[发明专利]飞机薄板搅拌摩擦焊高灵敏度超声检测装置及方法

说明书

本发明属于无损检测领域，涉及一种薄板搅拌摩擦焊高灵敏度超声检测装置及方法，检测装置包括机械扫查器(1)、电控箱(2)、控制软件、检测仪器(3)、计算机(4)和探头(10)；探头(10)为超声相控阵探头，晶片数8～64，频率5MHz～10MHz；检测方法包括：检测装置加载、扫查参数设置、数据采集及信号处理；本发明解决了搅拌摩擦焊中的冶金缺陷难以检测的问题，检测装置与大尺寸机身壁板相结合，实现对大尺寸机身壁板结构搅拌摩擦焊接头进行检测，提高搅拌摩擦焊零件的可靠性，实现壁板结构搅拌摩擦焊超声相控阵自动检测，有效提高搅拌摩擦焊检测的准确性和效率。

技术领域

本发明属于无损检测领域，涉及一种搅拌摩擦焊超声相控阵检测装置及检测方法。

背景技术

搅拌摩擦焊是固相焊接技术的一种，在航空航天有大量应用。如美国Eclipse公司的公务机，波音公司的Delta II，IV的火箭和C17，NASA的太空梭外舱等均为铝合金搅拌摩擦焊结构。由于搅拌摩擦焊中的冶金缺陷取向复杂、紧贴、细微，使对其进行检测存在很大困难。

搅拌摩擦焊缺陷与熔焊缺陷在成因、形貌上区别明显，具有紧贴、细小、面状、弥散、取向复杂等特点。有些缺陷采用常规的无损检测技术或方法不能有效检出，而这些缺陷的会对产品性能产生很大的影响，漏检可能会导致严重的质量事故。特别是飞机机身壁板等结构，其厚度小、面积大的特点，进一步增加了检测的难度。

目前已有的针对铝合金封闭型腔、火箭贮箱等的检测方法或装置由于检测灵敏度等其他问题(目前的技术手段检测灵敏度达不到直径0.4mm平底孔灵敏度)，并不适合于飞机机身大壁板(壁板大小1.5m*4m)的焊缝。针对飞机机身大壁板焊缝需要设计专门的探头及检测装置。

发明内容

本发明的目的是：针对搅拌摩擦焊中的冶金缺陷难以检测的问题，设计了一种薄板搅拌摩擦焊高灵敏度超声检测方法。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，本发明提供一种飞机薄板搅拌摩擦焊高灵敏度超声检测装置，所述高灵敏度超声检测装置包括机械扫查器1、电控箱2、控制软件、检测仪器3、计算机4和探头10；所述的机械扫查器1包括扫查轴5、手动吸盘6、支撑杆7、探头加载臂8、电机-编码器一体式步进电机9；

所述的电控箱2包含嵌入式处理器、电机驱动模块、蓝牙模块/串口、DC/DC变换模块、信号变换模块；

所述的控制软件包含计算机端软件和电控箱FPGA软件；

所述机械扫查器1呈“王”字框架结构，四角通过支撑杆7支撑，上下两端中部通过手动吸盘6固定；机械扫查器1中间为呈十字形的扫查轴5；

所述扫查轴5通过探头加载臂8携带相控阵探头10；所述探头加载臂8为倒“T”型结构，两端分别安装相控阵探头10；

所述探头10为超声相控阵探头，晶片数8～64，频率5MHz～10MHz；

所述机械扫查器1通过电机-编码器一体式步进电机9与电控箱2相连；探头10与检测仪器3相连；电控箱2、检测仪器3与计算机4相连。

所述探头10的入射角度范围30°～80°。

所述高灵敏度超声检测装置的检测对象为薄板搅拌摩擦焊焊缝，薄板厚度为1.5～5mm。

所述机械扫查器1通过扫查轴5实现一维或者二维扫查检测；

所述机械扫查器1通过电机-编码器一体式步进电机9实现向外输出运动方向的编码器信息，供检测仪器成像。

所述电控箱2通过蓝牙模块/串口接收电脑的指令和上传运动状态；所述电控箱2通过信号变换模块形成检测图像。