[發(fā)明專利]一種多層固體介質材料內部豎直缺陷檢測方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010031134.5
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN113109450A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 蔡桂喜;李經(jīng)明;張博;李建奎;王玉敏;吳穎
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G01N29/265;G01N29/04
• 代理公司: 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

1.一種多層固體介質材料內部豎直缺陷檢測方法，其特征在于：利用兩種固體介質的聲學差異性形成邊界效應，基于超聲爬波沿異質界面?zhèn)鞑r遇到缺陷會激勵出衍射波的特性進行檢測，具體為采用爬波探頭與接收探頭組成探頭組，爬波探頭發(fā)射超聲爬波，再用接收探頭接收衍射波并轉換成電信號，從而實施檢測。

2.按照權利要求1所述多層固體介質材料內部豎直缺陷檢測方法，其特征在于：所述多層固體介質復合材料為由兩種或兩種以上聲阻抗值差異在20％以上的材料組成的層狀復合結構，被檢測缺陷類型為復合材料內部垂直于檢測面的豎直缺陷。

3.按照權利要求1所述多層固體介質材料內部豎直缺陷檢測方法，其特征在于：需根據(jù)各組分固體介質中的超聲波聲速計算出聲束折射角β，使入射波在界面處能夠激發(fā)出爬波，并通過折射角β設計爬波探頭傾角，探頭壓電晶片的尺寸范圍為10～15mm，晶片頻率范圍為1MHz～15MHz。

4.按照權利要求1所述多層固體介質材料內部豎直缺陷檢測方法，其特征在于：具體步驟如下：

步驟1)、實測超聲波在固體介質一中的縱波聲速CL1和固體介質二中的縱波聲速CL2；

步驟2)、依據(jù)公式(Ⅰ)計算出固體介質一中聲束折射角β，使入射波在固體介質一和固體介質二的界面處能夠激發(fā)出爬波；

β＝arcsin(CL1/CL2)(Ⅰ)

步驟3)、根據(jù)步驟2)中計算的β計算出超聲爬波探頭的入射角α，再根據(jù)入射角α設計制作出所需楔塊傾角，確定探頭晶片尺寸和頻率；

步驟4)、將超聲爬波探頭與接收探頭組合成探頭組；

步驟5)、將探頭組安裝在檢測系統(tǒng)上，用電纜將探頭組與超聲探傷儀接好，將被檢測件放置于檢測系統(tǒng)工作臺上，將探頭組調整至被檢測區(qū)域；

步驟6)自動掃查：若是環(huán)狀工件，采用螺旋掃查運動方式，W軸作為旋轉軸，X軸作為步進軸，使探頭組自起始點開始掃查直至螺旋掃查區(qū)域全部覆蓋被檢測區(qū)域為止，掃查螺距ΔX₁＝0.1～1mm；若是板狀工件，采用X-Y二維掃查運動方式，Y軸作為掃查軸，X軸作為步進軸，使X-Y二維掃查區(qū)域全部覆蓋被檢測區(qū)域，掃查步進ΔX₂＝0.1～1mm；

步驟7)超聲波的激勵與儀器參數(shù)設置：在步驟6)掃查的同時，啟動超聲探傷儀同步激勵探頭組中的爬波探頭，使之發(fā)射超聲波；

步驟8)缺陷回波信號的采集：當步驟7)中探頭發(fā)出的超聲波遇到異質界面后，會轉換成爬波，當爬波遇到豎直缺陷后會發(fā)出衍射波，衍射波信號被接收探頭接收到，再轉換成電信號被超聲探傷儀采集到，然后信號被上傳至上位機計算機中保存；

步驟9)將計算機存儲的信號作數(shù)據(jù)后處理，最終實現(xiàn)結果的A掃、B掃和C掃顯示。

5.按照權利要求4所述多層固體介質材料內部豎直缺陷檢測方法，其特征在于：步驟3)中，探頭晶片寬度為10～15mm，晶片頻率范圍為1MHz～15MHz。

6.按照權利要求4所述多層固體介質材料內部豎直缺陷檢測方法，其特征在于：步驟4)中，調節(jié)超聲爬波探頭與接收探頭之間的距離，距離設置成被檢測表面與異質界面間距離的1～3倍。

7.按照權利要求4所述多層固體介質材料內部豎直缺陷檢測方法，其特征在于：步驟7)中，超聲波激勵的重復頻率與Y軸掃查速度相關，Y軸的直線速度不得大于150mm/s，超聲波激勵的重復頻率為100Hz～10KHz；儀器閘門起始位置設置在縱波p1p2p1之后5～10mm，排除影響檢測的偽缺陷干擾波。

8.按照權利要求1～7任一所述多層固體介質材料內部豎直缺陷檢測方法，其特征在于：所述多層固體介質材料的厚度為10mm～100mm。

9.一種權利要求1所述方法專用檢測裝置，其特征在于：所述檢測裝置由探頭組(14)和三維自動掃查裝置組成，其中：

所述探頭組(14)由爬波探頭(2)與接收探頭(3)組成，兩者通過夾具模塊(19)組合在一起；

三維自動掃查裝置包括檢測水槽(6)、XYZ軸運動機構、線纜(9)、超聲探傷儀(10)、工業(yè)計算機(11)、電氣控制裝置(12)、定位卡具(15)、W軸旋轉運動裝置(16)；檢測水槽(6)內設有XYZ軸運動機構和W軸旋轉運動裝置(16)，定位卡具(15)設置在W軸旋轉運動裝置(16)上；探頭組(14)固定在XYZ軸運動機構上，并通過線纜(9)與超聲探傷儀(10)相連；工業(yè)計算機(11)與超聲探傷儀(10)和電氣控制裝置(12)相連。