共底夹层构件脱粘缺陷检测的超声回波测量方法及装置

摘要

本发明涉及一种共底夹层构件脱粘缺陷检测的超声回波测量方法及测量装置，所述的测量方法包括以下步骤：1)利用探头对典型位置按设定路径进行多次超声扫描检测，建立不同类型脱粘缺陷的有效回波个数和探头与脱粘缺陷边界距离关系的数据库，所述的典型位置包括无脱粘缺陷位置、金属板与胶层脱粘缺陷位置和胶层与泡沫脱粘缺陷位置；2)对待测共底夹层构件的金属板表面进行整体超声扫描检测，根据检测得到的有效回波个数与所述数据库的对比结果，确定脱粘缺陷类型和边界；所述的测量装置包括依次连接的数据采集器、超声波发生器和超声波探头。与现有技术相比，本发明具有无损、快速有效等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无损检测技术，尤其是涉及一种共底夹层构件脱粘缺陷检测的超声回波测量方法及装置。

背景技术

大型共底夹层构件是新一代运载火箭燃料贮箱的关键部件，其由PMI泡沫夹芯和铝合金上、下面板配合、粘结固化组成，用于隔离煤油、液氧燃料。在实际制造过程中，由于结构的复杂性和生产条件的限制，容易造成共底夹层构件的脱粘缺陷。泡沫夹层共底胶结结构的脱粘缺陷包括金属板与胶层间脱粘和胶层与泡沫间脱粘两种。为了维持箭体稳定性确保发射成功，要求共底夹层构件具有很高的胶粘质量，具体需满足以下技术指标：夹芯与上、下面板粘结后，每处脱粘面积小于625mm²，脱粘总面积不大于面板表面积的5％。减少脱粘缺陷面积是提高共底夹层构件强度的重要问题，首先需要对脱粘缺陷进行精确检测。现有的脱粘缺陷检测方法还存在精度不够的不足。

超声波检测是一种无损检测方法，不需要对检测部位进行破坏性试验。其利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波波形反射情况和穿透时的能量变化来检验材料内部缺陷，具有易于操作、快速、可靠、灵敏度高、精确度高和便携的特点，可以精确确定缺陷的种类和位置分布，得到了广泛的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无损、快速有效的共底夹层构件脱粘缺陷检测的超声回波测量方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种共底夹层构件脱粘缺陷检测的超声回波测量方法，所述的共底夹层构件包括两层金属板、设在两层金属板间的泡沫以及设在金属板与泡沫之间的胶层，其特征在于，所述的测量方法包括以下步骤：

1)利用探头对典型位置按设定路径进行多次超声扫描检测，建立不同类型脱粘缺陷的有效回波个数和探头与脱粘缺陷边界距离关系的数据库，所述的典型位置包括无脱粘缺陷位置、金属板与胶层脱粘缺陷位置和胶层与泡沫脱粘缺陷位置；

2)对待测共底夹层构件的金属板表面进行整体超声扫描检测，根据检测得到的有效回波个数与所述数据库的对比结果，确定脱粘缺陷类型和边界。

进行超声扫描检测前，将耦合剂涂于共底夹层构件表面。

所述的耦合剂包括甘油或水。

该方法还包括：

根据检测得到的脱粘缺陷边界计算脱粘缺陷面积，并判断脱粘缺陷面积大小是否满足共底夹层构件的制造要求。

一种共底夹层构件脱粘缺陷检测的超声回波测量装置，其特征在于，包括依次连接的数据采集器、超声波发生器和超声波探头，所述的超声波探头贴设在待测共底夹层构件的金属板上；其中，所述的数据采集器显示有效回波个数和回波衰减率。

所述的超声波探头的频率为5-30Mhz，探头直径为1-30毫米。

所述的超声波探头为双晶探头、接触式探头、延迟块探头或水浸式探头。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明采用超声波检测，超声波检测是一种无损检测方法，其不需要对结构进行破坏性试验。

2)本发明在对共底夹层构件进行检测时，首先建立数据库，可以快速判断脱粘缺陷的类型并确定脱粘缺陷的边界和面积，据此判断结构胶粘质量是否满足要求的标准。

附图说明

图1为共底夹层构件的结构示意图，其中(a)为带有金属板与胶层脱粘缺陷的构件，(b)为带有胶层与泡沫脱粘缺陷的构件；

图2为本发明测量装置的结构示意图；

图3为探头扫描路径示意图；

图4为本发明超声波检测回波特征曲线示意图；

图5为本发明实施例回波个数-探头距离脱粘缺陷边界距离统计数据库；

图6为本发明测试方法流程示意图。

图中，1、金属板，2、胶层，3、泡沫，4、金属板与胶层之间脱粘缺陷，5、胶层与泡沫之间脱粘缺陷，6、数据采集器，7、超声波发生器，8、超声波探头，9、耦合剂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，共底夹层构件包括两层金属板1、设在两层金属板1间的泡沫3以及设在金属板1与泡沫3之间的胶层2，其中，金属板1的材料为钢、铝、镁等，胶层2使用的胶粘黏合剂为热固性树脂黏合剂、热塑性树脂黏合剂、橡胶型黏合剂或者三种的结合，泡沫3为聚甲基丙烯酰亚胺、聚苯乙烯泡沫和硬质聚氨酯泡沫等，整个共底夹层构件的厚度为0.1-10毫米。

如图2所示，本发明创造将数据采集器6、超声波发生器7、超声波探头8集成为一个系统对共底夹层构件进行脱粘缺陷及其边界检测，数据采集器6、超声波发生器7、超声波探头8依次连接，超声波探头8贴设在待测共底夹层构件的金属板1上。检测时，超声波探头8沿图3所示路径移动，数据采集器6在检测过程中可显示有效回波个数和回波衰减率，如图4所示。超声波发生器7可以发生1-30MHz的A型超声波；超声波探头8为接触式探头，可为双晶探头、接触式探头、延迟块探头或水浸式探头等，频率为10MHz，与探头匹配的延迟块端面直径为7.87mm，延迟快长度为11.4mm。

本发明根据接触式超声波探头对共底夹层构件不同情况(无脱粘缺陷、金属板与胶层之间脱粘、胶层与泡沫之间脱粘)部位进行检测时，数据采集器中反映的有效回波个数不同进行缺陷检测，一般情况下，无脱粘缺陷位置回波数＜金属板与胶层之间脱粘位置回波数＜胶层与泡沫之间脱粘位置回波数。本发明测量方法具体步骤如图6所示：

在步骤s101中，将超声波探头安装于超声波发生器上，检测前，对数据采集器的参数进行合理设置，并在金属板1上涂覆耦合剂9，耦合剂9为甘油或水等液体。数据采集器需要设置的参数包括增益、屏幕显示范围、输出结果和自动冻结条件。本实施例中，增益Gain为18dB，屏幕显示范围Range为29mm，输出结果为有效回波个数BWE。

在步骤s102中，利用探头对典型位置按设定路径进行多次超声扫描检测，建立不同类型脱粘缺陷的有效回波个数和探头与脱粘缺陷边界距离关系的数据库，所述的典型位置包括无脱粘缺陷位置、金属板与胶层脱粘缺陷位置和胶层与泡沫脱粘缺陷位置。

在本实施例中，无脱粘缺陷位置检测得到的有效回波个数为5个，金属板与胶层之间脱粘位置检测得到的有效回波个数为10个，胶层与泡沫之间脱粘位置检测得到的有效回波个数为6个。同时，在脱粘缺陷边界部位，接触式超声波探头所对应的脱粘缺陷面积不同，回波中有效回波个数不同。

超声波探头沿图3所示方向进行检测时，从a到d的过程中，经历从无脱粘缺陷位置到存在金属板与胶层之间脱粘缺陷位置，其回波个数逐渐增加，并最终达到稳定。a处检测得到的回波个数为N1，b处为N2，分别为无缺陷部位和金属板与胶层脱粘部位的检测回波数。在脱粘缺陷边界位置，检测时其一侧回波数为N1(位置b)，另一侧回波数为N2。探头沿图3所示方向移动，建立回波数N--探头距脱粘缺陷边界距离t的数据库，如图5所示。

在步骤s103中，将超声波探头端面紧贴于金属板表面上，沿一定路径对待测共底夹层构件金属板表面进行完整的超声波检测，记录结果，将检测得到的回波个数与数据库进行比对，判断是否存在脱粘缺陷及存在何种类型的脱粘缺陷；在判断检测部位存在脱粘缺陷时，通过脱粘部位回波个数与数据库的对比，确定脱粘缺陷边界。根据检测得到的脱粘缺陷边界计算脱粘缺陷面积，并判断脱粘缺陷面积大小是否满足共底夹层构件的制造要求。