一种超声相控阵扇形扫描的校准块及制造和使用方法技术

本发明专利技术提出了一种超声相控阵扇形扫描的校准块及制造和使用方法，通过设计制造用于复合材料超声相控阵扇形扫描的校准块，用于超声相控阵扇形扫描对不同结构、不同厚度复合材料的适用性验证，测定探头的入射点、测定探头的偏转角度、声波传播速度测定、超声波波型确定、超声显示时基线比例调节，从而实现缺陷的精确定位定量，有效提高超声相控阵扇形扫描检测结果的准确性、可重复性、可比性。在本发明专利技术中，校准块的设计是重点，而圆弧面、平底孔则是校准试块制作的难点所在。

【技术实现步骤摘要】
一种超声相控阵扇形扫描的校准块及制造和使用方法
本专利技术属于无损检测
，具体地说，涉及一种超声相控阵扇形扫描的校准块及制造和使用方法。
技术介绍
金属材料是由晶粒构成，晶粒在空间方位上排列是无规则的，金属材料整体表现为各向同性，超声传播速度恒定；而复合材料是一种非均质的混合相结构，内部组织结构复杂。纤维丝在树脂里浸润烘干后形成预浸料纤维布，利用预浸料进行裁剪、层层铺叠、固化后形成复合材料，复合材料各向异性显著，超声波传播过程中可能会在铺层-树脂异质界面可能发生折射，波型转换，使得传播特性较为复杂，超声在各个方向上显现出不同的传播速度。因此，金属材料采用校准试块测定的恒定传播速度，无法直接应用于复合材料。现阶段，国内外复合材料超声相控阵扇形扫描基本上基于CIVA、COMSOL等软件进行理论仿真模拟，无实际复合材料校准试块进行实验验证，复合材料具有重量轻、耐腐蚀、易制作成复杂结构等特点在各大领域得到广泛应用，制作一种用于复合材料超声相控阵扇形扫描的校准试块，可以用于超声相控阵扇形扫描对不同结构、不同厚度复合材料的适用性验证，测定探头的入射点、测定探头的偏转角度、声波传播速度测定、超声波波型确定、超声显示时基线比例调节，从而实现缺陷的精确定位定量，有效提高超声相控阵扇形扫描检测结果的准确性、可重复性、可比性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的上述缺陷及需求，提出了一种超声相控阵扇形扫描的校准块及制造和使用方法，通过设计制造用于复合材料超声相控阵扇形扫描的校准块，用于超声相控阵扇形扫描对不同结构、不同厚度复合材料的适用性验证，测定探头的入射点、测定探头的偏转角度、声波传播速度测定、超声波波型确定、超声显示时基线比例调节，从而实现缺陷的精确定位定量，有效提高超声相控阵扇形扫描检测结果的准确性、可重复性、可比性。在本专利技术中，校准块的设计是重点，而圆弧面、平底孔则是校准试块制作的难点所在。本专利技术具体实现内容如下：本专利技术公开了一种超声相控阵扇形扫描的校准块，用于在超声相控阵扇形扫描中对不同结构、不同厚度的复合材料进行适用性验证，所述校准块为一端设置半圆弧形端头的板状结构，在所述半圆弧形端头角度为90°的半圆弧形面上径向排布有五个平底孔，所述平底孔以15°为间隔，绕半圆弧形端头的圆心分别设置在半圆弧形面的15°、30°、45°、60°和75°的位置处并呈一线径向排布。为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述校准块包括200张厚度为0.125mm的复合材料预浸料，且校准块的长度和宽度分别为80mm；所述平底孔分布在离所述校准块左/右侧25mm距离处以半圆弧形端头的圆心为圆心呈一线径向分布；所述校准块的半圆弧形端头的半径为25mm；所述平底孔的孔径为3mm，孔深为5mm。为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述复合材料预浸料为具有铺层-树脂异质界面的非均质的混合相结构的碳纤维树脂基复合材料。本专利技术还公开了一种超声相控阵扇形扫描的校准块的制造方法，用于制造上述一种超声相控阵扇形扫描的校准块，所述制造方法的具体操作为：选取200张单张尺寸为100mm×100mm×0.125mm的复合材料预浸料，依次采用铺叠、组装、热压罐成型固化生成100mm×100mm×25mm的试块板；然后对100mm×100mm×25mm的试块板进行切割得到80mm×80mm×25mm的试块板，再对80mm×80mm×25mm的一端头进行铣切，生成半径为25mm的半圆弧形端头；最后在半圆弧形端头上以15°为间隔，以半圆弧形面的圆心为圆心，分别在半圆弧形端头的半圆弧形面上距离校准头侧边25mm处的15°、30°、45°、60°、75°处钻5个一线径向分布的孔，然后进行铣孔得到五个孔径3mm、孔深5mm的平底孔，完成校准块的制造。为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述铺叠的具体操作为：将200张复合材料预浸料分为两组100张的复合材料预浸料，对于一组100张的复合材料预浸料，采用0°和90°垂直的方式交叉叠合得到一个100层板，最后将两个叠合得到的100层板再叠合得到一个200层板。为了更好地实现本专利技术，进一步地，在进行100层板交叉叠合的时候，每交叉叠合10层，就进行一次真空预压。为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述组装的操作为：分别在叠合的200层板的中心位置的底层、中间层和表层放置一根热电偶，然后再封装入真空袋；所述中间层为两个100层板之间。为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述切割的具体操作为：去除周边辅助材料，打磨清理表面余胶，对100mm×100mm×25mm的试块板的边缘进行单边切割量为10mm的切割，得到80mm×80mm×25mm的试块板。为了更好地实现本专利技术，进一步地，对80mm×80mm×25mm的试块板的一端头进行铣切的具体操作为：首先采用搭压板方式进行试块装夹并找正，试块垫高≥400mm,其中压板厚度≤50mm,宽度≤60mm,压入试块深度≤20mm；压板位置居中；然后进行“粗精铣”的圆弧面轮廓加工，加工采用刀具：GXIPJ4G/20×15×30R5,刀套：HSK63、E9304、5803、20100,工作长度：30min，仿真时间：15min,走刀采用行切方式。本专利技术还公开了一种超声相控阵扇形扫描的校准块的使用方法，使用相控阵探头对所述校准块开展相控阵实验，在具体实验时，将相控阵探头放置在校准块上与半圆弧形端头的圆心及五个平底孔的圆心相对应的位置。本专利技术与现有技术相比具有以下优点及有益效果：本专利技术提供的校准块及其制造和使用的方法，突破了复合材料超声相控阵声传播特性研究瓶颈，实现了从理论仿真走向实验验证，从复杂问题转向单一问题，具有极大的工程应用价值。本专利技术给出校准块的制作方法，从复合材料预抽固化成型，到数控精确铣切，所得到圆弧面和平底孔，平底孔底粗糙度、平整度及尺寸，完全符合设计图纸要求，避免加工误差带来的误判，校准试块可重复制作；平底孔与自然缺陷声阻抗一致，可以更加真实有效地验证超声相控阵扇形扫描声传播中偏转角测定、传播速度测定、波型确定等以及各类检测设备、各种复合材料检测对象的检测能力有效性；平底孔在不同角度径向错层分布，可以分别验证不同检测设备对不同方位上缺陷的检出能力，有效提高超声相控阵扇形扫描检测结果的准确性、可重复性、可比性。附图说明图1为本专利技术校准块结构设计示意图；图2为本专利技术校准块的半圆弧形面上的平底孔分布示意图；图3为本专利技术校准块CATIA立体结构模型示意图；图4为本专利技术校准块另一视角的CATIA立体结构模型示意图；图5为本专利技术校准块波形验证试验结果示意图；图6为本专利技术使用相控阵探头的示意图；图7为传播速度试验结果示意图；图8为时基线调节后的平底孔声程SA的试验结果示意图；图9为时基线调节后的半圆弧形端头的弧底SA的试验结果示意图；图10为测定偏转角度为29°的试验结果示意图；图11为测定偏转角度为42°的试验结果示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声相控阵扇形扫描的校准块，用于在超声相控阵扇形扫描中对不同结构、不同厚度的复合材料进行适用性验证，其特征在于，所述校准块（1）为一端设置半圆弧形端头（2）的板状结构，在所述半圆弧形端头（2）角度为90°的半圆弧形面上径向排布有五个平底孔（3），所述平底孔（3）以15°为间隔，绕半圆弧形端头（2）的圆心分别设置在半圆弧形面的15°、30°、45°、60°和75°的位置处并呈一线径向排布。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声相控阵扇形扫描的校准块，用于在超声相控阵扇形扫描中对不同结构、不同厚度的复合材料进行适用性验证，其特征在于，所述校准块（1）为一端设置半圆弧形端头（2）的板状结构，在所述半圆弧形端头（2）角度为90°的半圆弧形面上径向排布有五个平底孔（3），所述平底孔（3）以15°为间隔，绕半圆弧形端头（2）的圆心分别设置在半圆弧形面的15°、30°、45°、60°和75°的位置处并呈一线径向排布。


2.如权利要求1所述的一种超声相控阵扇形扫描的校准块，其特征在于，所述校准块（1）包括200张厚度为0.125mm的复合材料预浸料，且校准块（1）的长度和宽度分别为80mm；所述平底孔（3）分布在离所述校准块（1）左/右侧25mm距离处以半圆弧形端头（2）的圆心为圆心呈一线径向分布；
所述校准块（1）的半圆弧形端头（2）的半径为25mm；
所述平底孔（3）的孔径为3mm，孔深为5mm。


3.如权利要求2所述的一种超声相控阵扇形扫描的校准块，其特征在于，所述复合材料预浸料为具有铺层-树脂异质界面的非均质的混合相结构的碳纤维树脂基复合材料。


4.一种超声相控阵扇形扫描的校准块的制造方法，用于制造如权利要求2或3所述的一种超声相控阵扇形扫描的校准块，其特征在于，具体操作为：选取200张单张尺寸为100mm×100mm×0.125mm的复合材料预浸料，依次采用铺叠、组装、热压罐成型固化生成100mm×100mm×25mm的试块板；然后对100mm×100mm×25mm的试块板进行切割得到80mm×80mm×25mm的试块板，再对80mm×80mm×25mm的一端头进行铣切，生成半径为25mm的半圆弧形端头（2）；最后在半圆弧形端头（2）上以15°为间隔，以半圆弧形面的圆心为圆心，分别在半圆弧形端头（2）的半圆弧形面上距离校准头（1）侧边25mm处的15°、30°、45°、60°、75°处钻5个一线径向分布的孔，然后进行铣孔得到五个孔径3mm、孔深5mm的平底孔，完成校准块（1）的制造。


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【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓红，张武明，杨扬，袁信满，林文钦，岳诚，郭君，王亚琴，虞永杰，王邦凯，尹松松，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51