陶瓷基复合材料天线罩与金属环粘接结构的超声检测方法技术

本发明专利技术涉及一种陶瓷基复合材料天线罩与金属环粘接结构的超声检测方法，对未粘接金属环前的陶瓷基复合材料用干耦合超声穿透C扫检测法进行检测，排除粘接区域有可检缺陷的复合材料天线罩；对未粘接前的金属环用喷水穿透超声C扫检测法进行检测，排除有可检缺陷的金属环；采用3个超声探头干耦合方式从复合材料一侧对粘接质量进行检测，A探头和B探头发射的超声信号入射至复合材料，经过粘接层达到金属环后，在金属内沿周向传播，并分别被探头B和探头A接收，根据叠加信号的幅值对粘接质量进行判断。本发明专利技术提供的方法解决了现有超声检测方法无法有效检测出陶瓷基复合材料天线罩与金属环粘接结构内部缺陷的技术问题。环粘接结构内部缺陷的技术问题。环粘接结构内部缺陷的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
陶瓷基复合材料天线罩与金属环粘接结构的超声检测方法


[0001]本专利技术属于超声无损检测领域以及粘接结构的超声检测方法，涉及一种陶瓷基复合材料天线罩与金属环粘接结构的超声检测方法，特别是陶瓷基复合材料天线罩与小厚度金属环粘接结构的超声检测方法。

技术介绍

[0002]新型高超声速飞行器已开始采用陶瓷基复合材料天线罩与小厚度金属环粘接结构来代替树脂基复合材料天线罩，该结构可大幅度提高天线罩的使用温度和飞行速度。但是，该结构在使用过程中会遭受高温、高速气流的冲刷，粘接质量不好时会导致天线罩从金属环上脱落，造成重大事故，因此必须采用有效的无损检测技术对其质量进行检测。
[0003]上述天线罩结构中，陶瓷基复合材料在外侧，厚度为1mm～7mm，金属环在内侧，厚度1mm～3mm，复合材料与金属环之间采用耐高温胶层进行粘接。由于该结构为新型结构，具有复合材料和胶层信号衰减大、复合材料不能接触液体、金属层薄、只能从外侧检测的特点，国内外鲜有该类结构的无损检测案例。
[0004]经查阅，发现相关的专利和论文很少。其中，专利CN108872380A《多层粘接构件缺陷检测方法》，阐述了陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件粘接缺陷的超声检测方法，但检测时需要将超声探头从金属侧进行检测，无法满足陶瓷基复合材料天线罩只能从复合材料一侧(外侧)检测的要求；且检测时需使用液体耦合剂，无法满足陶瓷基复合材料天线罩不能接触液体的要求。专利CN201210551733.5《一种涂层钢板与橡胶粘接质量的超声波检测方法》，阐述了钢板与橡胶粘接质量的检测方法，检测时也需将超声探头从钢板侧进行检测，无法满足陶瓷基复合材料天线罩只能从复合材料一侧(外侧)检测的要求；而且只能检测金属与橡胶的粘接面，没有阐述如何检测复合材料和橡胶的粘接面；此外，检测时需使用液体耦合剂，无法满足陶瓷基复合材料天线罩不能接触液体的要求。专利CN 110749651 B《非金属与金属粘接质量的干耦合板波检测方法及装置》，阐述了非金属与金属粘接质量的干耦合板波检测方法，没有阐述非金属内部和金属内部缺陷的检测方法，无法满足陶瓷基复合材料天线罩与金属环粘接结构中复合材料天线罩内部和金属环内部缺陷的检测；检测方法适合厚度大于8mm金属的情况，难以适用天线罩中厚度为1mm～3mm的金属环的情况；检测方法只能检测平板件，无法检测截面为圆形的天线罩；检测时干耦合压力没有实时监控和反馈，难以保证稳定的超声干耦合效果，难以对天线罩脱粘缺陷进行高准确性、高可靠性检测；只能检测出构件中Φ10mm及以上的脱粘缺陷，检测灵敏度无法达到5mm*5mm脱粘缺陷的要求。《无损探伤》期刊2013年2期出版的论文《超薄金属与陶瓷粘接件粘接质量的检测》，阐述了超薄金属与陶瓷粘接件粘接质量的超声检测方法，检测时需要采用水浸耦合方式，无法满足陶瓷基复合材料天线罩不能接触液体的要求；需将超声探头从金属侧进行检测且被检件下方需放置反射板，无法满足陶瓷基复合材料天线罩只能从复合材料一侧(外侧)检测的要求；此外，该方法只适合检测平板件，难以检测截面为圆形的天线罩。
[0005]目前，超声检测是复合材料常用的无损检测方法，但是，采用常规的超声检测方法
对上述结构内部质量进行检测时，由于上述结构的特殊性会存在以下问题：超声信号难以穿透复合材料层和胶层、超声信号难以分辨粘接界面、复合材料表面不允许接触液体超声信号难以正常耦合、只能从复合材料一侧检测脱粘缺陷、要求检测灵敏度高等。

技术实现思路

[0006]要解决的技术问题
[0007]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种陶瓷基复合材料天线罩与金属环粘接结构的超声检测方法，实现了陶瓷基复合材料天线罩与金属环粘接结构内部质量的超声无损检测。
[0008]技术方案
[0009]一种陶瓷基复合材料天线罩与金属环粘接结构的超声检测方法，其特征在于步骤如下：
[0010]步骤1：采用干耦合超声穿透C扫检测法，对陶瓷基复合材料天线罩未粘接金属环前的粘接区域进行检测，排除粘接区域存在可检缺陷的复合材料天线罩；
[0011]当检测的超声信号低于超声仪满屏高度的20％～40％时，为复合材料天线罩存在可检缺陷，否则为不存在可检缺陷；
[0012]步骤2：采用喷水穿透超声C扫检测法，对未粘接金属环进行检测，排除存在可检缺陷的金属环；
[0013]当检测的超声信号低于超声仪满屏高度的30％～50％，为金属环存在可检缺陷，否则为不存在可检缺陷；
[0014]步骤3、对步骤1和步骤2检测合格后，粘接的陶瓷基复合材料天线罩和金属环的粘接区域质量进行检测基本参数，即缺陷参数和耦合状态参数：
[0015]1、采用三个超声探头，将A探头和B探头连接于多通道超声仪的第一通道1，C探头连接第二通道2；三个探头通过有机玻璃延迟块与检测面接触，且与检测面设有相吻合的弧度；所述有机玻璃延迟块与检测面之间设有柔性橡胶；
[0016]其中C探头位于A探头和B探头之间，沿C探头的轴线对称分布，且三个探头的轴线相互平行；
[0017]2、A探头和B探头发射超声信号入射至复合材料，经过粘接层达到金属环后，在金属内沿周向传播；A探头接收B探头发射超声信号，B探头接收A探头发射超声信号，两个相对的信号形成叠加信号；以两个相对信号形成叠加信号在超声仪满屏高度，作为缺陷判定阈值；当叠加信号幅值低于超声仪满屏高度的30％～50％时，粘接区域存在可检缺陷，否则为不存在可检缺陷；
[0018]3、C探头通过垂直入射的方式将超声信号传播至复合材料中，当C探头的信号幅值低于超声仪满屏高度的20％～40％时，粘接区域耦合状态合格；
[0019]4、测量粘接质量：对有机玻璃延迟块施加力，当通道2接收到的C探头的反射波幅值≤耦合状态判定阈值时，若通道1接收到的探A头和B探头的叠加超声波幅值≤缺陷判定阈值，则存在脱粘缺陷；若通道1接收到的A探头和B探头的叠加超声波幅值>缺陷判定阈值，则不存在脱粘缺陷；
[0020]当通道2接收到的C探头在延迟块/柔性橡胶/复合材料界面的反射波幅值>耦合状
态判定阈值时，耦合状态不合格，对有机玻璃延迟块施加力调整耦合处于合格状态，再按照耦合状态合格判断是否存在脱粘缺陷。
[0021]所述步骤3中A探头和B探头发射超声信号时，以斜入射的方式将超声信号传播至复合材料中；所述斜入射角度相等且向外互反。
[0022]所述斜入射角度范围为10度～30度。
[0023]所述步骤1和步骤3扫查方向的探头滚动方向与天线罩的轴线方向一致，步进方向与天线罩周向一致，扫查行间距不大于2.5mm。
[0024]所述步骤2采用喷水穿透超声C扫检测法时，水柱直径不大于5mm；探头沿着金属环的圆周的扫查行间距不大于1mm。
[0025]所述步骤1的超声探头为干耦合滚轮超声探头，探头频率范围为0.2MHz～2.25MHz，晶片直径不大于10mm，探头具有压力调节装置，最大压力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料天线罩与金属环粘接结构的超声检测方法，其特征在于步骤如下：步骤1：采用干耦合超声穿透C扫检测法，对陶瓷基复合材料天线罩未粘接金属环前的粘接区域进行检测，排除粘接区域存在可检缺陷的复合材料天线罩；当检测的超声信号低于超声仪满屏高度的20％～40％时，为复合材料天线罩存在可检缺陷，否则为不存在可检缺陷；步骤2：采用喷水穿透超声C扫检测法，对未粘接金属环进行检测，排除存在可检缺陷的金属环；当检测的超声信号低于超声仪满屏高度的30％～50％，为金属环存在可检缺陷，否则为不存在可检缺陷；步骤3、对步骤1和步骤2检测合格后，粘接的陶瓷基复合材料天线罩和金属环的粘接区域质量进行检测基本参数，即缺陷参数和耦合状态参数：1、采用三个超声探头，将A探头和B探头连接于多通道超声仪的第一通道1，C探头连接第二通道2；三个探头通过有机玻璃延迟块与检测面接触，且与检测面设有相吻合的弧度；所述有机玻璃延迟块与检测面之间设有柔性橡胶；其中C探头位于A探头和B探头之间，沿C探头的轴线对称分布，且三个探头的轴线相互平行；2、A探头和B探头发射超声信号入射至复合材料，经过粘接层达到金属环后，在金属内沿周向传播；A探头接收B探头发射超声信号，B探头接收A探头发射超声信号，两个相对的信号形成叠加信号；以两个相对信号形成叠加信号在超声仪满屏高度，作为缺陷判定阈值；当叠加信号幅值低于超声仪满屏高度的30％～50％时，粘接区域存在可检缺陷，否则为不存在可检缺陷；3、C探头通过垂直入射的方式将超声信号传播至复合材料中，当C探头的信号幅值低于超声仪满屏高度的20％～40％时，粘接区域耦合状态合格；4、测量粘接质量：对有机玻璃延迟块施加力，当通道2接收到的C探头的反射波幅值≤耦合状态判定阈值时，若通道1接收到的探A头和B探头的叠加超声波幅值≤缺陷判定阈值，则存在脱粘缺陷；若通道1接收到的探头A和探头B的叠加超声波幅值>缺陷判定阈值，则不存在脱粘缺陷；当通道2接收到的C探头...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅辉，高晓进，梁成瑜，付亮，罗永健，成来飞，张立同，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：