[发明专利]一种面向机身结构的T型R区应力超声检测方法

说明书

本发明提出了一种面向机身结构的T型R区应力超声检测方法，将单阵元斜探头放置于T型待检测构件背部平面，对内部的R区进行应力检测；由于R区构件的应力主要集中在R区表面附近，将应力检测的平均应力值等效为R区表面附近应力值，实现对R区构件平面应力的定性表征，对于R区表面的一点P，选取两个固定折射方向θ₁、θ₂的单阵元斜探头超声换能器分别进行纵波应力检测得到其对应的传播时间t₁、t₂，通过纵波应力检测原理可以分别得到两个方向的应力值σ^1*、σ^2*，并结合莫尔圆应力理论得到T型检测件R区表面测量点P的X、Y方向的两主应力大小。

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，具体地，涉及一种面向机身结构的T型R区应力超声检测方法。

背景技术

相较于世界先进的国家，我国当下的航空维修检测技术还存在一定的不足，即使是近年来经过了较为快速的发展，但是我国飞机无损检测技术在尖、精、高等方面还应当不断进行强化，尤其飞机内部自检测方面的相关技术还应当确保能够真正应用于飞机维修中。

在各种机械和机器的制作过程中，构件内部均将产生残余应力，所产生的残余应力状态，随各种加工方法或处理方法不同而又较大差别。残余应力以及残余应力分布不均将对构件的疲劳强度、静态强度、结构变形和使用寿命等方面产生重大影响。比如，焊缝残余应力的影响贯穿焊接结构全寿命周期，焊缝残余应力会导致焊缝处出现严重的应力集中，从而导致焊缝产生微裂纹，而这些裂纹在一定条件下会导致焊接件开裂。

为了适合不同的使用场合，在航空航天的构件中多数构件具有复杂的外形结构区，如L型构件、T型构件、Ω型构件等统称为R区。机身结构R过渡区是应力集中区域，在生产制造以及使用过程中容易产生裂纹、空隙等缺陷会发生断裂等现象。为了保证飞机的使用寿命以及用户使用的安全可靠性需求，必须充分重视在结构设计、制造工艺和服役过程中产生的残余应力，对机身结构R区采用准确可靠的无损检测技术进行应力场检测，安全性能评估，采取措施，找好对策，对于保障生产、稳定质量、延长寿命等方面具有十分重要的意义。

相对于其他残余应力无损检测方法，超声无损检测具有检测速度快、人体无辐射伤害、成本低、拥有较佳的空间分辨率和较大范围的检测深度、可实现现场手持便于携带、能够完成表面及次表面宏观参与应力大小与拉压状态的检测等诸多优势，一直以来受到国内外学者的广泛关注。大连理工大学提出一种直耦造波的表面残余应力超声检测方法(一种直耦造波的表面残余应力超声检测方法。公开号：CN106679872B)。该方法采用了耦合剂直接耦合的造波方式，超声波经单一耦合剂介质，直接入射至被测材料，采用的直耦造波式超声探头为“一发双收”的应力测量模式。首先设计并组装直耦造波式超声探头，将组装后的直耦造波式超声探头放置到被测材料的表面，并保持测量基面与表面充分接触。耦合剂经由阀口被稳定注入到耦合剂空腔中，形成超声波直接传播通路，进行表面残余应力超声检测。该方法同时完成造波与耦合，超声波传播界面少，保证了接收信号质量，提高了信噪比。采用的应力测量模式，保证声时差计算精度，提高了测量空间分辨率。该方法存在的问题在于：对于检测表面平面度有一定要求，无法适合机身结构T型R区的应力检测。

广西南南铝加工有限公司提出一种铝合金残余应力无损检测方法及设备(一种铝合金残余应力无损检测方法及设备。公开号：CN111623913A)。通过分别制备平行和垂直铝合金主变形方向的近零残余应力样品，对样品进行不同退火处理，建立样品的退货状态-电导率数据库以及建立第一应力-声时差数据库和第二应力-声时差数据库，然后对实际待进行残余应力无损检测的铝合金进行电导率检测，并在退火状态-电导率数据库中获得相应的退火状态，将退火状态输入第一应力-声时差数据库和第二应力-声时差数据库获取相应的应力-声时差曲线，采集铝合金被检测位置平行和垂直铝合金主变形方向的声时差数据，最后将采集的声时差数据带入应力-声时差曲线以获得相应的残余应力。该发明能够实现高精度、可重复的无损检测。该方法存在的问题在于：该方法及设备对待检件进行残余应力检测时需要将待检件独立操作，无法适用于机身结构T型R区的应力在役检测。