[發明專利]復合材料T形連接區液體自耦合超聲換能器及檢測方法

有效

• 申請號: 201611199124.2
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106770683B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 劉松平;劉菲菲;李樂剛;白金鵬;傅天航
• 申請（專利權）人: 中航復合材料有限責任公司
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G01N29/28;G01N29/265;G01N29/04;G01N29/06
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

本發明屬于無損檢測技術領域，涉及一種復合材料T形連接區液體自耦超聲合換能器及檢測方法。液體自耦合超聲換能器由超聲傳感單元、外殼、耦合腔、連接座、液體耦合劑和封蓋組成。本發明方法根據T形連接區幾何特征和缺陷可能取向，基于寬帶窄沖擊脈沖反射檢測原理，發明一種液體自耦合超聲換能器，明顯改善了超聲換能器與被檢測復合材料結構T形連接區表面的聲學耦合效果和檢測信號的穩定性檢測結果的準確性，通過采用手動或機械自動掃描方式，實現對復合材料結構T形連接區的覆蓋檢測，進行缺陷判別方法。本發明可準確檢出T形連接區的分層、氣孔、夾雜、富脂等缺陷，顯著地提高了超聲對復合材料結構T形連接區的缺陷檢出能力。

技術領域

本發明屬于無損檢測技術領域，涉及一種復合材料T形連接區液體自耦合超聲換能器及檢測方法。

背景技術

T形連接是復合材料壁板和整體結構中的一種非常重要的連接形式，也是復合材料承力結構的重要組成部分，T形連接區在這類復合材料結構中起到載荷傳遞和結構支撐作用，T形連接目前已在航空航天、交通等工業領域中復合材料結構中應用廣泛。通常需要對復合材料結構T形連接區進行可靠地無損檢測。目前是基于超聲方法進行復合材料結構T形連接區的無損檢測：一種是采用超聲手工接觸法掃查方法，換能器通過固體延時塊與T形連接筋條部位接觸耦合，利用超聲A-顯示信號進行缺陷判別，其主要不足是，(1)這種硬接觸難以保證掃查過程中換能器延時塊與T形連接區表面之間的聲學，從而會導致超聲波的正常發射和接收，進而容易引起缺陷誤判、漏檢；(2)需要根據不同的T形連接區的曲率特點，制備相應的換能器延時塊，效率低，成本高；(3)對于一些曲率比較小的T形連接區，采用這種固體延時塊方法，難實在T形連接區形成合理的超聲檢測信號，從而難以實現T形連接區的覆蓋檢測；(4)分辨率。為了改善其不足，另一種檢測方法是，通過設計一些專門的超聲自動掃描檢測系統或者超聲相控陣方法，實現復合材料結構T形連接區的掃描檢測，其主要不足是，(1)成本非常高、技術難度大，需要根據不同的復合材料結構T形連接區的幾何特點，設計不同的掃描檢測系統；(2)因自動掃描機構復雜和場地環境條件的限制，實現起來較困難；(3)對檢測場地要求高，需要占用較大的專用檢測場地；(4)檢測結果的核實實時性不好；(5)對于一些開敞性不好的復合材料結構中的T形連接區，難以實現檢測；(6)存在表面檢測盲區。為了改進其不足，中國專利“一種檢測復合材料結構內腔R區的超聲掃查器及掃查方法”(ZL 201210235056.6)，用于解決復合材料結構中內腔R區的檢測，其主要不足：(1)采用了軟膜耦合的R區超聲探頭，掃查過程中軟膜容易損壞，導致無法實現聲學耦合，進而在掃查過程中需要不斷更換R區探頭的軟膜，影響檢測效果和檢測效率。

發明內容

本發明的目的是針對復合材料結構T形連接區，提出一種用于復合材料結構T形連接區的液體自耦合超聲換能器及檢測方法，實現復合材料結構T形連接區的超聲覆蓋掃查檢測，提高超聲對復合材料結構T形連接區檢測的覆蓋率，進而提高缺陷的檢出能力和檢測的可靠性。本發明的技術解決方案是，

液體自耦合超聲換能器由超聲傳感單元、外殼、耦合腔、連接座、液體耦合劑和封蓋組成，

外殼由一圓柱體加工而成，外殼的上端加工一同軸半通孔φ₂，外殼的下端加工一貫通圓孔，貫通圓孔的內徑為φ₁，貫通圓孔的內徑φ₁大于半通孔內徑φ₂，在外殼的下端形成內圓凸臺，外殼的下端加工有外螺紋M₁，外殼的上端面加工有4個均布的螺紋孔，

超聲傳感單元由壓電晶片、聲學透鏡、阻尼塊、正負電極連接線組成，其中，正負電極連接線的一端分別與壓電晶片的正負端連接，壓電晶片上端再與阻尼塊通過樹脂膠接在一起，聲學透鏡與壓電晶片下端粘接，封裝為超聲傳感單元，將封裝后的超聲傳感單元通過樹脂封裝在外殼中，并使超聲傳感單元的下端面與外殼下端面凸臺面齊平；

連接座與封蓋固定在一起，正負電極連接線的另一端分別連接座上的正負端連接，封蓋固定在外殼上端面，