復合材料孔隙超聲反射法和穿透法檢測對比分析

史俊偉,劉松平,荀國立

（中航復合材料有限責任公司 檢測與評估研究室，北京 101300）

碳纖維增強樹脂基復合材料（carbon-fiber reinforced polymer composites，CFRP）以其優異的比強度、比剛度、輕量化、耐腐蝕性及疲勞性能已經廣泛應用于航空航天等領域，并逐步由次承力結構發展應用到航空器的機翼、機身、垂尾等大型關鍵的主承力結構件，是實現航空器的輕量化和高性能化的主要發展方向[1-2]。

復合材料結構在制造過程中會受材料體系、成型工藝、結構特點等因素的影響，其內部會產生不同類型的工藝缺陷；同時在服役過程中，使用環境、應力集中和疲勞載荷等均會引起復合材料結構損傷，甚至給航空器造成災難性的后果?？梢哉f，復合材料結構內部缺陷是影響其整體性能和使用壽命的重要因素，建立可靠有效的檢測方法是促進復合材料結構應用發展的關鍵技術[3-4]。

孔隙類型缺陷是復合材料結構中主要的缺陷類型之一，在尺寸量級、彌散性分布及微觀形貌等特征與分層、富脂、夾雜、氣孔等常規的宏觀缺陷有著十分明顯的區別?？紫度毕莩尸F出兩個主要的特點[5]：一是其尺寸量級在10~100 μm，遠遠小于常規的宏觀缺陷；二是其在材料內部呈現彌散性分布特征。這兩點決定了復合材料中的孔隙缺陷的檢測方法應有別于常規宏觀缺陷的檢測方法。常規宏觀缺陷要求所采用的超聲檢測方法能夠對缺陷尺寸和深度等信息給予定量檢測，然而，對于孔隙類型的缺陷，通過超聲檢測往往無法對單一孔隙的尺寸進行定量檢測，逐一對孔隙缺陷進行定量檢測的成本太高，從孔隙對力學性能影響的角度來看，對彌散類孔隙缺陷整體含量的評估意義遠大于對單個孔隙的過度化檢測。所以，對于孔隙缺陷的超聲檢測方法應采用定性檢測和定量評估的方法，定性檢測是指能夠對檢出的疑似缺陷進行缺陷性質的判定，定量評估包括孔隙缺陷簇群的尺寸定量（dimension）和孔隙率（porosity）的評估定量。

超聲檢測是碳纖維復合材料孔隙率檢測的主要方法[4]，主要是基于孔隙對超聲信號的影響，提取超聲特征參數，建立特征參數與孔隙率的經驗公式，得到孔隙率的數值化檢測結果。受孔隙率影響的超聲特征參數包括：超聲衰減、聲阻抗、聲速、信號頻譜、非線性系數等。林莉等[6]基于孔隙會改變材料的密度和聲速的原理，建立了超聲聲阻抗Zc與孔隙率 p 的檢測模型為 Zc= 15.64p2- 354p + 4812.2；陸銘慧等[7]和Ishii等[8]通過聲速來檢測孔隙率，需要指出的是獲取聲速特征值需要測量渡越時間，而由孔隙引起渡越時間的變化在ns級，對測量儀器精度的要求較高；陸銘慧等[9]針對經典非線性系數、改進型非線性系數以及衰減系數三個參量進行孔隙率評價的對比研究，指出非線性系數適用于低孔隙率的碳纖維層壓板的孔隙率評價。Ki等[10]、何曉晨等[11]通過對背散射波進行頻譜分析檢測評估孔隙率，指出背散射波高頻分量的峰值頻率隨孔隙率的增加呈指數下降。

孔隙率的檢測和表征方法主要有：超聲A-Scan、超聲C-Scan、超聲相控陣、瑞麗波以及數值化評估等。李釗等[12]基于穿透法建立了變厚度碳纖維復合材料孔隙率超聲衰減模型，Okahara等[13]采用聚焦換能器對R區結構進行孔隙率檢測，均指出基于平板建立的檢測模型應用于變厚度或曲面結構的孔隙檢測之前需要進行修正。李樹健等[14]采用超聲相控陣C掃描方式獲取圖像，并通過灰度化和二值化處理進行孔隙缺陷的定量表征。何方成等[15]采用超聲C-掃描成像技術對樹脂基復合材料孔隙率進行超聲表征，探索了一種評定樹脂基復合材料孔隙率的方法。馬雯等[16]、陸銘慧等[7]分別以熱壓成型和RTM成型的玻璃纖維復合材料為研究對象，基于超聲C-Scan研究了孔隙率對聲速、聲阻抗、反射系數及衰減系數等特征參數的影響，前者指出當孔隙率在0.976%~5.268%范圍內時，平均超聲衰減系數與孔隙率近似呈線性關系，后者則特別研究了超聲衰減系數和非線性特征參數隨孔隙率的變化規律。劉繼忠等[17]、張翔等[18]、梁向雨等[19]從孔隙形態和孔隙尺寸的角度對含孔隙的復合材料進行模擬分析，并建立了孔隙率超聲衰減模型。Je等[20]采用同側發射-接收換能器產生瑞麗波進行孔隙率檢測，指出瑞麗波對近表面材料內部孔隙具有較高的檢測靈敏度。研究結果表明，材料的聲學特征參數可有效地表征孔隙率，且孔隙率的檢測方法與表征形式多種多樣，其中基于超聲衰減建立量化評估檢測的超聲檢測方法是準確性高、易實現、成本低，工程化應用最廣泛的碳纖維增強樹脂基復合材料孔隙率評估方法。

通過對前人研究結果的分析，本文作者發現大部分的研究結果是采用某一種特定的檢測方法實施復合材料孔隙率的檢測與評估，缺乏不同檢測方法之間檢測能力的橫向比較，可能會導致孔隙率評定結果的不一致。本工作通過工藝參數偏離的方法制備具有不同孔隙率含量的復合材料檢測對比試塊，以工程上最為廣泛采用的超聲反射法和超聲穿透法檢測孔隙率，進行超聲A-Scan檢測與超聲C-Scan成像檢測，從孔隙缺陷的檢測分辨力、量化評估及可視化表征等多個方面，對比兩種方法對碳纖維增強樹脂基復合材料結構內部孔隙缺陷的定性檢測與定量評估能力。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗材料

采用中模高強碳纖維增強M21C環氧樹脂單向帶預浸料制備孔隙率超聲檢測對比試塊，試塊為層壓板結構，尺寸為 100 mm × 80 mm × 4 mm，采用準各向鋪疊 [45/0/－ 45/90/45/0/－45/90/45/0/]s，單層厚度約為0.186 mm，共21層。試塊采用真空袋-熱壓罐固化工藝，0%孔隙率試塊采用標準固化工藝制備成型，含孔隙缺陷的試塊采用固化工藝參數（壓力、溫度、成型時間等）偏離的方法制備成型，孔隙率級差0.0%~3.0%。

對比試塊孔隙率的標定依據《GB/T 3365—2008碳纖維增強塑料孔隙含量和纖維體積含量試驗方法》，在具備典型孔隙特征的對比試塊周邊區域進行取樣，將材料沿不同截面（0°、 ± 45°、90°）剖開，經打磨和拋光后在金相顯微鏡下進行拍照觀察，采用專用的金相分析軟件進行全剖面統計，計算孔隙面積所占全統計視野面積的百分比，即采用金相顯微統計復合材料孔隙率對比試塊的面積孔隙率，以全覆蓋的截面觀測數據點作為統計基礎數據，可以得到精度較高的孔隙率金相統計值，并以此作為試塊的孔隙標定值。

孔隙率超聲對比試塊按主次承力結構的驗收等級劃分特征孔隙級差（porosity level），孔隙率（porosity）由金相觀察統計給出，如表1所示。

表1 孔隙率超聲檢測對比試塊Table 1 Blocks for porosity measurement

1.2 設備及參數

超聲反射法A-Scan檢測采用MUT-1數字式復合材料超聲檢測儀及FJ高分辨率寬帶窄脈沖超聲換能器。超聲換能器頻率為5 MHz，換能器晶片直徑為?30 mm，焦距為 50 mm，焦柱直徑為?0.5 mm，聚焦聲柱有效長度 > 10 mm，水程可調，脈沖回波信號特性：< 1.5周，具備良好的單周特性，與所采用的檢測儀器匹配，其盲區不大于0.15 mm或單個復合材料鋪層厚度。超聲反射法C-Scan檢測采用CUS-21J水浸式檢測系統，底波幅值成像，掃描速率為 90 mm/s，步進為 1 mm，增益為 68 dB，掃描范圍 100 mm × 80 mm。

超聲穿透法A-Scan檢測和C-Scan檢測均采用MUI-21噴水式檢測系統及高能量非聚焦脈沖超聲換能器。該超聲換能器具有穿透能力高、聲波能量大、多周、聲束非聚焦等特性，頻率為5 MHz，換能器晶片為平面晶片，晶片直徑為?16 mm，聲束擴散 > ?16 mm，噴水耦合，水程可調。C-Scan 檢測為透射波幅值成像，掃描速率為50 mm/s，步進為1 mm，增益為 0 dB，掃描范圍 100 mm × 80 mm。

1.3 實驗方法

當超聲波在復合材料中傳播時，其聲波能量會受到聲束擴散、吸收、反射、散射等因素的影響而產生衰減，復合材料介質中出現不同含量的孔隙會加劇聲波在孔隙缺陷周圍的散射作用，通過建立聲波衰減量與孔隙率的量化關系可建立復合材料孔隙率超聲檢測方法。

相關研究表明[4]，聲波衰減α與孔隙率之間的關系通常可表述為：

式中：k是關于超聲頻率f，孔隙大小d，孔隙形狀s，以及孔隙分布l的函數量；通常與孔隙率p呈線性關系。

對于聲波衰減α，通常采用超聲反射法和超聲穿透法測得，如圖1（a）和（b）所示。超聲反射法采用一個探頭兼作發射和接收換能器，入射聲波經由復合材料檢測入射面傳播到底面，再由底面反射回入射面，通過脈沖反射波的幅值、相位、時間渡越進行孔隙缺陷的檢測和評估；超聲穿透法采用雙探頭分別置于在復合材料兩側，一發一收，入射聲波經由復合材料入射側傳播到接收側，通過穿透聲波的幅值衰減進行孔隙缺陷的檢測和評估。

根據超聲檢測結果，在孔隙率分布均勻的區域進行4組金相取樣，取樣方向與0°纖維方向分布呈 0°、90°、+45°和–45°，如圖 2 所示。依據 GB/T 3365—2008標準采用SHC-SV金相顯微鏡測定孔隙率，孔隙率p由視場內孔隙總面積占觀察截面的百分比給出，計算4組金相取樣的孔隙率平均值，并在100倍視場內觀察孔隙的微觀形貌特征，以驗證超聲檢測結果的有效性。

2 結果與分析

2.1 超聲 A-Scan 檢測結果與分析

圖1 孔隙率檢測實驗方法 （a）超聲反射法；（b）超聲穿透法Fig. 1 Experimental methods for porosity measurement （a）ultrasonic pulse-echo reflection method；（b）ultrasonic throughtransmission methods

圖2 金相取樣示意圖（灰度分布圖由超聲C-Scan成像檢測給出）Fig. 2 Metallographic sampling schematic（grey-distribution image obtained by ultrasonic C-Scan test）

超聲反射法典型A-Scan檢測結果如圖3所示。由脈沖超聲換能器向復合材料內部發射入射聲波如①，超聲波在材料內部傳播經由底面反射回至入射表面形成底面回波如②，當材料內部出現孔隙缺陷時，入射聲波在孔隙缺陷周圍發生或反射或散射或透射的復雜聲學行為，缺陷所引起的反射聲波、散射聲波、透射聲波如③，并造成底波能量衰減。由圖3可見，不同的孔隙率級差與底波幅值呈現負相關性，可以通過底波幅值進行孔隙缺陷含量的定量評估；孔隙缺陷的相關信息隱含在A-Scan的特征波形①~②之間，因孔隙缺陷尺寸量級在10~100 μm，換能器的參數是識別孔隙缺陷重要影響因素，通?？梢詮目紫度毕莶ǖ臅r域分布、幅值、相位及隨換能器移動所表現出的波形響應進行判別。

超聲穿透法典型A-Scan檢測結果如圖4所示。由發射超聲換能器向復合材料內部發射入射聲波如①，超聲波經由材料內部傳播（穿透）至接收端，由接收超聲換能器接收到透射波如②，當材料內部出現孔隙缺陷時，除材料本身所引起的衰減外，透射波②會因入射聲波①在孔隙缺陷周圍發生或反射或散射或透射的復雜聲學行為而造成聲波能量的損失，表現為透射波②幅值的降低。由圖4可見，不同的孔隙率級差與透射波幅值呈現負相關性，可以通過透射波幅值進行孔隙缺陷含量的定量評估；單純從透射波的波形信息中無法判定聲波衰減來自孔隙缺陷或者其他類型的宏觀缺陷或者材料本身，故采用超聲穿透法無法進行孔隙缺陷的定性判定和識別。

通過對比超聲反射法與超聲穿透法對孔隙缺陷的A-Scan檢測結果可知，雖然兩種方法均基于特征波的能量衰減進行孔隙級差的數值評估，但超聲反射法明顯對孔隙缺陷更為敏感，對孔隙率的級差劃分更為細致。

以0%孔隙率對比試塊的特征波形幅值為基準，計算超聲反射法與超聲穿透法對于不同級差的孔隙對比試塊的相對衰減dB值，其數學關系表述為：

式中：H0為0%孔隙率對比試塊的特征波幅值占滿屏的百分比，%；H為含孔隙缺陷的孔隙率對比試塊的特征波幅值占滿屏的百分比，%；α為相對衰減值，dB。

圖3 超聲反射法 （a）原理圖；（b）典型 A-Scan 檢測結果Fig. 3 Pulse-echo reflection method （a）schematic diagram；（b）typical A-Scan results

圖4 超聲穿透法 （a）原理圖；（b）典型 A-Scan 檢測結果Fig. 4 Through-transmission method （a）schematic diagram；（b）typical A-Scan results

分別采用兩種方法在6組孔隙率對比試塊的有效檢測區域內進行全覆蓋的A-Scan檢測，隨機記錄10個采樣點處的特征波幅值，計算其特征波的平均幅值及標準差σ，計算不同級差的孔隙對比試塊的相對衰減dB值，結合金相標定孔隙值，檢測結果如表2所示。擬合得到M21C環氧樹脂單向帶預浸料復合材料層壓板制件的孔隙率衰減評估曲線，如圖5所示。單一的孔隙具有離散性和隨機性，主要體現在大小不一、形貌各異、隨機分布等，采用超聲反射法和超聲穿透法進行孔隙率的定量檢測，是基于某一檢測點處聲柱范圍內所有厚度的孔隙對聲波的綜合衰減效應，標準差可體現孔隙分布的均勻性。超聲反射法采用聚焦換能器，其聚焦聲柱直徑為?0.5 mm，聲柱覆蓋范圍內孔隙數量較少，由孔隙的離散性（包括大小、位置、形貌）造成超聲相對衰減的標準差就較大，當孔隙率增加至2.0%以上時，相對衰減的標準差降低，說明此時有效聲柱覆蓋范圍內孔隙尺寸增大、數量增多、分布更密集，超聲檢測結果顯得更均勻；超聲穿透法采用非聚焦換能器，聲柱 >?16 mm，有效聲柱覆蓋范圍內孔隙數量較多，由孔隙的離散性造成超聲相對衰減的標準差較小。通過比較表2中超聲反射法和超聲穿透法的相對衰減的標準差也可說明，超聲反射法對微小孔隙缺陷更敏感。

圖5為兩種方法測出的孔隙率衰減曲線。由圖5可見，隨著孔隙率的增加，特征波幅值相對于0%孔隙率試塊時的衰減dB值呈現出指數形式的增加。對兩種方法所得到的衰減曲線采用擬合公式為：

表2 兩種方法的 A-Scan 檢測結果對比Table 2 Comparisons between A-Scan results of two methods

圖5 超聲反射法和超聲穿透法的孔隙率衰減曲線Fig. 5 Porosity attenuation curves for ultrasonic pulse-echoreflection and through-transmission methods

式中：α為兩種方法中特征波幅值相對0%孔隙率時的衰減，dB；α0為常量；A為強度；t為增長幅度；p為孔隙率，%；

超聲反射法與超聲穿透法對孔隙率的指數擬合可分別表述為：

式中：αr為超聲反射法中底波幅值相對0%孔隙率時的衰減，dB；αt為超聲穿透法中透射波幅值相對0%孔隙率時的衰減，dB。

表3中對兩種檢測方法的指數擬合模型進行評估，分別給出了3個評價指標：誤差平方和（reduced chi-sqr），決定系數（residual sum of squares）、校正決定系數（adjusted r-square）。超聲穿透法的誤差平方和較小，說明相比于超聲反射法，超聲穿透法更服從指數擬合模型；決定系數描述輸入變量（孔隙率p）對輸出變量（相對衰減α）的相關程度，值的范圍為0~1，反射法擬合的決定系數大于1，說明其可能是多變量線性回歸，這也印證了前文所述的聲波的衰減不僅與孔隙率有關，還與超聲頻率f，孔隙大小d，孔隙形狀s，以及孔隙分布l等多個變量相關[4]；校正決定系數在0~1范圍內越大，說明擬合程度越好，兩種檢測方法的校正決定系數均接近1，該指標表明兩種方法較好地服從指數擬合模型。超聲衰減α與孔隙率p關系的研究存在多種形式的擬合模型，例如高曉進等[21]建立了線性擬合模型α= 4.025 + 0.093p，周曉軍等[22]建立了二次擬合模型α=C1+C2p+C3p2，劉繼忠等[23]基于孔隙的形貌特征以孔隙率p= 1.5%為分界點進行分段擬合。本工作采用指數擬合模型，由評價指標可見該擬合模型具有一定的合理性，但由于超聲衰減的影響因素較多，應采用孔隙率對比試塊修正擬合模型來實施孔隙率檢測與評估。

表3 兩種方法的指數擬合優劣評價Table 3 Criterions of the advantages and disadvantages of the two methods of exponential fitting

2.2 超聲 C-Scan 檢測結果與分析

對6件孔隙率對比試塊實施超聲C-Scan掃描成像檢測，可以直觀地得到孔隙缺陷的分布特征及孔隙率的灰度成像表征。圖6為兩種方法超聲C-Scan檢測結果。

通過對比圖 6（a）與（b）中的 C-Scan檢測結果可知，兩種方法均可以對不同含量的孔隙缺陷進行可視化表征，孔隙率與成像結果的灰度值具有相關性，孔隙率越高，成像結果的灰度越低，超聲反射法的C-Scan成像結果具有更高的檢測分辨率，這主要是因為超聲反射法采用了聚焦換能器，具備更高的檢測分辨率，而超聲穿透法受收-發換能器對中和單倍水程的限制，采用非聚焦換能器，其檢測分辨率較低。

超聲C-Scan成像檢測方法建立在A-Scan波形的基礎上，將超聲反射法中的底面回波幅值和超聲穿透法中的透射波幅值表征為灰度級差，其關系為：

式中：g為底面回波幅值或透射波幅值所對應的灰度值；H0為0%孔隙率對比試塊的特征波幅值占滿屏的百分比，%；H為含孔隙缺陷的孔隙率對比試塊的特征波幅值占滿屏的百分比，%。

結合式（2）與式（3），則孔隙率可由成像結果灰度的明暗直觀地表現出來，其對應關系可表述為：

圖6 孔隙率 0%~0.5%（1），1.0%~1.5%（2），1.5%~2.0%（3），2.0%~2.5%（4），2.5~3.0%（5），2.5%~3.0%（6）對比試塊的C-Scan檢測結果 （a）基于超聲反射法；（b）基于超聲穿透法Fig. 6 C-scan results of test blocks with porosity of 0%~0.5%（1），1.0%~1.5%（2），1.5%~2.0%（3），2.0%~2.5%（4），2.5~3.0%（5），2.5%~3.0%（6） （a）ultrasonic pulse-echo reflection method；（b）ultrasonic through-transmission method

因為孔隙缺陷具有離散分布的特點，對比試塊上每點的孔隙率評估值在其孔隙級差范圍內呈現正態分布的規律。掃查過程中由設備自動記錄檢測點處的界波幅值和底波幅值，每塊樣品截取數據點中段的100組檢測點作為有效區域的數據點，繪制其灰度值的概率密度曲線。根據式（6）所述，成像灰度值與孔隙率存在一一對應的關系，所以對比試塊上每點的孔隙率評估值在其級差范圍內的分布可以映射到成像灰度值在其灰度范圍內的分布，則其分布函數可表述為：

對比試塊的孔隙率評估值近似服從正態分布的分布規律，其概率密度曲線可表述為：

式中：μ為對比試塊所有采樣點的孔隙率均值，%，該值通常可根據金相標定的孔隙率進行適當調整；σ為對比試塊所有采樣點的孔隙率方差，%2，該值描述了對比試塊中孔隙率評估值的離散程度。

圖7和圖8分別為采用兩種檢測方法所得到的6件孔隙率對比試塊的孔隙率評估值的概率密度曲線?？梢?，隨著孔隙率的增加，孔隙缺陷的尺寸、位置及形貌表現出更大的離散性。需要指出的是，在圖7中，5#和6#試塊所表現出的離散性小于3#和4#試塊，這是因為由于高孔隙率所引起超聲反射法的聲波衰減過高，導致其對2.0%~3.0%級差范圍內的孔隙率評估能力不足；從圖8中可以看到，5#和6#試塊的孔隙率評估值的離散性是大于3#和4#試塊的。

圖7 基于超聲反射法的孔隙率概率分布曲線Fig. 7 Porosity probability distribution curves obtained by ultrasonic pulse-echo reflection method

圖8 基于超聲穿透法的孔隙率概率分布曲線Fig. 8 Porosity probability distribution curves obtained by ultrasonic through-transmission method

當孔隙率級差分布在0%~2.0%之間時，超聲穿透法對于1#~3#對比試塊的孔隙率概率分布曲線幾乎重合，無法實現該級差范圍內的孔隙率超聲評估，而超聲反射法對于孔隙類型缺陷具有較高的分辨能力，其入射聲波對孔隙引起的衰減十分敏感，所以超聲反射法對0%~2.0%范圍內的孔隙率級差的分辨能力要優于超聲穿透法。當孔隙率級差分布在2.0%~3.0%之間時，超聲反射法的反射波受孔隙缺陷的影響而幅值變低，對5#和6#對比試塊的孔隙率的概率分布曲線幾乎重合，說明超聲反射法對于高孔隙率的復合材料層壓板的孔隙率評估能力較弱，而超聲穿透法因其透射波的聲波能量較強，能夠有效地穿透高孔隙率的復合材料層壓板，分辨其孔隙率級差。

2.3 金相結果與分析

孔隙類型缺陷在尺寸量級、分布位置以及微觀形貌等與分層、富脂、夾雜等常規的宏觀缺陷有著十分明顯的細觀區別。圖9為孔隙率對比試塊周邊進行金相取樣所得到的孔隙微觀形貌觀察結果。超聲的衰減與孔隙率的增加具有相關性，由金相結果可以驗證孔隙率超聲檢測結果的正確與否。由圖9可見，根據孔隙位置和形貌的不同，孔隙主要分為兩類：層間孔隙和層中孔隙。層間孔隙分布在鋪層間的樹脂富集區，尺寸量級為10~100 μm，當孔隙率較低時，呈橢球形，長寬比約為1，如圖9（b）所示，隨著孔隙率的增加，層間孔隙寬度方向受纖維的約束，長度方向沿樹脂層生長，呈扁長的分層狀，如圖 9（c）~（e）所示；層中孔隙分布在鋪層中的纖維與樹脂的截面，尺寸量級為1~10 μm，當孔隙率較低時，呈離散的點狀，如圖9（c）~（e）所示，隨著孔隙率的增加，層中孔隙受纖維束的約束會產生聚集效應，當金相觀察截面與纖維方向平行時，可見層中孔隙沿纖維方向生長，呈柱狀，甚至形成分層，如圖9（f）所示。

圖9 不同孔隙率下孔隙的微觀形貌Fig. 9 Metallographic images of laminates with various porosity （a）p = 0.00%；（b）p = 0.82%；（c）p = 1.37%；（d）p =1.75%；（e）p = 2.33%；（f）p = 2.78%；

基于超聲衰減來評估CFRP復合材料的孔隙率是區域內超聲檢測的數值統計結果，當孔隙率評估值相近時，由于孔隙缺陷大小不一、形貌各異、隨機分布等細觀特征，單一孔隙缺陷具有隨機性，孤立的檢測孔隙缺陷（類似于檢測宏觀缺陷一樣，檢測孔隙缺陷的大小、深度等）或者只進行孔隙率的數值評估，均會對孔隙的超聲檢測結果造成較大的誤差。例如，通過超聲衰減值測得不同的CFRP復合材料層壓板具有相近的孔隙率，但孔隙沿厚度方向分布不均勻，而密集分布的孔隙往往是CFRP復合材料性能的薄弱區域，此時采用超聲穿透法無法獲得孔隙沿厚度方向的分布信息，因此采用具有較高分辨率的超聲反射法會得到比較理想的檢測結果。

3 結論

（1）通過采用超聲反射法和超聲穿透法對碳纖維增強樹脂基復合材料中孔隙缺陷進行A-Scan檢測與C-Scan檢測，對于孔隙缺陷的定性識別和對孔隙率的數值評估，兩種方法的檢測結果基本相符合，對于孔隙缺陷含量的趨勢判定相一致。

（2）超聲反射法對孔隙缺陷具備更高的檢測靈敏度，對孔隙率級差的數值評估具備更細致的劃分能力，孔隙細節方面的信息隱含在A-Scan的特征波形，為孔隙缺陷的識別提供更多的判據。

（3）超聲穿透法具備更高的聲波穿透能力（超聲C-Scan檢測中，超聲反射法對應的增益為68 dB，而超聲穿透法對應的增益為0 dB），適用于高孔隙率級差或大厚度或高衰減材料的復合材料制件的孔隙檢測與評估。