【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无损检测，尤其涉及一种陶瓷基复合材料裂纹的超声检测装置和方法。
技术介绍
1、陶瓷基复合材料具有优良的耐高温性能，同时具有高强度、高熔点、耐磨损和轻重量的特点。新型高超声速飞行器外防热材料和发动机中的重要部件已采用陶瓷基复合材料，该材料可大幅度提高超声速飞行器的使用温度和飞行速度。陶瓷基复合材料在使用过程中会遭受高温、高速气流的冲刷，内部存在的裂纹缺陷会降低被检件力学性能，甚至会出现裂纹扩展，造成材料断裂，造成重大事故。因此必须采用有效的无损检测技术对陶瓷基复合材料内部裂纹进行检测。
2、陶瓷基复合材料为纤维增强陶瓷基复合材料，厚度为2mm～8mm，易产生横向和纵向裂纹。目前，超声检测是复合材料最常用最有效的无损检测方法。但是现有的超声检测装置和方法存在以下缺陷：1、陶瓷基复合材料中产生的裂纹尺寸小，常规的超声检测方法的灵敏度难以满足要求；2、陶瓷基复合材料中产生的裂纹不仅存在横向裂纹，也存在纵向裂纹，常规的检测方法难以检测纵向裂纹，且无法确认裂纹的位置和高度；3、陶瓷基复合材料不允许接触液体耦合剂，无法采用常规的液体耦合超声检测方法；4、常规的超声检测方法需从两侧使用两个探头进行检测，难以满足单侧的检测要求。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种陶瓷基复合材料裂纹的超声检测装置和方法，用以解决现有的至少以下问题之一：1、陶瓷基复合材料中产生的裂纹尺寸小，现有的超声检测方法的灵敏度难以满足要求；2、陶瓷基复合材料中产生的裂纹不仅存
2、一方面，本专利技术实施例提供了一种陶瓷基复合材料裂纹的超声检测装置，所述装置包括多通道超声仪和干耦合滚轮超声探头；
3、所述多通道超声仪包括反射法模式和穿透法模式，所述多通道超声仪上设置有a通道、b通道和c通道，a通道包括a通道发射端，b通道包括b通道发射端和b通道接收端、c通道包括c通道发射端和c通道接收端；
4、所述干耦合滚轮超声探头包括含有内部空腔的橡胶轮胎以及固定设置在所述橡胶轮胎内部腔体中的a晶片、b晶片、c晶片、橡胶耦合块；所述橡胶耦合块的下表面与所述橡胶轮胎的内表面接触且两者之间设置有润滑剂，所述橡胶轮胎能够围绕所述橡胶耦合块转动；
5、所述a晶片、b晶片、c晶片固定设置在所述橡胶耦合块的上表面，所述a晶片正对所述橡胶耦合块的下表面，所述b晶片和c晶片对称地设置在所述a晶片的两侧，且b晶片和c晶片与所述橡胶耦合块的下表面呈角度设置；所述a晶片、b晶片、c晶片通过相应的通道与所述多通道超声仪电连接。
6、优选地，所述干耦合滚轮超声探头还包括轴和轮盘，所述轴沿垂直于所述橡胶轮胎转动的方向贯穿所述橡胶轮胎，所述a晶片、b晶片、c晶片固定于所述轴上；所述轮盘位于所述橡胶轮胎的两端且套设在所述轴上，所述轮盘转动并带动所述橡胶轮胎转动。
7、优选地，所述干耦合滚轮超声探头还包括弹簧和手柄，所述弹簧的一端连接所述轴，所述弹簧的另一端连接所述手柄。
8、优选地，所述干耦合滚轮超声探头还包括与所述a晶片连接的a接口、与所述b晶片连接的b接口和与所述c晶片连接的c接口，所述a接口、b接口、c接口分别通过探头线与所述多通道超声仪连接。
9、优选地，所述橡胶耦合块的上表面为山丘型，所述橡胶耦合块的上表面包括凸面和两个斜面，两个斜面设置在所述凸面的两侧。
10、优选地，所述a晶片设置在凸面上，且a晶片的形状与凸面吻合；所述b晶片和c晶片分别设置在斜面上，b晶片和c晶片分别与斜面吻合。
11、优选地，所述斜面使得b晶片和c晶片与水平方向的夹角均为20°-60°。
12、优选地，所述a晶片为高分辨力复合材料晶片，脉冲宽度不大于2周，a晶片为凹球面，焦点直径范围为0.2-0.5mm，中心频率范围为10mhz-30mhz；
13、所述b晶片和所述c晶片为高分辨力复合材料晶片，脉冲宽度不大于1.5周，尺寸范围为5mm*5mm-10mm*10mm，中心频率范围为10mhz-30mhz。
14、另一方面，本专利技术还提供了一种陶瓷基复合材料裂纹的超声检测方法，采用上述超声检测装置，所述超声检测方法包括：
15、(a)制作对比试块，对比试块与被检件的材质和厚度相等，在对比试块中预置横向裂纹和纵向裂纹；
16、(b)将a通道设置为反射法模式，b通道和c通道设置为穿透法模式，将a晶片与所述a通道发射端连接，将b晶片与b通道发射端连接，将c晶片与c通道接收端连接，将所述多通道超声仪设置为a通道、b通道和c通道同步运行；
17、(c)检测灵敏度的确定；
18、(d)横向裂纹位置和纵向裂纹位置确定：
19、采用步骤(c)确定的检测灵敏度，通过干耦合滚轮超声探头的a晶片对被检件进行扫查；采用步骤(c)确定的检测灵敏度，通过干耦合滚轮超声探头的b晶片和c晶片对被检件进行扫查，确定横向裂纹位置和纵向裂纹位置。
20、优选地，步骤(d)中，纵向裂纹上端距被检件上表面的高度h1通过式(i)计算，纵向裂纹下端距被检件上表面的高度h2通过式(ii)计算，纵向裂纹高度δh通过式(iii)计算；
21、
22、
23、δh＝h2-h1 式(iii)，
24、其中，c为陶瓷基复合材料中的声速；
25、t0为通过c通道读取直通波的传播时间；
26、t1为纵向裂纹上端反射信号的传播时间；
27、t2为纵向裂纹下端反射信号的传播时间；
28、h1为纵向裂纹上端距被检件上表面的高度；
29、h2为纵向裂纹下端距被检件上表面的高度；
30、δh为纵向裂纹高度。
31、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
32、1、本专利技术的b晶片和c晶片在a晶片两侧呈对称分布，对调b晶片和c晶片的发射端和接收端，并移动探头位置，当对调前c通道显示的直通波与纵向裂纹上端反射波的传播时间差tbc和对调后直通波与纵向裂纹上端反射波的传播时间tcb相等时，说明纵向裂纹上端距b晶片和c晶片距离相同，即b晶片与c晶片之间连线的中心位置的下方为纵向裂纹的位置，能准确、快速获取纵向裂纹的水平位置；tbc＝tcb时，沿某个方向移动探头，且移动方向与探头滚动方向平行，若存在裂纹上端反射信号在每个位置都满足tbc＝tcb，说明探头移动方向与纵向裂纹的方向一致，能准确获取纵向裂纹的方向；通过c通道读取直通波的传播时间t0，纵向裂纹上端反射信号的传播时间t1，纵向裂纹的下端反射信号的传播时间t2，计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种陶瓷基复合材料裂纹的超声检测装置，其特征在于，所述装置包括多通道超声仪(1)和干耦合滚轮超声探头(6)；
2.根据权利要求1所述的超声检测装置，其特征在于，所述干耦合滚轮超声探头(6)还包括轴(19)和轮盘(17)，所述轴(19)沿垂直于所述橡胶轮胎(16)转动的方向贯穿所述橡胶轮胎(16)，所述A晶片(13)、B晶片(14)、C晶片(12)固定于所述轴(19)上；所述轮盘(17)位于所述橡胶轮胎(16)的两端且套设在所述轴(19)上，所述轮盘(17)转动并带动所述橡胶轮胎(16)转动。
3.根据权利要求2所述的超声检测装置，其特征在于，所述干耦合滚轮超声探头(6)还包括弹簧(11)和手柄(10)，所述弹簧(11)的一端连接所述轴(19)，所述弹簧(11)的另一端连接所述手柄(10)。
4.根据权利要求1所述的超声检测装置，其特征在于，所述干耦合滚轮超声探头(6)还包括与所述A晶片(13)连接的A接口(8)、与所述B晶片(14)连接的B接口(7)和与所述C晶片(12)连接的C接口(9)，所述A接口(8)、B接口(7)、C接口(9)分别通
5.根据权利要求1所述的超声检测装置，其特征在于，所述橡胶耦合块(15)的上表面为山丘型，所述橡胶耦合块(15)的上表面包括凸面和两个斜面，两个斜面设置在所述凸面的两侧。
6.根据权利要求5所述的超声检测装置，其特征在于，所述A晶片(13)设置在凸面上，且A晶片(13)的形状与凸面吻合；所述B晶片(14)和C晶片(12)分别设置在斜面上，B晶片(14)和C晶片(12)分别与斜面吻合。
7.根据权利要求6所述的超声检测装置，其特征在于，所述斜面使得B晶片(14)和C晶片(12)分别与水平方向的夹角为20°-60°。
8.根据权利要求1-7所述的超声检测装置，其特征在于，所述A晶片(13)为高分辨力复合材料晶片，脉冲宽度不大于2周，A晶片(13)为凹球面，焦点直径范围为0.2-0.5mm，中心频率范围为10MHz-30MHz；
9.一种陶瓷基复合材料裂纹的超声检测方法，其特征在于，采用权利要求1-8所述的超声检测装置，所述超声检测方法包括：
10.根据权利要求9所述的超声检测方法，其特征在于，步骤(d)中，纵向裂纹上端距被检件上表面的高度h1通过式(I)计算，纵向裂纹下端距被检件上表面的高度h2通过式(II)计算，纵向裂纹高度Δh通过式(III)计算；
...【技术特征摘要】
1.一种陶瓷基复合材料裂纹的超声检测装置，其特征在于，所述装置包括多通道超声仪(1)和干耦合滚轮超声探头(6)；
2.根据权利要求1所述的超声检测装置，其特征在于，所述干耦合滚轮超声探头(6)还包括轴(19)和轮盘(17)，所述轴(19)沿垂直于所述橡胶轮胎(16)转动的方向贯穿所述橡胶轮胎(16)，所述a晶片(13)、b晶片(14)、c晶片(12)固定于所述轴(19)上；所述轮盘(17)位于所述橡胶轮胎(16)的两端且套设在所述轴(19)上，所述轮盘(17)转动并带动所述橡胶轮胎(16)转动。
3.根据权利要求2所述的超声检测装置，其特征在于，所述干耦合滚轮超声探头(6)还包括弹簧(11)和手柄(10)，所述弹簧(11)的一端连接所述轴(19)，所述弹簧(11)的另一端连接所述手柄(10)。
4.根据权利要求1所述的超声检测装置，其特征在于，所述干耦合滚轮超声探头(6)还包括与所述a晶片(13)连接的a接口(8)、与所述b晶片(14)连接的b接口(7)和与所述c晶片(12)连接的c接口(9)，所述a接口(8)、b接口(7)、c接口(9)分别通过探头线(5)与所述多通道超声仪(1)连接。
5.根据权利要求1所述的超声检测装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：高晓进，江柏红，张丽娟，刘格良，贺锁让，梁朝，李陈，隋易霖，李文宣，于士章，董家驹，
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：
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