复合材料结构超声检测的不确定度评定

杨超

摘要：超声检测技术在缺陷定位和定位测量的过程中，呈现出了准确性和可靠性的特点，在复合型材料结构的检测行业当中得到了较为广泛的应用。为了充分的保障检测和评定结果的质量，需要对复合材料结构超声检测的不确定程度进行评定，从而强化检测结果的可信度。在基于超声反射法检测碳纤维增强复合材料时，需要对不同尺寸的平底孔缺陷进行检测，保证检测阶段的定量性，利用底波幅值衰减的方法标定缺陷的边界，从而获得缺陷的实际尺寸，建立不确定度传递的数学模型，通过对影响检测结果的干扰因素进行分析，得出复合材料结构超声检测不确定度评定的相关结果。

关键词：复合材料结构;超声检测;不确定度;评定

超声检测是控制并保障钛-钢复合材料质量的有效方法，通过对材料内部缺陷或者不均匀程度所引起的声波变化进行检测，对材料的缺陷、性质、深度和尺寸等进行判断。随着大众对复合材料超声检测技术的认知程度不断加深，在复合材料超声检测的过程中，通过对不确定度的定量化设置，建立了完善的表征系统，掌握了误差和重复性随机误差出现概率，通过对影响检测结果的综合性因素进行分析，以不确定度作为超声检测结果质量保证基础评定标准，在基于表征检测结果的同时提高了检测结果的可信度。

一、复合材料超声检测与金属材料超声检测之间的不同

对于复合型的材料来说，在一般情况下可以使用超声反射法或者超声穿透法，通过对边界缺陷的检验确定相应的尺寸。不仅如此，还可以将不同类型的成像模式进行整合，在相互融合的基础上对复合材料的内部缺陷进行表征。金属材料在通常情况下采用的是距离-辐度曲线法，并表示其缺陷的当量实际尺寸，而不确定度的评定阶段也需要建立在当量尺寸的基础上。由于现阶段从不确定的角度入手，加强评定缺陷尺寸检测结果质量等方面的研究相对较少，可以利用超声反射法和超声相控阵检测复合材料的缺陷，并评定相应的不确定度，从检测仪器的角度入手分析不同类型的检测参数对于缺陷检出概率曲线和不确定程度所造成的影响，结合超声检测阶段不确定度的主要来源以及其分量对实际检测结果所造成的干扰，针对复合型材料当中的缺陷尺寸对超声检测结果不确定度进行合理的评定。

二、实验材料的准备和方法的制定

首先，在材料的非检测面预制平底孔时，需要以模拟分层缺陷为主将孔直径设置为3mm、6mm、10mm以及14mm，从而获取以对比试块为主的超声C扫描成像结果，需要对对比试块的尺寸予以确定，选用特定的材料并利用热压罐成型工艺和准各项层压板结构，将实际的尺寸保持在183mm×132mm左右，实际的厚度为3.26mm。其次，实验室的温度为（23±2）℃，相对湿度则需要保持在（50%±5%）RH的范围内，还需要以钢板尺为主，将其作为主要的计量器具进行使用，其最小刻度为0.5mm。最后，需要对设备以及计量器具进行检测。将复合材料超声检测设备的型号设置为FCC-B，镜片的直径设置为30mm，焦距为50mm，聚焦换能器的型号为FJ-1中心，频率调整为5MHz，焦柱的直径则为0.5mm。

三、检测方法的确定

利用超声反射法检测对比试块中所模拟的分层缺陷，根据超声6dB法对缺陷的边界予以确定，以无缺陷处的底波幅值为基础标准，将换能器从无缺陷区域向有缺陷区域进行移动，当发现底波幅值降低为6dB时，所标记的缺陷边界点可以设置为P，将各个边界点进行相互串联，从而得到缺陷区域的轮廓情况，进一步得出清晰的图纸内容。将所需检测的缺陷区域中距离最远的两个边界点的距离进行测定，在得出垂直于两点之间长度方向边界点距离时，进一步计算出缺陷的尺寸，再对缺陷尺寸超声检测结果进行重复检测，最后得出平均值。

四、评定输出量的标准不确定度

首先，需要对缺陷边界点的标准不确定度进行评定。将缺陷边界点标定为P，在引入相关标准的基础上确定不确定度的主要来源。一方面是由超声检测仪器灵敏度引入标准运行过程中对分量不确定度的评定，另一方面是在超声6dB法的作用下，通过对缺陷区域边界点的标定，对引入标准不确定度的分量进行评定。其次，对于由超声6dB法所引入的不确定度来说，经过计量科学研究院的测试，确定了超声检测仪器的型号以及垂直线性误差，可以看出该系列的超声检测所允许的最大垂直线性误差为5%，在均匀分布原则的指导基础上得出了区间半宽度，进一步获得了引起标准不确定度分量数据。最后，对于由超声检测仪器灵敏度引入的不确定度来说，经过计量科学研究院的不断测试，得出了超声检测仪器的衰减误差和准确程度，并设置了清晰的等级。采用超声6dB法标定缺陷区域的实际边界点时，不仅可以得出实际的衰减量，还能够获得最大允许程度下的衰减误差，坚持均匀分布的原则得出了区间的半宽度，并进一步获取了引起标准不确定度分量的数据。

五、测定缺陷长度和宽度的标准不确定度

一方面，需要基于缺陷宽度测定标准得出不确定度。根据合理的检测方法以及清晰的数据模型，列出各项不确定度分量的主要来源，明确掌握缺陷区域宽度与缺陷区域长度测定标准，可以看出不确定度具有趋同性。对于缺陷尺寸检测重复性所引起的标准不确定度来说，不仅得出了检测值和缺陷尺寸相关数据，再由超声检测的重复性实验引入相对不确定度的相关数据，还可以看出标准试块当中不同的模拟缺陷，由检测重复性引起的缺陷尺寸相对不确定度有所不同。另一方面，还需要测定缺陷长度不确定度。首先，需要测量边界点的间距，并得出引入标准不确定度分量情况。其次，需要在标准试块模拟情况下，得出缺陷尺寸不确定度的分量。最后，需要基于钢板尺分辨力引入，得出标准不确定度分量。

六、明确超声检测法在复合材料结构不确定度评定阶段的重要作用

首先，在评定不确定度的过程中，可以结合评价检测的主要结果，在确保监测结果可靠性的基础上，若不确定度的相关数據越小，所得出的检测结果与被检测的缺陷尺寸的真值更加接近，所使用的检测方法和检测技术水平会不断提高，从而保障了检测结果的可信度和可依赖程度。其次，在分析钛-钢复合板材料缺陷超声检测结果不确定度评定阶段的过程中，可以将评定结果划分成为A类不确定度评定和B类不确定度评定等两种不同的部分。其中，对于B类不确定评定来说，需要对仪器、方法和试块等多种不同的因素予以综合性的考虑，从而引入的不确定分量，而A类不确定度的评定主要来源为检测实验结果的统计与分布，在重复性实验结果的影响下，对相应的标准偏差进行了表征处理。再次，由于影响钛-钢复合板型材料缺陷超声检测的干扰因素具有多样化的特点，在评定不确定度的过程中，需要从材料结构、检测方法、缺陷性质、检测灵敏度等不同的方面入手，明确掌握影响检测结果的因素来源。最后，在评定不确定度的过程中，还有助于强化各项检测结果之间的可比性。例如：在利用超声检测方法时，对钛-钢复合型材料实施超声类检测，不仅能够得出检测的灵敏程度，还可以获取精准的检测结果、不确定度以及相对拓展不确定度。若两次的检测结果误差相差在15%以内时，则可以判定缺陷尺寸稍微出现明显的变化。

结论：

利用超声反射法检测钛-钢复合型材料结构不确定度的过程中，需要结合实际的检测结果对相关干扰因素所带来的影响予以综合性的考虑和深入的分析，从而得出缺陷尺寸不确定度的评定结果，有助于保障实际检测结果的可靠性。在传统的检测工作中通常是以误差表述为主，判定超声检测结果的准确性与可靠性，而误差则表明了被检测主体的估计值以及偏离参考量值的程度。对于复合材料超声检测作业来说，可以通过对不确定度等数据信息的引入，保障系统误差和重复性随机误差的定量表征效果，在可信的概率范围之内评定检测结果的综合影响程度，利用不确定度等相关数据表明测量值所呈现出的分散性特点，将不确定度等相关数据作为超声检测阶段的评定标准，保障最终检测结果的质量。

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