專利名稱：復(fù)合材料缺陷的高壓氣體耦合超聲檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料缺陷的高壓氣體耦合超聲檢測方法，屬于無損檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學(xué)腐蝕等特點，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑等領(lǐng)域，近幾年更是得到了飛速發(fā)展。然而由于復(fù)合材料的非均質(zhì)性和各向異性，在制造過程中工藝不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生缺陷；在應(yīng)用過程中，由于疲勞累積、撞擊、腐蝕等物理化學(xué)的因素影響，復(fù)合材料也容易產(chǎn)生缺陷，且這些缺陷很大一部分產(chǎn)生在復(fù)合材料內(nèi)部，不容易直接觀測到，存在很大的使用安全隱患，因此，對復(fù)合材料進行制造和使用過程中的無損檢測就顯得尤為重要。目前，盡管有多種方法可用于復(fù)合材料的無損檢測，但其中以超聲檢測方法最為有效、方便，發(fā)展也最快。用于超聲無損檢測的傳統(tǒng)方法是接觸式的，即在超聲探頭和待測試件之間必須用水或其他液體作為聲耦合介質(zhì)。這種傳統(tǒng)方法對于復(fù)合材料試件的檢測不是完全適用的，主要原因是水會使試樣受潮或變污，且有可能滲入損傷處，這會嚴(yán)重影響構(gòu)件的力學(xué)強度和尺寸穩(wěn)定；其次，對機器進行在役定期例行檢查和維修時，水耦合超聲檢測方法也不適用；再次，使用其他液體聲耦合介質(zhì)時，檢測后的耦合劑的清理也很費時。非接觸的空氣耦合超聲檢測方法是解決這個問題的新途徑，空氣耦合式超聲波無損檢測技術(shù)具有非接觸、非浸入、完全無損的特點，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)快速在線掃查，使得該技術(shù)有很好的應(yīng)用前景。超聲波在媒質(zhì)中傳播時，如果一部分聲能不可逆地轉(zhuǎn)換為媒質(zhì)的其他形式的能量，那么這部分超聲波能量就被耗散掉了。超聲波在空氣中傳輸時，衰減系數(shù)與溫度、相對濕度、大氣壓力等均有很大關(guān)系，對檢測環(huán)境參數(shù)進行優(yōu)化，可以降低超聲傳播過程中的衰減程度，來提高缺陷的檢測精度和靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是利用空氣耦合探頭對復(fù)合材料的內(nèi)部缺陷進行檢測，通過改變檢測環(huán)境的壓強(增加檢測環(huán)境中的耦合氣體密度)，以提高缺陷檢測的精度和靈敏度。本發(fā)明提出的復(fù)合材料缺陷的高壓氣體耦合超聲檢測方法，其原理在于對流體媒質(zhì)中平面聲波(縱波)的吸收主要有兩部分組成對于切變粘性引起的吸收衰減系數(shù)α η和熱傳導(dǎo)引起的吸收衰減系數(shù)α κ，吸收衰減和散射衰減取決于介質(zhì)的特性。其中
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料缺陷的高壓氣體耦合超聲檢測方法，其特征在于通過改變檢測環(huán)境的壓強(增加檢測環(huán)境中的耦合氣體密度)，降低超聲傳播衰減程度，來提高缺陷檢測的精度和靈敏度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的優(yōu)化方法，其步驟如下A、確定待檢測復(fù)合材料工件的相關(guān)參數(shù)，包括試件厚度T、聲速C等，保證在一定的激勵電壓和增益的情況下超聲波可以穿透試件。B、確定所選用的發(fā)射和接收空氣耦合超聲探頭，同為標(biāo)稱頻率500KHZ，近場距離 60mm,孔徑 20mm。C、將被測試件放置于發(fā)射和接收換能器之間，調(diào)節(jié)探頭的水平位置使兩探頭軸線保持一致，同時調(diào)節(jié)好距離使接收到的A掃描波形幅值達(dá)到最大。D、將空氣耦合超聲換能器和被測試件置于密閉加壓室內(nèi)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下觀測接收到的A掃描波形并記錄最大幅值，關(guān)閉加壓室并利用加壓設(shè)備(如空氣增壓泵等)增加加壓室內(nèi)空氣壓強，在增壓過程中實時觀測A掃描波形的幅值變化。E、根據(jù)密閉室情況進行加壓，達(dá)到可承受的安全壓力時(如3個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，觀測A 掃描波形幅值，如幅值過大則減小增益，如幅值過小則增大激勵電壓，直至接收到較理想的 A掃波形為止。F、對復(fù)合材料試件進行C掃查，得到其C掃描圖像。G、對于關(guān)鍵部位或是較復(fù)雜曲面的檢測，采用小型獨立的密閉加壓系統(tǒng)，使檢測更加靈活方便，進而有效提高檢測靈敏度和檢測效率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合材料缺陷的高壓氣體耦合超聲檢測方法，主要通過改變檢測環(huán)境的壓強(增加檢測環(huán)境中的耦合氣體密度)，降低超聲傳播衰減程度，來提高缺陷檢測的精度和靈敏度。該方法具有非接觸、非浸入、完全無損的特點，使用靈活方便，能夠?qū)崿F(xiàn)快速在線掃查，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號G01N29/11GK102608214SQ201210073568
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者周世圓, 徐堯, 徐春廣, 王洪博, 肖定國, 趙新玉, 郝娟 申請人:北京理工大學(xué)