专利名称：一种超声相控阵检测与监控方法
技术领域：
本发明涉及一种超声相控阵检测和监控方法，属于金属焊接无损检测领域。
背景技术：
搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding)方法是英国焊接研究所(The WeldingInstitute)提出的专利焊接技术，此技术已经在国内外的航空工业中广泛应用，例如军用或民用飞机的蒙皮、航天器中的低温燃料箱，航空器油箱、军用机的副油箱、军用或科技探测火箭等，尤其适用于连接常规焊接工艺难以焊接的高强度铝合金，它具有焊接温度低、焊件变形小、接头的机械性能好，不产生类似熔焊的接头的铸造组织缺陷，并且焊缝组织由于塑性流动而细化等优点，但是如果参数选择不当也会引入新的缺陷，例如孔洞、沟槽、未焊透等。目前，搅拌摩擦焊已经在飞机机翼结构、翼盒结构、机身结构、舱门结构等航空制造领域得到了应用，美国的大型军用运输机C-17舱内地板，F-15战斗机尾翼部分结构，这些结构使用搅拌摩擦焊技术，不仅提高了焊接制造效率，降低了制造成本，目前国内也在积极探索搅拌摩擦焊接技术在役飞机、新一代战斗机、大型客机中的应用。在新的技术应用的同时，搅拌摩擦焊接缺陷的检测问题也随之而出，新的搅拌摩擦焊接工艺的提出，对无损检测也提出了新的要求。目前主要对于焊接结构主要的检测方法有目视检测、渗透检测、超声检测、X射线检测技术。目视检测和渗透检测只可以检测出表面的缺陷，传统的超声检测，一般使用超声波水浸法，传统的斜探头脉冲反射法以及超声穿透法等方法来检测薄板(3mm)搅拌摩擦焊接头质量，上述的三种检测方法存在以下的不足水浸法要求超声波探头和试验件都浸在水槽中，此方法不易在外场检测；传统的斜探头脉冲反射法检测薄板时缺陷信号与超声波底部反射信号不易区分，容易造成误判并且不能成像；超声穿透法使用两个探头，一个用于发射，一个用于接收，两个探头要布置在焊接试验件焊缝接头的上下面，对于封闭结构的焊缝，此方法就无法应用。X射线检测虽然可以检测出一定的搅拌摩擦焊接缺陷，但是对于不同焊接的接头检测就出现了困难，不同的铝合金由于元素含量不一样，或多或少都会对X射线的传输能力产生影响，对检测人员的“眼力要求很高”。
发明内容
本发明的目的为了克服现有技术无法对搅拌摩擦焊接薄板接头的质量进行检测的技术不足，本发明提出了一种超声相控阵检测及其监控方法，可以对搅拌摩擦焊接薄板的接头质量。本发明的技术方案一种超声相控阵检测与监控方法，该方法采取以下步骤(I)对搅拌摩擦焊接薄板试件焊接接头，使用机加工将焊接过程中接头表面产生的飞边、弧纹去除，使焊接接头两面保持光滑平整；
(2)将超声相控阵探头放置在焊接接头的一侧表面，超声相控阵探头端面与试验件表面成平行关系，在超声相控阵仪设置的关键参数如下，探头的频率为5Mhz，相控阵探头的扫差角度范围在仪器上设置为35° -90°，使整个薄板焊缝的厚度被超声波全覆盖，避免检测盲区；(3)检测准备:超声相控阵仪产生幅值约200KV的放电脉冲信号，激励超声相控阵探头发射超声波，同时超声相控阵探头也接收当超声相控阵仪器显示器上显示出回波信号以及回波信号所成的图像后，在试验件表面以喷水或者涂抹医用耦合剂作为导声介质，使相控阵探头激励产生超声波能传入被检测的焊接件中；(4)检测开始:将超声相控阵探头放置在距离焊缝中心5_的位置，使超声相控阵探头平行于焊缝方向匀速移动，在移动探头的同时观察相控阵超声仪显示器中显示出试验件焊缝中的回波信号形成的图像和波形，与之前存储缺陷的回波图像和回波信号相对比，可以判断薄板焊缝中是否存在已知缺陷。本发明的有益效果:本发明与现有技术相比较的优势在于:可以在检测过程实时看到薄板焊缝中的超声回波信号形成的图像，图像中包括了缺陷所在的位置，长度等信息，比单纯从波形去判断探头质量更加准确，减少了误判，提高了准确性；另外本法从焊缝一侧进行检测即可，相比从两侧和双面的检测提高了效率。因此，使用超声相控阵检测薄板更具有优势，搅拌摩擦焊工具的改变会直接影响未焊合缺陷的金相特征，使得缺陷闭合更加紧密，更不容易检测。在改善搅拌摩擦焊工艺的同时，需要研究改进相应的检测方法。通过对相控阵超声波检测技术的改进，能够检测材料厚度25°/Γ30%处的焊接缺陷。相控阵超声波检测技术能够提供多个方向的回波能够提供关于缺陷的位置信息以及整个厚度上的缺陷信息。这种相控阵超声波检测技术采用32个超声波探头，当探头沿焊缝自动扫描的时候，通过电子光栅调整超声波波束，生成超声波图像。本方法的另一个特点，通过每一个实施的步骤已经将可能影响检测结果的因素减少到最低，并且仪器本身已经存储了`带有缺陷的图像和波形，可以通过对波形的对比可以确定搅拌摩擦焊接接头中的缺陷位置，以及缺陷的类型等，有效提高检测结果的可靠性。
图1是附图是超声相控阵检测和监控方法的实施例示意图:图中1-超声相控阵探头2-超声相控阵仪3-搅拌摩擦焊接试验件
具体实施例方式参照图1，超声相控阵探头I通过电缆与超声相控阵仪2相连，超声相控阵探头I放置在搅拌摩擦焊接试验件3上，超声相控阵探头I和搅拌摩擦焊接试验件3之间涂抹耦合剂确保超声波能传导入搅拌摩擦焊接试验件3。在实际检测过程中，超声相控阵仪产生幅值约200KV的放电脉冲信号，激励超声相控阵探头I发射超声波。超声波进入搅拌摩擦焊接试验件3，同时在超声相控阵探头I接收超声波的回波信号，在超声相控阵仪2的显示界面上会出现超声回波的图像，超声相控阵仪3设置的在超声相控阵仪设置的关键参数如下，探头的频率为5Mhz，相控阵探头的扫差角度范围在仪器上设置为35° -90°，使整个薄板焊缝的厚度被超声波全覆盖，避免检测盲区。超声相控阵探头I放置在距离焊缝中心5_的位置，使超声相控阵探头I平行于焊缝方向匀速移动，在移动探头的同时观察相控阵超声仪2显示器中显示出试验件焊缝中的回波信号形成的图像和波形，与之前存储缺陷的回波图像和回波信号相对比，可以判断薄板焊缝中是否存在已知缺陷。
权利要求
1.一种超声相控阵检测与监控方法，其特征在于，该方法采取以下步骤: (1)对搅拌摩擦焊接薄板试件焊接接头，使用机加工将焊接过程中接头表面产生的飞边、弧纹去除，使焊接接头两面保持光滑平整； (2)将超声相控阵探头放置在焊接接头的一侧表面，超声相控阵探头端面与试验件表面成平行关系，在超声相控阵仪设置的关键参数如下，探头的频率为5Mhz，相控阵探头的扫差角度范围在仪器上设置为35° -90°，使整个薄板焊缝的厚度被超声波全覆盖，避免检测盲区； (3)检测准备:超声相控阵仪产生幅值约200KV的放电脉冲信号，激励超声相控阵探头发射超声波，同时超声相控阵探头也接收当超声相控阵仪器显示器上显示出回波信号以及回波信号所成的图像后，在试验件表面以喷水或者涂抹医用耦合剂作为导声介质，使相控阵探头激励产生超声波能传入被检测的焊接件中； (4)检测开始:将超声相控阵探头放置在距离焊缝中心5_的位置，使超声相控阵探头平行于焊缝方向匀速移动，在移动探头的同时观察相控阵超声仪显示器中显示出试验件焊缝中的回波信号形成的图像和波形，与之前存储缺陷的回波图像和回波信号相对比，可以判断薄板焊缝中是否存在已 知缺陷。
全文摘要
本发明涉及一种超声相控阵检测与监控方法，属于金属焊接无损检测领域，使超声相控阵探头平行于焊缝方向匀速移动，在移动探头的同时观察相控阵超声仪显示器中显示出试验件焊缝中的回波信号形成的图像和波形，与之前存储缺陷的回波图像和回波信号相对比，可以判断薄板焊缝中是否存在已知缺陷。本发明在检测过程实时看到薄板焊缝中的超声回波信号形成的图像，图像中包括了缺陷所在的位置，长度等信息，比单纯从波形去判断探头质量更加准确，减少了误判，提高了准确性及工作效率。
文档编号G01N29/06GK103076395SQ20121052828
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者何潇, 宁宁, 肖迎春, 安毅, 姜跃进, 詹绍正, 曲亚林, 吕广斌 申请人:中国飞机强度研究所