[发明专利]一种用于复合材料泡沫结构的超声检测方法

说明书

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种用于复合材料泡沫结构的超声检测方法。本发明方法利用大量冲击脉冲波在复合材料泡沫结构中形成的超声波，通过构建超声波在复合材料泡沫结构中的传递函数，建立超声波与复合材料泡沫结构不同部位缺陷的数理关系，进行缺陷判别和超声检测；可选择不同类型、大小和频率的冲击脉冲超声波以及超声检测实现方法，实现不同复合材料泡沫结构的超声检测。实际检测效果表明，显著地提高了复合材料泡沫结构检测灵敏度和分辨率及检测能力，可准确检出蒙皮、蒙皮/泡沫胶接区、泡沫/泡沫胶接区及泡沫区的缺陷和结合情况，大大提高了检测的可靠性，泡沫检测厚度可到100mm。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种用于复合材料泡沫结构的超声检测方法。

背景技术

复合材料泡沫结构作为一种超轻结构，已在航空航天、交通等工业领域应用广泛，通过选用不同复合材料与泡沫材料、设计不同形状和厚度的泡沫胶接工艺，可以制造出形式多样化地复合材料泡沫结构。为了改进复合材料泡沫结构工艺、保证复合材料泡沫结构的质量，通常都需要对复合材料泡沫结构进行无损检测。目前需要进行无损检测的泡沫结构可分为两大类，如图2所示：一类是泡沫直接与复合材料蒙皮胶接，构成各种不同的复合材料泡沫结构，如图2(a)和图2(b)所示；另一类是多层泡沫胶接后，再与复合材料蒙皮胶接，构成各种不同的大厚度、变厚复合材料泡沫结构，如图2(c)和图2(d)所示。通常这类复合材料泡沫结构都具有大尺寸的特点。理论上，目前可行的无损检测方法有：(1)软X-射线检测方法，其主要不足是：1)对于垂直X-射线束取向的泡沫胶接界面的缺陷难以检出；2)检测效率低、成本高、需要专门的辐射防护；(2)常规超声检测方法，其主要不足是：因声波在泡沫结构中衰减十分剧烈，导致入射声波难以在泡沫中有效传播，从而难以实现泡沫及泡沫/泡沫胶接缺陷的检测；(3)空气耦合超声检测方法，其主要不足是：1)多采用音频脉冲激励超声波，其空间分辨率低，难以满足复合材料泡沫结构中的蒙皮、蒙皮/泡沫胶接区的缺陷检测要求；2)入射声波在泡沫区的传播行为与在空气中的传播行为非常接近，从而会导致缺陷判别困难。

发明内容

本发明的目的是针对复合材料泡沫结构，提出一种基于高能量冲击脉冲激励的复合材料泡沫结构超声检测方法，实现复合材料泡沫结构中蒙皮、蒙皮/泡沫胶接区、泡沫区、泡沫/泡沫胶接区等不同部位的超声检测，提高超声对复合材料泡沫结构中蒙皮、蒙皮/泡沫胶接、泡沫/泡沫胶接及泡沫区缺陷的检出能力和检测的可靠性，改进复合材料泡沫结构的可检性。本发明的技术解决方案是，

利用超声穿透法检测系统进行复合材料泡沫结构超声检测，超声穿透法检测系统主要包括发射换能器、接收换能器、超声单元、信号处理单元、扫查单元和显示单元，其特征是，

利用发射换能器产生大能量冲击脉冲作为入射超声波u_p，从复合材料泡沫结构的一侧入射，形成探测声波，利用接收换能器从复合材料泡沫结构的另一侧接收u_p在复合材料泡沫结构中形成的透射超声波u_t，

1)当复合材料泡沫结构为整体泡沫结构时，透射超声波u_t近似表示为，

这里，

ρ₀—发射换能器和接收换能器与复合材料泡沫结构右蒙皮和左蒙皮表面之间的声学耦合介质的密度，

ρ₁—为复合材料泡沫结构的右蒙皮和左蒙皮的密度，

ρ₂—为复合材料泡沫结构中的泡沫的密度，

c₀—为发射换能器和接收换能器与复合材料泡沫结构的右蒙皮和左蒙皮表面之间的声学耦合介质中的声速，

c₁—为复合材料泡沫结构的右蒙皮和左蒙皮中的声速，