[發明專利]飛機薄板攪拌摩擦焊高靈敏度超聲檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202011074251.6
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112255317A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 沙正驍;史亦韋;梁菁;劉驍;王曉
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/265
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明屬于無損檢測領域，涉及一種薄板攪拌摩擦焊高靈敏度超聲檢測裝置及方法，檢測裝置包括機械掃查器(1)、電控箱(2)、控制軟件、檢測儀器(3)、計算機(4)和探頭(10)；探頭(10)為超聲相控陣探頭，晶片數8～64，頻率5MHz～10MHz；檢測方法包括：檢測裝置加載、掃查參數設置、數據采集及信號處理；本發明解決了攪拌摩擦焊中的冶金缺陷難以檢測的問題，檢測裝置與大尺寸機身壁板相結合，實現對大尺寸機身壁板結構攪拌摩擦焊接頭進行檢測，提高攪拌摩擦焊零件的可靠性，實現壁板結構攪拌摩擦焊超聲相控陣自動檢測，有效提高攪拌摩擦焊檢測的準確性和效率。

技術領域

本發明屬于無損檢測領域，涉及一種攪拌摩擦焊超聲相控陣檢測裝置及檢測方法。

背景技術

攪拌摩擦焊是固相焊接技術的一種，在航空航天有大量應用。如美國Eclipse公司的公務機，波音公司的Delta II，IV的火箭和C17，NASA的太空梭外艙等均為鋁合金攪拌摩擦焊結構。由于攪拌摩擦焊中的冶金缺陷取向復雜、緊貼、細微，使對其進行檢測存在很大困難。

攪拌摩擦焊缺陷與熔焊缺陷在成因、形貌上區別明顯，具有緊貼、細小、面狀、彌散、取向復雜等特點。有些缺陷采用常規的無損檢測技術或方法不能有效檢出，而這些缺陷的會對產品性能產生很大的影響，漏檢可能會導致嚴重的質量事故。特別是飛機機身壁板等結構，其厚度小、面積大的特點，進一步增加了檢測的難度。

目前已有的針對鋁合金封閉型腔、火箭貯箱等的檢測方法或裝置由于檢測靈敏度等其他問題(目前的技術手段檢測靈敏度達不到直徑0.4mm平底孔靈敏度)，并不適合于飛機機身大壁板(壁板大小1.5m*4m)的焊縫。針對飛機機身大壁板焊縫需要設計專門的探頭及檢測裝置。

發明內容

本發明的目的是：針對攪拌摩擦焊中的冶金缺陷難以檢測的問題，設計了一種薄板攪拌摩擦焊高靈敏度超聲檢測方法。

為解決此技術問題，本發明的技術方案是：

一方面，本發明提供一種飛機薄板攪拌摩擦焊高靈敏度超聲檢測裝置，所述高靈敏度超聲檢測裝置包括機械掃查器1、電控箱2、控制軟件、檢測儀器3、計算機4和探頭10；所述的機械掃查器1包括掃查軸5、手動吸盤6、支撐桿7、探頭加載臂8、電機-編碼器一體式步進電機9；

所述的電控箱2包含嵌入式處理器、電機驅動模塊、藍牙模塊/串口、DC/DC變換模塊、信號變換模塊；

所述的控制軟件包含計算機端軟件和電控箱FPGA軟件；

所述機械掃查器1呈“王”字框架結構，四角通過支撐桿7支撐，上下兩端中部通過手動吸盤6固定；機械掃查器1中間為呈十字形的掃查軸5；

所述掃查軸5通過探頭加載臂8攜帶相控陣探頭10；所述探頭加載臂8為倒“T”型結構，兩端分別安裝相控陣探頭10；

所述探頭10為超聲相控陣探頭，晶片數8～64，頻率5MHz～10MHz；

所述機械掃查器1通過電機-編碼器一體式步進電機9與電控箱2相連；探頭10與檢測儀器3相連；電控箱2、檢測儀器3與計算機4相連。

所述探頭10的入射角度范圍30°～80°。

所述高靈敏度超聲檢測裝置的檢測對象為薄板攪拌摩擦焊焊縫，薄板厚度為1.5～5mm。

所述機械掃查器1通過掃查軸5實現一維或者二維掃查檢測；

所述機械掃查器1通過電機-編碼器一體式步進電機9實現向外輸出運動方向的編碼器信息，供檢測儀器成像。

所述電控箱2通過藍牙模塊/串口接收電腦的指令和上傳運動狀態；所述電控箱2通過信號變換模塊形成檢測圖像。