一種復(fù)合材料與金屬熱管釬焊質(zhì)量的超聲檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料與金屬熱管釬焊質(zhì)量的超聲檢測方法及系統(tǒng)，特別是一 種用于陶瓷基復(fù)合材料與小直徑金屬熱管釬焊質(zhì)量的超聲檢測方法及系統(tǒng)，屬于超聲無損 檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 陶瓷基復(fù)合材料與小直徑金屬熱管釬焊結(jié)構(gòu)作為一種新型防熱結(jié)構(gòu)，其金屬合金 熱管內(nèi)徑最小可為Φ5_，壁厚為0. 37_。該結(jié)構(gòu)中釬焊結(jié)合質(zhì)量直接影響界面的傳熱效 果和產(chǎn)品的防熱性能，因此，必須采用合理有效的無損檢測技術(shù)對其釬焊質(zhì)量進行檢測。
[0003] 目前，國內(nèi)外金屬與金屬釬焊的材料較為常見，金屬與金屬釬焊中出現(xiàn)的未焊合 缺陷為面狀缺陷，該類缺陷的無損檢測通常采用超聲或射線方法，而對于近年來剛出現(xiàn)非 金屬與金屬釬焊結(jié)構(gòu)，國內(nèi)外鮮有該類結(jié)構(gòu)材料的無損檢測案例，尤其是本項目研宄的復(fù) 合材料內(nèi)部釬焊小直徑金屬管的釬焊結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)中復(fù)合材料內(nèi)部釬焊的熱管數(shù)量較 多，且位置不定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，射線的方法難以實現(xiàn)其無損檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的解決的技術(shù)問題是：本發(fā)明解決了超聲檢測時金屬管管壁薄，曲率大等 帶來的聲束指向性差，分辨力差，耦合差等一系列難題，實現(xiàn)了陶瓷基復(fù)合材料與小直徑高 溫合金熱管釬焊質(zhì)量超聲無損檢測
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] -種復(fù)合材料與金屬熱管釬焊質(zhì)量的超聲檢測方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟⑴：建立電壓值與灰度值的對應(yīng)關(guān)系，并以灰度值設(shè)定焊接閾值；
[0008] 步驟⑵：將超聲波由待測金屬管內(nèi)壁一側(cè)垂直于內(nèi)壁方向入射，超聲波到達金 屬管外壁與復(fù)合材料形成的界面后被反射，并經(jīng)反射形成界面反射回波；
[0009] 步驟（3):對界面反射回波信號的直流電壓進行峰值采樣，并根據(jù)所述電壓值與 灰度值的對應(yīng)關(guān)系標(biāo)出所檢測區(qū)域相應(yīng)的灰度值，高于設(shè)定閾值的區(qū)域為缺陷區(qū)域，小于 等于所述設(shè)定閾值的區(qū)域為焊合區(qū)域。
[0010] 所述超聲波發(fā)生信號的輸出閘門的起始位置放在一次界面反射回波開始的位置， 閘門的結(jié)束位置放在二次界面反射回波結(jié)束的位置。
[0011] 所述電壓值與灰度值的對應(yīng)關(guān)系為：從〇到最高電壓Vmax與〇到255的灰度值線 性對應(yīng)，即滿足= 其中，y為檢測電壓，X為與檢測電壓對應(yīng)的灰度值；所述最高 電壓值Vmax大于界面反射回波信號的直流電壓的最高峰值。
[0012] 檢測時，對待測金屬管（3)的內(nèi)壁進行逐行掃描，每掃描一行使待測樣品轉(zhuǎn)動 3°~10°角度后繼續(xù)掃描，按照掃描位置與對應(yīng)電壓值進行C掃描灰度成像。
[0013] 檢測時，對待測金屬管內(nèi)壁進行逐行掃描，每掃描一行使待測樣品轉(zhuǎn)動一定角度 后繼續(xù)掃描，按照掃描位置與對應(yīng)電壓值進行C掃描灰度成像。
[0014] 所述超聲探傷儀上設(shè)置有探頭，檢測時，探頭位于金屬管內(nèi)壁外，經(jīng)波導(dǎo)管入射至 金屬管內(nèi)壁，金屬管內(nèi)壁處設(shè)置有與波導(dǎo)管呈45°的超聲波反射鏡，超聲波經(jīng)所述超聲波 反射鏡反射后，垂直照射金屬管內(nèi)壁，并經(jīng)金屬管外壁與復(fù)合材料形成的界面后再次經(jīng)所 述聲波反射鏡沿原路返回。
[0015] 超聲探傷儀所用探頭的頻率滿足f ^ nc/2d，式中：f 探頭頻率，η 脈沖f目 號周期數(shù)，c一一待測金屬管的聲速，d-一待測金屬管壁厚；
[0016] 所述超聲波反射鏡為凹面結(jié)構(gòu)，用于對軸線附近的超聲波進行聚焦，其凹面半徑 與焦距的關(guān)系滿足如下要求： R
[0017] F = -r
[0018] 式中：F-焦距，r-柱形凹面半徑；
[0019] 所述探頭的波導(dǎo)管和超聲波反射鏡材料均為304#不銹鋼。
[0020] 一種復(fù)合材料與金屬熱管釬焊質(zhì)量超聲檢測系統(tǒng)，包括超聲探傷儀，探頭機構(gòu)，計 算機，信號采集單元，所述探頭機構(gòu)包括探頭，波導(dǎo)管和超聲波反射鏡；超聲波反射鏡位于 波導(dǎo)管的一端，其反射鏡面為柱形凹面，并與波導(dǎo)管軸線成45°夾角，用于深入待測金屬管 內(nèi)壁，波導(dǎo)管的另一端與探頭連接組成探頭機構(gòu)；
[0021] 首先，在計算機中建立電壓與灰度值的對應(yīng)關(guān)系，并以灰度值設(shè)定焊接閾值，檢測 時，超聲探傷儀對探頭激發(fā)產(chǎn)生超聲波，超聲波沿所述波導(dǎo)管進入金屬管內(nèi)壁，并經(jīng)超聲波 反射鏡反射后垂直照射待測金屬管的內(nèi)壁，在超聲波到達金屬管外壁與復(fù)合材料形成的界 面時被反射，反射的超聲波經(jīng)所述超聲波反射鏡后沿波導(dǎo)管返回超聲探傷儀，計算機對信 號采集單元發(fā)出數(shù)據(jù)采集指令，信號采集單元從超聲探傷儀采集返回超聲波的峰值電壓信 號后傳輸至計算機，計算機將接收到的直流電壓信號轉(zhuǎn)換為灰度值，標(biāo)出所檢測區(qū)域的灰 度值，根據(jù)設(shè)定的灰度閾值判斷焊接質(zhì)量，高于設(shè)定閾值的區(qū)域為缺陷區(qū)域，小于等于所述 設(shè)定閾值的區(qū)域為焊合區(qū)域。
[0022] 所述超聲檢測系統(tǒng)還包括機械掃描裝置和運動控制單元；檢測時，將探頭機構(gòu)固 定于機械掃描機構(gòu)后，計算機對運動控制單元發(fā)出運動控制指令，運動控制單元控制機械 掃描機構(gòu)的運動軌跡，計算機同時接收控制單元的運動軌跡信息和信號采集單元發(fā)送的界 面反射回波峰值電壓，并通過其預(yù)設(shè)的電壓與灰度值對應(yīng)關(guān)系，標(biāo)出檢測區(qū)域的灰度值。
[0023] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：
[0024] (1)本發(fā)明提出的一種用于陶瓷基復(fù)合材料與小直徑金屬熱管釬焊質(zhì)量的超聲檢 測方法，采用了具有高頻窄脈沖帶聚焦效果超聲波反射鏡的探頭，實現(xiàn)了較高的縱向分辨 力和較高的橫向分辨力，克服了金屬管曲率大，管壁薄等帶來的聲束指向性差，分辨力差等 難題，同時通過設(shè)計大小與金屬管內(nèi)徑匹配的波導(dǎo)管可以實現(xiàn)聲波與金屬管壁較為良好而 穩(wěn)定的耦合效果，從而保證檢測結(jié)果的可靠性。
[0025] (2)本發(fā)明的超聲檢測系統(tǒng)，將波導(dǎo)管的一端連接探頭，并在波導(dǎo)管的另一端設(shè)置 超聲波反射鏡，可將容易的深入具有中空結(jié)構(gòu)的部分進行檢測，同時，通過反射鏡的反射作 用，可使探測超聲波沿垂直方向照射待測部分，并可將界面反射回波原路返回，工程應(yīng)用十 分方便。
[0026] (3)本發(fā)明設(shè)計的超聲檢測系統(tǒng)還設(shè)置有運動控制單元和機械掃描裝置，進而自 動生成探測運動軌跡與灰度值得對應(yīng)圖，能夠全面檢測金屬管的金屬與復(fù)合材料焊接界面 的焊接質(zhì)量。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明的超聲檢測方法流程圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明的探頭機構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明提供了一種陶瓷基復(fù)合材料與小直徑金屬熱管釬焊質(zhì)量的超聲檢測方法， 可以快速檢測焊接質(zhì)量，其原理為通過超聲波照射待測表面，選擇垂直照射，待超聲波穿過 待測物體進入到焊接界面后，產(chǎn)生反射回波，回波也沿垂直于界面方向返回，并再次穿出待 測物體后，由超聲探傷儀即超聲波探傷儀接收反射回波，此時，生成直流電壓信號，采集回 波的最高峰值電壓，該峰值電壓即為所測部分的焊接質(zhì)量的特征電壓，通過建立峰值電壓 與灰度值的關(guān)聯(lián)關(guān)系，將特征電壓值轉(zhuǎn)化為灰度值，電壓高代表焊接質(zhì)量差，因此，具體實 施時，要設(shè)定一個灰度值的閾值，超過該灰度值時即為焊接合格區(qū)域，否則為不合格區(qū)域， 這樣就形成一個灰度區(qū)域，可一目了然的看出焊接質(zhì)量。
[0030] 本發(fā)明提供了如圖1所示的一種用于陶瓷基復(fù)合材料與小直徑金屬熱管釬焊質(zhì) 量的超聲檢測方法，步驟如下：
[0031] 步驟（1):將超聲波由待測樣品的金屬管3內(nèi)壁一側(cè)且垂直于內(nèi)壁方向入射，超聲 波到達金屬管3外壁與復(fù)合材料形成的界面后被反射，并沿路返回形成界面反射回波，使 聲波沿垂直于金屬管內(nèi)壁一側(cè)的裝置為超聲波反射鏡9,其設(shè)置為與聲波入射方向呈45° 角，聲波發(fā)生裝置為超聲探傷儀1，超聲探傷儀1激發(fā)探頭2晶片產(chǎn)生超聲波，超聲波一端連 接一個波導(dǎo)管8,波導(dǎo)管8的另一端設(shè)置一個與之呈45°角的超聲波反射鏡9,波導(dǎo)管8、探 頭2和超聲波反射鏡9構(gòu)成探頭機構(gòu)。波導(dǎo)管8和超聲波反射鏡9的材料均為304#不銹 鋼；所用超聲探傷儀1激發(fā)脈沖的頻率和寬度可調(diào)，其頻率檔位至少包含所用探頭頻率的 頻帶寬度。
[0032] 步驟（2):將超聲波信號輸出閘門的起始位置放在一次界面反射回波開始的位 置，閘門的結(jié)束位置放在二次界面反射回波結(jié)束的位置，主要是因為一次回波的反射強，信 號分辨率高，回波反射信號為一次界面反射回波，以及部分二次界面反射信號回波。
[0033] 步驟（3):將金屬管3與空氣界面反射回波信號高度調(diào)至儀器滿屏的80%，再將分 貝值提高（增益型儀器）3dB或降低3dB (衰減型儀器），將該靈敏度作為檢測靈敏度，這樣 可使檢測精度更高。
[0034] 步驟（4):對閘門內(nèi)信號的直流電壓值進行峰值采樣。
[0035] 步驟（5):將電壓值從0到最高電壓值（此處的最高電壓的取值需要滿足大于界 面反射回波的最高峰值電壓，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)該盡量與界面反射回波的峰值電壓接近，這樣 可使測量更加精確，也可以選擇界面反射回波得最高峰值電壓，只要能夠保證覆蓋所有界 面反射回波的峰值電壓即可，以獲得相應(yīng)的灰度值）與256階灰度按照灰度值從0到255 進行對應(yīng)，即滿足>'=其中，y為檢測電壓，X為與檢測電壓對應(yīng)的灰度值，實際檢 測時，所測量為界面反射回波的支流電壓，并將直流電壓根據(jù)該公式自動換算為灰度值；所 述最高電壓值Vmax大于界面反射回波信號的直流電壓的最高峰值。。
[0036] 步驟（6):對待測樣品進行逐行掃描，每掃描一行使待測樣品轉(zhuǎn)動一定角度后繼 續(xù)掃描，按照掃描位置與對應(yīng)電壓值進行C掃描灰度成像，這里所述的逐行掃描即是在金 屬管3內(nèi)壁上從金屬管3 -端移動到另一端，且移動軌跡垂直于兩個端面。
[0037] 步驟7 :將焊接缺陷處的灰度值定為閾值，該灰度閾值的設(shè)定根據(jù)焊接質(zhì)量要求 而定，例如，焊接質(zhì)量要求高的，灰度