非金属与金属粘接质量的干耦合板波检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种非金属与金属粘接质量的干耦合板波检测方法及装置，属于无损检测技术领域，解决非金属与金属粘接结构必须使用耦合剂和无法从复合材料一侧检测的问题；方法包括顺序连接计算机、数据采集卡、超声仪和干耦合超声探头组成干耦合板波检测装置；制作对比试块，采用干耦合板波检测装置对对比试块进行探测，调节超声仪的增益，使超声仪的检测灵敏度符合设定要求；采用调节好检测灵敏度的干耦合板波检测装置，对被检件进行扫查，探测并确定所述被检件的脱粘缺陷位置和边界。本发明专利技术不使用耦合剂，可从复合材料侧对复合材料与金属粘接结构粘接质量进行快速、高可靠性的检测，有效地保障复合材料与金属制品粘接质量和使用安全性。

Test method and device of dry coupled plate wave for bonding quality of nonmetal and metal

【技术实现步骤摘要】
非金属与金属粘接质量的干耦合板波检测方法及装置
本专利技术涉及无损检测
，尤其是一种非金属与金属粘接质量的干耦合板波检测方法及装置。
技术介绍
纤维增强树脂基复合材料与金属套粘结构是一种新型的热防护结构。该结构中复合材料的厚度为1mm-10mm，金属材料的厚度为3mm-15mm。外部的纤维增强树脂基复合材料可起到防热作用，保护内部零件不被高温损坏，内部的金属保证结构的高强度。该结构中，粘接质量不好时会直接影响结构的力学性能，甚至可能导致复合材料层脱落等严重后果，造成重大事故，因此，必须采用有效的无损检测方法对其粘接质量进行检测。目前，金属与非金属粘接质量采用的方法为超声多次回波反射法，但该方法只能从金属侧进行检测，需要使用液体耦合剂，且只适用于金属厚度小于8mm的情况；如果被检测结构的金属材料在结构的内部，超声探头无法接触到，且厚度较厚，则无法使用超声多次回波反射法进行检测，其它传统的超声检测方法也无法检测；此外，超声检测使用液体耦合剂会对复合材料造成污染。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种非金属与金属粘接质量的干耦合板波检测方法及装置，解决了复合材料与金属粘接结构不能使用耦合剂和无法从复合材料一侧检测的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术公开了一种非金属与金属材料粘接质量的干耦合板波检测装置，包括计算机、数据采集卡、超声仪和超声探头，所述超声探头为干耦合超声探头，包括两个探头，一个为发射探头，另一个为接收探头；每个探头都包括探头晶片和柔性贴合装置；所述探头晶片安装于探头前端，用于发射或者接收超声波板波信号；所述柔性贴合装置，安装于所述探头晶片的前端，与探头晶片声阻抗匹配，在设定的压力下，能够与被检件的表面贴合，用于实现超声波的干耦合；探测时，所述发射探头和接收探头位于被检件的同侧，所述发射探头和接收探头侧面贴合并排组成超声探头对，在施加压力下，所述发射探头和接收探头端部与被检件表面垂直并贴合；所述发射探头和接收探头的探头晶片与被检件表面之间的夹角相同。本专利技术还一种非金属与金属材料粘接质量的干耦合板波检测方法，采用上述的干耦合板波检测装置进行检测，包括如下步骤：步骤S1、顺序连接计算机、数据采集卡、超声仪和干耦合超声探头组成干耦合板波检测装置；步骤S2、制作包含有人工脱粘缺陷区域的对比试块；步骤S3、采用所述干耦合板波检测装置对所述对比试块的人工脱粘缺陷区域和非缺陷区域进行探测，用于调节所述干耦合板波检测装置中超声仪的增益，使所述超声仪的检测灵敏度符合设定的灵敏度要求；步骤S4、采用调节好检测灵敏度的干耦合板波检测装置，对被检件进行扫查探测，确定所述被检件的脱粘缺陷位置；步骤S5、在脱粘缺陷位置附近移动探头,确定缺陷的边界。进一步地，所述干耦合超声探头包括两个探头，一个为发射探头，另一个为接收探头；每个探头都包括探头晶片和柔性贴合装置；所述探头晶片安装于探头前端，用于发射或者接收超声波板波信号；所述柔性贴合装置，安装于所述探头晶片的前端，与探头晶片声阻抗匹配，在施加压力下，能够与被检件的表面贴合，用于实现超声波的干耦合。进一步地，探测时，所述发射探头和接收探头位于被检件的同侧，所述发射探头和接收探头侧面贴合并排组成超声探头对，在施加压力下，所述发射探头和接收探头端部与被检件表面垂直并贴合；所述发射探头和接收探头的探头晶片与被检件表面之间的夹角相同，且所述发射探头的探头晶片与接收探头的探头晶片呈倒V字型方式设置。进一步地，所述探头晶片直径范围为Φ7.5mm-Φ15mm，频率范围为0.5MHz-2MHz，晶片与被检件表面方向成15-45°的夹角。进一步地，所述柔性贴合装置为充满水的橡胶囊；或者为对超声能量衰减小，与探头晶片声阻抗匹配的柔性高分子材料。进一步地，所述对比试块的制作材料、厚度、制备工艺和粘接工艺与被检件相同；所述对比试块的人工脱粘缺陷制作包括：在金属材料沿厚度方向加工若干个直径在设定范围内的通孔；将所述金属材料与复合材料进行粘接，在通孔处形成人工脱粘缺陷。进一步地，所述设定的灵敏度要求为同时满足以下条件：在非缺陷区域探测时，超声仪接收的超声信号幅值不小于80％；在人工缺陷区域探测时，即将两干耦合超声探头中心连线的中心位置与人工缺陷区域的中心位置重合处探测时，超声仪接收的超声信号的幅值不大于20％。进一步地，缺陷位置的确定方法包括：将所述超声探头对置于复合材料表面，采用矩形扫查路径进行扫查，扫查方向与探头对的两探头中心连线的方向一致，扫查步进为所述干耦合超声探头直径的一半；扫查时，所述数据采集卡对超声仪接收的板波信号峰值对应的模拟电压信号进行采集发送到计算机；当采集的电压信号不大于阈值A时，计算机进行报警，在两个干耦合超声探头中心连线的中心下方即为脱粘的位置。进一步地，缺陷边界的确定方法包括：扫查出脱粘缺陷位置后，在脱粘缺陷位置附近移动干耦合超声探头对，找到超声信号幅值最低的点；以该点为中心向周边各方向移动所述超声探头对，所述超声探头对移动方向与探头对的两探头中心连线的方向一致；移动时，所述数据采集卡对超声仪接收的板波信号峰值对应的模拟电压信号进行采集发送到计算机；当采集的电压信号等于阈值B时，计算机提示到达脱粘边缘，即两探头中心连线的中心下方位置为脱粘边缘位置；在复合材料上做出标记；对所有方向的脱粘边缘位置做出标记后，将各相邻的边缘点连接，显示的轮廓为脱粘缺陷的边界。本专利技术有益效果如下：1)本专利技术可以对金属厚度大于8mm的非金属与金属粘接结构粘接质量进行检测，可以快速、有效地保障复合材料与金属制品粘接质量和使用安全性。2)本专利技术采用干耦合板波检测，扫查时不需要使用任何耦合剂，只需将探头前端的柔性贴合装置压紧至被检件的表面，即可达到稳定耦合的检测效果，避免常规超声检测时使用的耦合剂对复合材料内部造成不可逆的污染。3)本专利技术采用发射探头和接受探头组成的探头对形成干耦合探头，进行探测时，干耦合超声探头的两个探头侧面贴合，并排组成超声探头对，置于复合材料表面，发射探头向水平方向发射板波；接收探头接收经复合材料和金属传播的板波信号，通过超声波发射探头和接收探头位于被检件的同侧，实现被检件的单面检测；且只需从非金属一侧检测，无需在金属一侧检测，避免了金属材料的厚度和外形对检测造成影响，也可实现金属材料在被检件内部和内侧，探头无法接触到被检件内部和内侧的构件检测；避免了超声多次回波反射法只能从金属侧进行检测，需要使用液体耦合剂，且只适用于金属厚度小于8mm的情况。4)采用数据采集卡对检测信号实时采集，在计算机中对采集的信号进行自动实时处理，与设定的阈值进行比较并实时报警和提示，减少人为观察超声仪屏幕上的信号造成的误判和漏检的情况，提高检测可靠性和检测效率。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非金属与金属材料粘接质量的干耦合板波检测装置，包括计算机、数据采集卡、超声仪和超声探头，其特征在于，所述超声探头为干耦合超声探头，包括两个探头，一个为发射探头，另一个为接收探头；每个探头都包括探头晶片和柔性贴合装置；所述探头晶片安装于探头前端，用于发射或者接收超声波板波信号；所述柔性贴合装置，安装于所述探头晶片的前端，与探头晶片声阻抗匹配，在设定的压力下，能够与被检件的表面贴合，用于实现超声波的干耦合；/n探测时，所述发射探头和接收探头位于被检件的同侧，所述发射探头和接收探头侧面贴合并排组成超声探头对，在施加压力下，所述发射探头和接收探头端部与被检件表面垂直并贴合；所述发射探头和接收探头的探头晶片与被检件表面之间的夹角相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种非金属与金属材料粘接质量的干耦合板波检测装置，包括计算机、数据采集卡、超声仪和超声探头，其特征在于，所述超声探头为干耦合超声探头，包括两个探头，一个为发射探头，另一个为接收探头；每个探头都包括探头晶片和柔性贴合装置；所述探头晶片安装于探头前端，用于发射或者接收超声波板波信号；所述柔性贴合装置，安装于所述探头晶片的前端，与探头晶片声阻抗匹配，在设定的压力下，能够与被检件的表面贴合，用于实现超声波的干耦合；
探测时，所述发射探头和接收探头位于被检件的同侧，所述发射探头和接收探头侧面贴合并排组成超声探头对，在施加压力下，所述发射探头和接收探头端部与被检件表面垂直并贴合；所述发射探头和接收探头的探头晶片与被检件表面之间的夹角相同。


2.一种非金属与金属材料粘接质量的干耦合板波检测方法，其特征在于，所述检测方法采用权利要求1所述的干耦合板波检测装置进行检测，包括如下步骤：
步骤S1、顺序连接计算机、数据采集卡、超声仪和干耦合超声探头组成干耦合板波检测装置；
步骤S2、制作包含有人工脱粘缺陷区域的对比试块；
步骤S3、采用所述干耦合板波检测装置对所述对比试块的人工脱粘缺陷区域和非缺陷区域进行探测，用于调节所述干耦合板波检测装置中超声仪的增益，使所述超声仪的检测灵敏度符合设定的灵敏度要求；
步骤S4、采用调节好检测灵敏度的干耦合板波检测装置，对被检件进行扫查探测，确定所述被检件的脱粘缺陷位置；
步骤S5、在脱粘缺陷位置附近移动探头,确定缺陷的边界。


3.根据权利要求2所述的干耦合板波检测方法，其特征在于，所述干耦合超声探头包括两个探头，一个为发射探头，另一个为接收探头；每个探头都包括探头晶片和柔性贴合装置；所述探头晶片安装于探头前端，用于发射或者接收超声波板波信号；所述柔性贴合装置，安装于所述探头晶片的前端，与探头晶片声阻抗匹配，在施加压力下，能够与被检件的表面贴合，用于实现超声波的干耦合。


4.根据权利要求3所述的干耦合板波检测方法，其特征在于，探测时，所述发射探头和接收探头位于被检件的同侧，所述发射探头和接收探头侧面贴合并排组成超声探头对，在施加压力下，所述发射探头和接收探头端部与被检件表面垂直并贴合；所述发射探头和接收探头的探头晶片与被检件表面之间的夹角相同，且所述发射探头的探头晶片与接收探头的探头晶片呈倒V字型方式设置。


5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓进，江柏红，高增华，张昊，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11