[发明专利]一种复合材料界面脱粘的相控阵超声波检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料界面粘接的无损检测技术，具体地说是一种复合材料界面脱粘缺陷的相控阵超声波检测方法。

背景技术

复合材料的使用提高了产品的性能，但同时也给无损检测带来了挑战。脱粘作为多层粘接的复合材料最主要的缺陷之一，直接影响复合材料的可靠性。粘接作为联接材料或结构的手段有诸多的优越性，比如施工方便、联接应力分散、对粘接体本身要求低，适用面广等。通常情况下，粘接的效果由粘接工艺过程决定，如粘接剂的成分设计，工艺设计等。粘接结构由于具有比强度、比模量高，抗疲劳和减震性能优越等特点，已经在航空、航天和军工领域被广泛使用。在粘接过程中由于粘接工艺等原因可能产生界面脱粘缺陷，这些粘接缺陷严重影响了粘接结构的完整性。而且，即使粘接工艺设计很理想，在实施过程中也可能存在诸多因素导致粘接效果变差或强度降低。如在制造过程中，粘接界面上还往往存在残余应力，如热固化产生的残余应力，加上粘接界面对使用环境也比较敏感，如疲劳、腐蚀、老化等，使得厚度尺寸很小的粘接界面层在即使有微小的缺陷情况下也可能发生致命的破坏，因而，无论在粘接件制造过程中还是在其使用中，对复合材料界面存在脱粘缺陷的检测已成为超声检测中一个极其重要的研究领域和前沿课题。

超声波检测由于其操作方便、检测速度快、灵敏度高、可靠性好的特点，目前在复合材料检测领域得到广泛应用，但对复合材料粘接结构脱粘缺陷的检测还比较困难。近年来，相控阵超声检测技术发展迅速，美国Stanford大学的Pierre研究小组实现了基于二维阵列探头的实时三维成像技术。英国RobertGordon大学提出了基于声光成像的缺陷直接可视化技术，并进行了系统设计和实验研究。目前，相控阵超声波技术主要应用于生物医学、管道检测以及海洋形貌探测和反潜等领域。相控阵超声波检测技术在复合材料界面脱粘的检测尚未见报道。本文针对复合材料界面脱粘提出一种新的相控阵超声波检测方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种复合材料界面脱粘的相控阵超声波检测方法，该检测方法具有检测精度高、缺陷检出率高和检测过程简单等特点。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种复合材料界面脱粘的相控阵超声波检测方法，包括以下步骤：

1)相控阵探头各晶元依次触发产生超声波信号，超声波信号经过叠加后进入复合材料内部传播，遇到复合材料分界面或者复合材料界面脱粘便发生反射；

2)反射的超声波信号经过叠加后被相控阵探头接收，通过数据处理后通过相控阵显示仪输出相控阵扫描图像；

3)对比复合材料界面粘接良好时的超声波检测图像和界面脱粘时的超声波检测图像，由此判断复合材料是否存在脱粘缺陷。

对复合材料界面粘接良好时的超声波检测图像和界面脱粘时的超声波检测图像的对比确认的过程是基于反射波声程差原理；当检测复合材料的界面完好时，超声波信号在整个传播到反射过程的声程较长，显示在相控阵检测图像上的第二界面反射波的高度较低；当检测复合材料的界面脱粘时，超声波信号在整个传播到反射过程的声程较短，显示在相控阵检测图像上的脱粘缺陷反射波的高度较高；通过对界面粘接良好时的超声波检测图像和界面脱粘时的超声波检测图像进行对比，得到的声程差Δh，即可判断复合材料是否存在脱粘缺陷。

相控阵探头晶元按顺序激发超声波，形成的波阵面具有偏转和聚焦作用，可以再少移动或者不移动探头的情况下扫查复合材料界面情况。

本发明的工作原理：本发明利用一维相控阵超声探头，采用机油作为探头与复合材料之间的耦合剂，对复合材料粘接界面进相控阵扇形扫描。根据扇形扫描的二维图像来判断界面脱粘缺陷。相控阵超声波探测的流程图如图2所示。超声检测的工作流程为：相控阵探头的晶元发出超声波，超声波在探头和介质之间传播，根据超声波在介质和缺陷的传播性质的不同回拨的性质也不一样，通过接收的反射波来显示被测试件的内部特征，从而通过二维超声图像来识别缺陷的大小和类型。