[发明专利]一种复合材料与金属热管钎焊质量的超声检测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料与金属热管钎焊质量的超声检测方法及系统，特别是一种用于陶瓷基复合材料与小直径金属热管钎焊质量的超声检测方法及系统，属于超声无损检测领域。

背景技术

陶瓷基复合材料与小直径金属热管钎焊结构作为一种新型防热结构，其金属合金热管内径最小可为Φ5mm，壁厚为0.37mm。该结构中钎焊结合质量直接影响界面的传热效果和产品的防热性能，因此，必须采用合理有效的无损检测技术对其钎焊质量进行检测。

目前，国内外金属与金属钎焊的材料较为常见，金属与金属钎焊中出现的未焊合缺陷为面状缺陷，该类缺陷的无损检测通常采用超声或射线方法，而对于近年来刚出现非金属与金属钎焊结构，国内外鲜有该类结构材料的无损检测案例，尤其是本项目研究的复合材料内部钎焊小直径金属管的钎焊结构。由于该结构中复合材料内部钎焊的热管数量较多，且位置不定，结构复杂，射线的方法难以实现其无损检测。

发明内容

本发明的解决的技术问题是：本发明解决了超声检测时金属管管壁薄，曲率大等带来的声束指向性差，分辨力差，耦合差等一系列难题，实现了陶瓷基复合材料与小直径高温合金热管钎焊质量超声无损检测

本发明的技术方案是：

一种复合材料与金属热管钎焊质量的超声检测方法，包括如下步骤：

步骤(1)：建立电压值与灰度值的对应关系，并以灰度值设定焊接阈值；

步骤(2)：将超声波由待测金属管内壁一侧垂直于内壁方向入射，超声波到达金属管外壁与复合材料形成的界面后被反射，并经反射形成界面反射回波；

步骤(3)：对界面反射回波信号的直流电压进行峰值采样，并根据所述电压值与灰度值的对应关系标出所检测区域相应的灰度值，高于设定阈值的区域为缺陷区域，小于等于所述设定阈值的区域为焊合区域。

所述超声波发生信号的输出闸门的起始位置放在一次界面反射回波开始的位置，闸门的结束位置放在二次界面反射回波结束的位置。

所述电压值与灰度值的对应关系为：从0到最高电压v_max与0到255的灰度值线性对应，即满足其中，y为检测电压，x为与检测电压对应的灰度值；所述最高电压值v_max大于界面反射回波信号的直流电压的最高峰值。

检测时，对待测金属管(3)的内壁进行逐行扫描，每扫描一行使待测样品转动3°～10°角度后继续扫描，按照扫描位置与对应电压值进行C扫描灰度成像。

检测时，对待测金属管内壁进行逐行扫描，每扫描一行使待测样品转动一定角度后继续扫描，按照扫描位置与对应电压值进行C扫描灰度成像。

所述超声探伤仪上设置有探头，检测时，探头位于金属管内壁外，经波导管入射至金属管内壁，金属管内壁处设置有与波导管呈45°的超声波反射镜，超声波经所述超声波反射镜反射后，垂直照射金属管内壁，并经金属管外壁与复合材料形成的界面后再次经所述声波反射镜沿原路返回。

超声探伤仪所用探头的频率满足f≥nc/2d，式中：f——探头频率，n——脉冲信号周期数,c——待测金属管的声速，d——待测金属管壁厚；

所述超声波反射镜为凹面结构，用于对轴线附近的超声波进行聚焦，其凹面半径与焦距的关系满足如下要求：

式中：F-焦距,r-柱形凹面半径；

所述探头的波导管和超声波反射镜材料均为304#不锈钢。

一种复合材料与金属热管钎焊质量超声检测系统，包括超声探伤仪，探头机构，计算机，信号采集单元，所述探头机构包括探头，波导管和超声波反射镜；超声波反射镜位于波导管的一端，其反射镜面为柱形凹面，并与波导管轴线成45°夹角，用于深入待测金属管内壁，波导管的另一端与探头连接组成探头机构；

首先，在计算机中建立电压与灰度值的对应关系，并以灰度值设定焊接阈值，检测时，超声探伤仪对探头激发产生超声波，超声波沿所述波导管进入金属管内壁，并经超声波反射镜反射后垂直照射待测金属管的内壁，在超声波到达金属管外壁与复合材料形成的界面时被反射，反射的超声波经所述超声波反射镜后沿波导管返回超声探伤仪，计算机对信号采集单元发出数据采集指令，信号采集单元从超声探伤仪采集返回超声波的峰值电压信号后传输至计算机，计算机将接收到的直流电压信号转换为灰度值，标出所检测区域的灰度值，根据设定的灰度阈值判断焊接质量，高于设定阈值的区域为缺陷区域，小于等于所述设定阈值的区域为焊合区域。