[发明专利]用于大型复合材料的超声波检测方法

说明书

本发明提供大型复合材料检测方法，是对待测大型复合材料进行超声波检测；将所得回波信号进行数据处理；计算脱粘百分比α，判断待测大型复合材料的脱粘程度。与现有技术相比，本发明提供的大型复合材料检测方法，具有以下优点：使用本发明提供的方法检测复合材料之间的粘接缺陷，流程简单，可由脉冲回波检测信号的峰值频率间隔直接计算得出复合材料板间粘结剂下界面在厚度方向的脱粘百分比α，从而判断待测复合材料层合板之间的脱粘程度，判断结果直观准确，对产品检修提供帮助，降低事故发生率。

技术领域

本发明提供一种检测方法，涉及工程物探结构检测技术领域，特别涉及复合材料粘接区域下界面粘结剂缺损程度(脱粘百分比)检测方法。

背景技术

在材料工业领域中，粘结材料结构具有密度小，强度和刚性高，稳定性可靠性好等优点，已代替传统的金属或者非金属材料的复合，被广泛地应用于船舶、冶金、机械、电子化工、航空等复合材料粘接的应用领域。而粘结材料在制造和使用的过程中经常出现气孔、分层损伤等不同程度的脱粘缺陷，极大地影响了结构强度和刚度，构成了大型工程的最不稳定因素和最大隐患。若没有及时发现这些缺陷和准确判断脱粘缺陷的程度，则会带来巨大损失。

超声无损检测具有检测对象广、检测深度大、缺陷准确定位和便于现场使用等特点，现已成为无损检测和质量控制的重要手段。无损测试主要包括超声检测、射线检测、红外热成像检测、声发射检测、激光错位散斑干涉检测等，各种无损测试方式广泛应用于金属材料，各自有其自身的优势。研究表明，能够评定材料粘接质量的信息很多以某种方式隐藏在探伤仪所探测到的超声回波信号中。国内超声检测的研究集中在复合材料粘接质量的定性识别问题上，对于脱粘的定量识别研究较少，粘接缺陷定量识别是超声检测领域一个新的研究重点，也是一个急需解决的问题之一。

在实验过程中，我们发现，现有的探伤仪器在检测大型复合材料层合板之间的粘接区域时，由于粘结剂的厚度大约在5～10mm，如果粘结剂与层合板粘结面即粘结剂下界面产生脱粘，则接收到的反射波检测信号会因多界面回波信号叠加而变得复杂，需要制备大量的试块对A扫波形进行分析以及对不同厚度的复合材料层合板和粘结剂所需要的探头频率进行选择，导致检测人员需要花费较长的时间和精力，而且对检测结果的判断存在一定的主观性。因此对于在时域信号上叠加的复杂波形，仅仅通过分析回波时间和幅值仅能得到是否存在缺陷，这往往是不够的，若测出脱粘程度或缺陷大小才能对控制由复合材料粘接结构构成的大型工程质量起到决定性因素。

蒋志峰在文章《超声检测频域分析及对缺陷识别应用研究》中提出用频谱分析检测碳纤维复合材料的孔隙率，但无涉及用频谱分析技术检测复合材料层合板之间的粘接缺陷。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种大型复合材料检测方法，该方法基于频谱数据处理，可在识别出复合材料层合板之间的粘接区域是否存在缺胶或脱粘的情况下，实现对粘结剂的脱粘程度的精确检测。

用于大型复合材料的超声波检测方法，是对待测大型复合材料进行超声波检测；将所得回波信号进行数据处理；通过公式(1)计算脱粘百分比α，判断待测大型复合材料的脱粘程度；

其中，α为缺陷处脱粘厚度占粘结剂总厚度的百分比，c为超声波在粘结剂中的传播速度，D为粘结剂总厚度，Δf为粘结剂上界面和缺陷界面叠加的脉冲回波检测信号最大幅值所对应的频率和次大幅值所对应的频率的差的绝对值。

优选地，上述用于大型复合材料的超声波检测方法包括如下步骤：

步骤a)在待测大型复合材料外激发脉冲波，获得脉冲回波检测信号；

步骤b)将步骤a)所得的脉冲回波检测信号进行数据处理，通过公式(2)计算其峰值频率间隔Δf：

Δf＝β|f₁-f₂| (2)