 近表面分辨力校准方法示意图 b)调整树脂基复合材料超声检测仪增益、扫描延迟和扫描范围等控制器,使试块底面回波信号幅度达到满屏刻度的5 0%;c)移动换能器在试块C上的位置,
24、使换能器位于试块缺陷F1处;d)记录换能器位于缺陷F1处的缺陷回波信号D,如此时能清晰地显示出表面回波信号F和缺陷回波信号D的波峰,如图1 2所示,此时hD=hp、nE=1,按公式(3)或公式(4)计算近表面分辨力;e)如此时表面回波信号F和缺陷回波信号D的波峰重叠不可分辨,则需选用nE更大的试块,按照此节a)d)重新进行校准。01J J F1 7 2 82 0 1 8图1 2 近表面分辨力校准信号示意图7.2.6 近底面分辨力a)使用千分尺测量试块C的厚度h,并将换能器置于试块C无缺陷区,并保持良好的耦合,如图1 1所示;b)调整树脂基复合材料超声检测仪增益、扫描延迟和扫描范围等控制器,使试
25、块底面回波信号幅度达到满屏刻度的5 0%;c)移动换能器在试块C上的位置,使换能器位于试块缺陷F3处;d)记录换能器位于缺陷F3处的缺陷回波信号D,如此时能清晰地显示出底面回波信号B和缺陷回波信号D的波峰,如图1 3所示,此时hD=h-hp、nF=1,按公式(5)或公式(6)计算近底面分辨力;e)如此时底面回波信号B和缺陷回波信号D的波峰重叠不可分辨,则需选用nF更大的试块,按照此节a)d)重新进行校准。图1 3 近底面分辨力校准信号示意图11J J F1 7 2 82 0 1 87.2.7 脉冲回波周期数a)将换能器连接至树脂基复合材料超声检测仪,选择反射模式,接通树脂基复合材料超声检测仪电
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