[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于复合材料等结构的无损检测技术，涉及一种检测复合材料整体结构内腔R区的超声扫查器及扫查方法。

背景技术

复合材料等整体结构是航空、航天、民航、电子、兵器、船舶、电力等领域设计采用的一种重要工程结构，通常设计有内腔或内孔结构特征。由于这类结构通常多属承力结构，因此工程上要求必须进行100%无损检测。而由于这类整体结构内腔的封闭性和不可达性，通常难以对其实现无损检测。

目前技术上主要是采用超声方法实现复合材料等整体结构内腔R区的无损检测，通过超声探头中的声学换能传感器发射/接收声波信号，根据接收到的回波信号变化规律，进行缺陷判别；目前主要有两种超声检测方法：一种是在复合材料整体结构的开敞的外侧对内腔R区部位检测；另一种是从复合材料整体结构内腔开口端对内腔R区部位检测。相应的超声探头有两种结构形式：一种是手持式超声探头，主要用于从复合材料整体结构开敞的外侧对R区的检测，但这种超声探头的入射角固定和几何前沿大，盲区大，耦合不稳定，易漏检且检测效果不好；另一种是采用带有连接杆的超声探头，利用悬浮式的连接杆将超声探头从开口端伸到复合材料整体结构封闭内腔，通过旋转机械连杆改变超声探头的角度，实现对整体结构内腔R区部位的扫查和检测，难以保证超声探头在扫查过程中与R区获得可靠地的入射角度和方向，从而影响检测效果和检测结果可靠性。因此，目前用于复合材料整体结构内腔R检测的超声探头，其突出的不足主要包括：

（1）目前用于复合材料等整体结构内腔R区的超声探头，其突出的不足是：（a）表面检测盲区大，通常在0.8-1mm以上；（b）来自超声探头的声波信号质量不高，信号规律不清晰，影响缺陷判别和定性分析；（c）分辨率低。本发明专利采用宽带窄脉冲超声探头，使超声探头的超声输出信号达到严格单周特性，信号质量和信噪比显著提高，信号规律更清晰，缺陷判别与定性分析更准确，检测盲区可以达到复合材料单个铺层厚度。

（2）对于复合材料等整体结构封闭内腔R区部位，目前主要采用超声扫查检测方法，一种方法是将超声探头通过刚性机械连杆伸到被检测复合材料等整体结构封闭内腔R区部位，通过操作机械连杆，实现超声探头对被检测复合材料整体结构封闭内腔r区的扫查检测，其突出的不足是：（a）由于复合材料等整体结构内腔R区结构的复杂性和表面曲率的变化，很难通过外部刚性连接杆实现对超声探头的控制，难以保证其与被检测内腔R区表面之间形成稳定的声学耦合，从而导致超声探头发射/接收信号的严重不稳定，影响检测结果的可靠性；（b）扫查过程中通过外部刚性连接杆，难以保证探头的姿态和位置随被检测封闭内腔R区进行稳定的形面跟踪，从而影响超声检测结果可靠性；另一种方法是从复合材料整体结构开敞外侧对内腔R区部位检测，其突出的不足是，由于内腔R区几何外形原因，超声探头不能有效地接收到来自内腔R区回波信号，从而造成内腔R区漏检。

（3）对于内部空间较大和规则的短行程复合材料结构内腔R区，目前也有通过专用检测装置设计，将超声探头安装在扫查机构上，通过控制扫查结构实现超声探头的角度的变化，尽量使扫查过程中超声探头的声波入射方向与复合材料结构内腔R区的径向一致，以获取有效地超声检测信号，实现对整体结构内腔R区的超声检测，其突出的不足是：需要专门的喷水系统才能实现稳定的声波耦合，技术成本昂贵，对于大多数整体结构，因可达性、场地、环境条件等原因，难以实现对复合材料工程结构封闭内腔R区进行自动扫查检测，而且这种方法通常超声探头处于悬臂安装状态，扫查过程中超声探头的颤动会显著影响检测信号的稳定和质量，从而容易造成漏检和误判。

发明内容

本发明针对复合材料等整体结构端头开口的封闭内腔R区部位的无损检测，发明了一种检测复合材料结构内腔R区的超声扫查器及超声扫查方法，以实现复合材料结构内腔R区部位高分辨率超声检测，提高复合材料结构内腔R区部位检测可靠性，避免漏检。

本发明的技术解决方案是，超声扫查器包括R区超声探头、超声探头安装座、后导向板、前导向板、盖板、连接螺钉、连接柱、连接器、软管、连接螺栓和操作杆，

R区超声探头上端为一圆柱体形状，在该柱体外侧有周向螺纹，且此螺纹与超声探头安装座中心孔圆周内螺纹匹配，R区超声探头下端为锥形耦合腔，锥形耦合腔内部充满液体，由锥形耦合腔外侧的软膜对耦合腔内的液体密封；