[发明专利]复合材料T形连接区液体自耦合超声换能器及检测方法

说明书

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种复合材料T形连接区液体自耦超声合换能器及检测方法。液体自耦合超声换能器由超声传感单元、外壳、耦合腔、连接座、液体耦合剂和封盖组成。本发明方法根据T形连接区几何特征和缺陷可能取向，基于宽带窄冲击脉冲反射检测原理，发明一种液体自耦合超声换能器，明显改善了超声换能器与被检测复合材料结构T形连接区表面的声学耦合效果和检测信号的稳定性检测结果的准确性，通过采用手动或机械自动扫描方式，实现对复合材料结构T形连接区的覆盖检测，进行缺陷判别方法。本发明可准确检出T形连接区的分层、气孔、夹杂、富脂等缺陷，显著地提高了超声对复合材料结构T形连接区的缺陷检出能力。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种复合材料T形连接区液体自耦合超声换能器及检测方法。

背景技术

T形连接是复合材料壁板和整体结构中的一种非常重要的连接形式，也是复合材料承力结构的重要组成部分，T形连接区在这类复合材料结构中起到载荷传递和结构支撑作用，T形连接目前已在航空航天、交通等工业领域中复合材料结构中应用广泛。通常需要对复合材料结构T形连接区进行可靠地无损检测。目前是基于超声方法进行复合材料结构T形连接区的无损检测：一种是采用超声手工接触法扫查方法，换能器通过固体延时块与T形连接筋条部位接触耦合，利用超声A-显示信号进行缺陷判别，其主要不足是，(1)这种硬接触难以保证扫查过程中换能器延时块与T形连接区表面之间的声学，从而会导致超声波的正常发射和接收，进而容易引起缺陷误判、漏检；(2)需要根据不同的T形连接区的曲率特点，制备相应的换能器延时块，效率低，成本高；(3)对于一些曲率比较小的T形连接区，采用这种固体延时块方法，难实在T形连接区形成合理的超声检测信号，从而难以实现T形连接区的覆盖检测；(4)分辨率。为了改善其不足，另一种检测方法是，通过设计一些专门的超声自动扫描检测系统或者超声相控阵方法，实现复合材料结构T形连接区的扫描检测，其主要不足是，(1)成本非常高、技术难度大，需要根据不同的复合材料结构T形连接区的几何特点，设计不同的扫描检测系统；(2)因自动扫描机构复杂和场地环境条件的限制，实现起来较困难；(3)对检测场地要求高，需要占用较大的专用检测场地；(4)检测结果的核实实时性不好；(5)对于一些开敞性不好的复合材料结构中的T形连接区，难以实现检测；(6)存在表面检测盲区。为了改进其不足，中国专利“一种检测复合材料结构内腔R区的超声扫查器及扫查方法”(ZL 201210235056.6)，用于解决复合材料结构中内腔R区的检测，其主要不足：(1)采用了软膜耦合的R区超声探头，扫查过程中软膜容易损坏，导致无法实现声学耦合，进而在扫查过程中需要不断更换R区探头的软膜，影响检测效果和检测效率。

发明内容

本发明的目的是针对复合材料结构T形连接区，提出一种用于复合材料结构T形连接区的液体自耦合超声换能器及检测方法，实现复合材料结构T形连接区的超声覆盖扫查检测，提高超声对复合材料结构T形连接区检测的覆盖率，进而提高缺陷的检出能力和检测的可靠性。本发明的技术解决方案是，

液体自耦合超声换能器由超声传感单元、外壳、耦合腔、连接座、液体耦合剂和封盖组成，

外壳由一圆柱体加工而成，外壳的上端加工一同轴半通孔φ₂，外壳的下端加工一贯通圆孔，贯通圆孔的内径为φ₁，贯通圆孔的内径φ₁大于半通孔内径φ₂，在外壳的下端形成内圆凸台，外壳的下端加工有外螺纹M₁，外壳的上端面加工有4个均布的螺纹孔，

超声传感单元由压电晶片、声学透镜、阻尼块、正负电极连接线组成，其中，正负电极连接线的一端分别与压电晶片的正负端连接，压电晶片上端再与阻尼块通过树脂胶接在一起，声学透镜与压电晶片下端粘接，封装为超声传感单元，将封装后的超声传感单元通过树脂封装在外壳中，并使超声传感单元的下端面与外壳下端面凸台面齐平；

连接座与封盖固定在一起，正负电极连接线的另一端分别连接座上的正负端连接，封盖固定在外壳上端面，