本发明专利技术属于复合材料等结构的无损检测技术，涉及一种检测复合材料整体结构内腔的探头及超声扫查方法。探头包括声学单元和扫查器，声学单元位于扫查器中的上下夹持块中间位置的同轴圆柱贯通孔内，并保持间隙配合；超声扫查方法是，将声学单元放置在扫查器中的上夹持块上；声学单元与外部超声检测仪器连接，将供水软管与外部供水回路连接，由下夹持块的直孔进水传送到圆形槽，再沿耦合腔外套与下夹持块内孔壁之间的细缝流到被检测封闭立樯表面，在立樯表面形成声波耦合水膜；通过声学单元向被检测整体结构封闭内腔立樯垂直发射/接收超声波。本发明专利技术极大地改善了封闭内腔立樯超声扫查稳定性、显著提高了检测结果的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料等结构的无损检测技术，涉及。
技术介绍
复合材料等整体结构是航空、航天、民航、电子、兵器、船舶、电力等领域设计采用的一种重要工程结构，通常设计有内腔或内孔结构特征。由于这类结构通常多属承力结构，因此工程上要求必须进行100%无损检测。而由于这类整体结构内腔的封闭性和不可达性，通常难以对其实现无损检测。目前技术上主要是采用超声方法实现复合材料等整体结构内腔的无损检测，通过超声探头中的声学换能传感器发射/接收声波信号，根据接收到的回波信号变化规律，进行缺陷判别；对于复杂结构内腔和空间狭小的内腔结构，主要采用手工超声扫查检测方法，将超声探头通过机械连杆的刚性连接，通过手工操作机械连杆，实现超声探头对被检测零件的扫查，超声探头与被检测零件表面采用刚性接触耦合；对于内部空间较大和规则的短行程内腔，也有通过专用扫查机构，实现对整体结构内腔部位进行超声自动扫查检测；目前可用于复合材料等整体结构内腔的超声探头，其突出的不足是(a)表面检测盲区大，通常在O. 8-1_以上；(b)来自超声探头的声波信号质量不高，信号规律不清晰，影响缺陷判别和定性分析；(3)分辨率低。本专利技术专利采用宽带窄脉冲超声换能传感器，使探头的超声输出信号达到严格单周特性，信号质量和信噪比显著提高，信号规律更清晰，缺陷判别与定性分析更准确，检测盲区可以达到复合材料单个铺层厚度。(I)对于复合材料等整体结构封闭内腔部位，目前主要采用手工超声扫查检测方法，将超声探头通过机械连杆的刚性连接，通过手工操作机械连杆，实现超声探头对被检测零件的扫查，探头与被检测零件表面采用刚性接触耦合，其突出的不足是(a)由于复合材料等整体内腔结构的复杂性和表面曲率的变化，很难通过外部刚性连接杆实现对探头的控制，并保证其与被检测零件表面之间形成稳定的声学耦合，从而导致换能器发射/接收信号的严重不稳定，直接影响检测结果的可靠性；(b)扫查过程中通过外部刚性连接杆，难以保证探头的姿态和位置随被检测封闭内腔表面进行稳定的接触跟踪，从而影响超声检测结果可靠性。本专利技术专利设计采用自适应随动结构的超声探头，使扫查过程中超声换能传感器始终能够随着被检测内腔立樯表面进行柔性形面跟踪，极大地改善了封闭内腔立樯超声扫查稳定性、显著提高了检测结果的可靠性；通过独特的水膜耦合回路设计，使在扫查过程中，在探头-零件表面之间形成稳定的软膜柔性接触耦合，大大地改善了扫查过程中声波耦合效果和检测信号稳定性，显著提高了检测结果可靠性。(2)对于内部空间较大和规则的短行程内腔，目前也有通过专用检测装置设计，对整体结构内腔规则部位进行超声自动检测，其突出的不足是需要专门的喷水系统材料实现稳定的声波耦合，技术成本昂贵，对于大多数整体结构，因可达性、场地、环境条件等原因，无法对工程结构封闭内腔实施自动扫查检测。本发专利明的超声扫查方法及探头可以方便地实现不同长度和深度的封闭内腔立樯的超声扫查检测，显著降低了检测成本，大大地提高了复合材料等整体封闭内腔可检性和可达性。
技术实现思路
本专利技术针对复合材料等整体结构端头开口的封闭内腔部位的无损检测,专利技术检测复合材料整体结构内腔的探头及超声扫查方法，以实现复合材料等整体结构内腔部位高分辨率超声检测，提高复合材料等整体结构内腔部位可检性，避免漏检，提高检测可靠性。本专利技术的技术解决方案是，探头包括声学单元和扫查器，声学单元位于扫查器中的上下夹持块中间位置的同轴圆柱贯通孔内，并保持间隙配合；声学单元包括超声换能传感器，传感器外壳，液体耦合腔，耦合腔外套，耦合胶膜，接触头和限位圈，超声换能传感器置于传感器外壳内，限位圈紧套在传感器外壳中部，传感器外壳与液体耦合腔的一端螺纹连接，液体耦合腔的另一端与耦合腔外套上端螺纹连接，耦合胶膜套在液体耦合腔外侧，液体耦合腔的柱形空腔中充满液体，耦合腔外套下端内螺 纹与接触头上端外螺纹连接，扫查器包括操作杆、上夹持块、下夹持块、操作杆连接螺栓、进水连接头,供水软管，上下夹持块连接螺钉、密封垫，操作杆由操作杆连接螺栓、连接套、锁紧盖、连接杆、操作手柄和操作杆连接头组成，操作杆连接头为圆柱体，操作杆连接头的一端为矩形，矩形的宽度与上夹持块前端两耳边之间的距离一致，并形成间隙配合，操作杆连接头的另一端外部加工成圆柱螺纹，并与连接套外螺纹匹配，操作杆连接头的矩形端插入上夹持块前端两耳边中间位置，通过操作杆连接螺栓将操作杆连接头与上夹持块连接在一起，连接套的内螺纹与连接杆的外螺纹连接，连接杆的外螺纹与操作手柄的内螺纹连接；上夹持块为矩形方块，在其中心位置附近加工有一贯通孔，孔径与耦合腔外套外径形成间隙配合，在上夹持块的前端切出两个耳边，在上夹持块四个直角位置钻有4个贯通孔，该4个贯通孔与下夹持块 中的4个贯通螺纹孔同轴，上夹持块与下夹持块通过螺钉连接；下夹持块为矩形方块，在其中间位置加工有一贯通孔，贯通孔径与上夹持块中的贯通孔同轴，且耦合腔外套外径形成间隙配合；在下夹持块的端面上钻有一螺纹盲孔，该螺纹孔与进水连接头外螺纹连接和密封，形成耦合进水输入通道；在靠近贯通孔径远周边的外侧加工有一圆形槽，形成周向耦合供水回路；在圆形槽的侧壁均布有6-12个细通孔，形成扫查过程中的耦合供水；在圆形槽的底钻有一个与安装进水连接头的螺纹盲孔相通的直孔，形成耦合供水输入通道；进水连接头与供水软管相接。所述的连接杆两端加工有外螺纹，连接杆两端外螺纹端配有锁紧盖，通过连接套实现多根连接杆的连接，相邻连接杆由锁紧盖锁紧，构成不同长度的操作杆，实现不同深度或者长度的封闭内腔立樯的扫查。利用上述探头进行超声扫查的方法是，将声学单元放置在扫查器中的上夹持块上；声学单元与外部超声检测仪器连接，将供水软管与外部供水回路连接，耦合用水通过进水连接接头，由下夹持块的直孔进水传送到圆形槽，再沿耦合腔外套与下夹持块内孔壁之间的细缝流到被检测封闭立樯表面，并随着声学单元的移动，在立樯表面形成声波耦合水膜；利用手工或机械自动方式通过移动操作杆，移动声学单元，通过声学单元向被检测整体结构封闭内腔立樯垂直发射/接收超声波，检测整体结构封闭内腔。本专利技术具有的优点和有益效果是，(I)采用本专利技术，表面检测盲区小、分辨率高，可以达到复合材料单个铺层的厚度，约O. 13mm ;检测信号质量和信噪比显著提高，信号规律更清晰，缺陷判别与定性分析更加准确；(2)本专利技术采用自适应随动结构的超声探头和柔性连接杆，使扫查过程中超声换能传感器始终能够随着被检测内腔立樯表面外形进行柔性形面跟踪，保证超声换能传感器的姿态和位置随被检测封闭内腔表面进行稳定的接触跟踪，极大地改善了封闭内腔立樯超声扫查稳定性、显著提高了检测结果的可靠性；(3)本专利技术中的超声换能传感器与被检测复合材料零件表面之间采用软膜接触耦合，通过水膜耦合回路设计，使在扫查过程中，在探头-零件表面之间形成稳定的软膜柔性接触耦合，大大地改善了扫查过程中声波耦合效果和检测信号稳定性，显著提高了检测结果可靠性； (4)本专利技术的超声扫查方法及探头可以方便地实现室内外环境条件下、不同长度和深度的封闭内腔立樯的超声扫查检测，显著降低了检测成本，大大地提高了复合材料等整体封闭内腔可检性和可达性。附图说明图I是本专利技术探头的结构外形示意图；图2是本专利技术探头结构剖本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种检测复合材料整体结构内腔的探头，其特征是，探头包括声学单元(I)和扫查器(2)，声学单元(I)位于扫查器(2)中的上下夹持块(5)和(6)中间位置的同轴圆柱贯通孔内，并保持间隙配合； 声学单兀(I)包括超声换能传感器(16),传感器外壳(17),液体稱合腔(18),稱合腔外套(19)，耦合胶膜(20)，接触头(22)和限位圈(10)，超声换能传感器(16)置于传感器外壳(17)内，限位圈(10)紧套在传感器外壳(17)中部，传感器外壳(17)与液体耦合腔(18)的一端螺纹连接，液体耦合腔(18)的另一端与耦合腔外套(19)上端螺纹连接，耦合胶膜(20)套在液体耦合腔(18)外侧，液体耦合腔(18)的柱形空腔(18A)中充满液体，耦合腔外套(19)下端内螺纹与接触头(22)上端外螺纹连接； 扫查器(2)包括操作杆(4)、上夹持块(5)、下夹持块(6)、操作杆连接螺栓(7)、进水连接头(8 )，供水软管(9 )，上下夹持块连接螺栓(11)、密封垫(21); 操作杆(4)由操作杆连接螺栓(7)、连接套(12)、锁紧盖(13)、连接杆(14)、操作手柄(15)和操作杆连接头(23)组成，操作杆连接头(23)为圆柱体，操作杆连接头(23)的一端为矩形，矩形的宽度与上夹持块(5)前端两耳边(5A)之间的距离一致，并形成间隙配合，操作杆连接头(23)的另一端外部加工成圆柱螺纹，并与连接套(12)外螺纹匹配，操作杆连接头(23 )的矩形端插入上夹持块(5 )前端两耳边(5A)中间位置，通过操作杆连接螺栓(7 )将操作杆连接头(23)与上夹持块(5)连接在一起，连接套(12)的内螺纹与连接杆(14)的外螺纹连接，连接杆(14)的外螺纹与操作手柄(15)的内螺纹连接；上夹持块(5)为矩形方块，在其中心位置附近加工有一贯通孔，孔径与耦合腔外套(19)外径形成间隙配合，在上夹持块(5)的前端切出两个耳边(5...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘松平，白金鹏，刘菲菲，李乐刚，孟秋杰，曹正华，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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