一種變曲率、變厚度結(jié)構(gòu)材質(zhì)差異性超聲評價方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提出一種變曲率、變厚度結(jié)構(gòu)材質(zhì)差異性超聲評價方法，該方法采用超聲檢測法，根據(jù)材料超聲可檢性，選擇相應(yīng)的檢測方式、檢測頻率、探頭類型等參數(shù)，分別對對比試塊和被檢測零件進(jìn)行自動成像檢測，對檢測圖像進(jìn)行均勻化處。以對比試塊檢測圖像為基準(zhǔn)，對被檢測零件檢測圖像中對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行歸一化處理，利用歸一化數(shù)據(jù)點(diǎn)幅值和面積信息評價被檢件材質(zhì)差異性。該發(fā)明專利技術(shù)有效消除了聲波在復(fù)雜型面零件中傳播時斜射波引入的縱橫波轉(zhuǎn)化帶來的復(fù)雜聲束路徑和聲能損失問題，同時可消除各向異性材料不同聲傳播方向上聲衰減差異和聲速差異的問題，可快速而準(zhǔn)確的得到特定方向的材料衰減系數(shù)，檢測結(jié)果經(jīng)驗(yàn)證準(zhǔn)確可靠。檢測結(jié)果經(jīng)驗(yàn)證準(zhǔn)確可靠。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種變曲率、變厚度結(jié)構(gòu)材質(zhì)差異性超聲評價方法


[0001]本專利技術(shù)是一種變曲率、變厚度結(jié)構(gòu)材質(zhì)差異性超聲評價方法，屬于無損檢測


技術(shù)介紹

[0002]超聲檢測技術(shù)是一種工業(yè)常用無損檢測技術(shù)，可以在不損壞材料或零件的前提下，利用聲波在材料內(nèi)部傳播過程中的反射、散射及衰減等現(xiàn)象，對內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測。同時，對于具有平行表面的零件，利用聲波在被檢測零件底面產(chǎn)生的反射回波，以及聲波傳播過程中的材料衰減程度，可以通過底面反射回波強(qiáng)度對材質(zhì)均勻性進(jìn)行評價，如評價局部粗晶現(xiàn)象、晶粒分布、孔隙率、某種元素含量等。材質(zhì)均勻性對材料力學(xué)性能具有很大影響，因此，采用無損檢測方法對材質(zhì)均勻性做出評價，具有十分重要的意義，工程上也已經(jīng)具有很多應(yīng)用案例。
[0003]但是對于具有非平行表面、變曲率、變厚度等結(jié)構(gòu)的零件，聲波在其內(nèi)部的傳播規(guī)律就比較復(fù)雜，受變型面影響，聲波可能在多個界面發(fā)生折射、散射、波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，聲衰減不再單獨(dú)由材質(zhì)均勻性引起，較難簡單的通過底面反射回波的聲衰減程度判斷材質(zhì)均勻性，因而，本專利提出了一種變曲率、變厚度結(jié)構(gòu)材質(zhì)差異性超聲評價方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0004]本專利技術(shù)正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況而設(shè)計(jì)提供了一種變曲率、變厚度結(jié)構(gòu)材質(zhì)差異性超聲評價方法，其目的是針對具有復(fù)雜型面零件缺少材質(zhì)均勻性無損評價方法的問題，提出了一種在不損壞制件的前提下，實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜型面零件材質(zhì)均勻性的無損評價，為材料質(zhì)量可靠性提供無損檢測技術(shù)支持。
[0005]本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[0006]該種變曲率、變厚度結(jié)構(gòu)材質(zhì)差異性超聲評價方法采用以下步驟進(jìn)行檢測和評判：
[0007]步驟一、檢測系統(tǒng)由超聲波探傷儀、超聲探頭和對比試塊組成；
[0008]步驟二、根據(jù)材料超聲可檢性，選擇相應(yīng)的超聲檢測方式、檢測頻率、探頭類型對對比試塊進(jìn)行檢測，采集每一檢測部位的底面反射回波或穿透波信號幅值進(jìn)行成像，記錄為圖像C1；
[0009]檢測過程中的靈敏度調(diào)節(jié)方法為；調(diào)節(jié)超聲波探傷儀增益，使成像用聲波信號幅值在超聲波探傷儀顯示屏上顯示幅度的最大值等于80％，并且保證采集的所有聲波信號幅值在超聲波探傷儀顯示屏上的顯示幅度均在30％～80％范圍內(nèi)，若不能滿足上述要求，則應(yīng)調(diào)整檢測方式、檢測頻率、探頭類型、水距參數(shù)，或采用分區(qū)檢測，直至滿足對比試塊超聲檢測的聲波信號幅值在超聲波探傷儀顯示屏上的顯示幅度的30％～80％范圍內(nèi)；
[0010]步驟三、采用與步驟二中對比試塊檢測相同的超聲檢測方式、檢測頻率、探頭類型對被檢測零件進(jìn)行檢測，采集被檢測零件每一檢測部位的底面反射回波或穿透波信號幅值
進(jìn)行成像，記錄為圖像C2；
[0011]步驟四、對檢測圖像C1和C2做均勻化處理，得到修正的圖像C1
′
和C2
′
；
[0012]步驟五、以圖像C1
′
的數(shù)據(jù)點(diǎn)為基準(zhǔn)，對圖像C2
′
中對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行歸一化處理，歸一化處理方法如式(1)所示，
[0013]D＝[20lg(80％/A2)
?
20lg(80％/A1)]/T
??????????????
(1)
[0014]式中：A1——圖像C1
′
中單點(diǎn)成像信號幅值(單位：％)；
[0015]A2——圖像C2
′
中單點(diǎn)成像信號幅值(單位：％)；
[0016]T——信號采集點(diǎn)聲程(單位：
㎜
)；
[0017]D——圖像C2
′
中單點(diǎn)成像信號歸一化幅值(單位：dB)
[0018]步驟六：采用歸一化幅值D重構(gòu)檢測圖像C3，利用圖像C3中數(shù)據(jù)點(diǎn)幅值和面積信息評價被檢測零件材質(zhì)的差異性。
[0019]在實(shí)施時，所述步驟一中對比試塊結(jié)構(gòu)參數(shù)中的結(jié)構(gòu)形式、曲率變化、厚度變化與被檢測零件相同，對比試塊材質(zhì)成分、均勻性符合材料技術(shù)條件要求，內(nèi)部孔隙率視為零。
[0020]在實(shí)施時，所述步驟二中超聲檢測方式包含超聲波脈沖反射式檢測和超聲波脈沖穿透式檢測兩種。
[0021]在實(shí)施時，所述步驟二中超聲檢測方式、檢測頻率、探頭類型的選取依據(jù)被檢測零件材料種類、材質(zhì)衰減、零件厚度、結(jié)構(gòu)形式以及要求檢測的缺陷尺寸。
[0022]進(jìn)一步，對于金屬材料、材質(zhì)衰減小、厚度小及要求檢測缺陷尺寸較小的零件，選用脈沖反射法、較高檢測頻率及聚焦探頭進(jìn)行檢測；
[0023]對于非金屬材料、材質(zhì)衰減大、厚度大或要求檢測缺陷尺寸較大的零件，多選用脈沖穿透法、較低檢測頻率及平探頭進(jìn)行檢測。
[0024]在實(shí)施時，所述步驟二中采集每一檢測部位的底面反射回波或穿透波信號幅值，是選取底面反射回波或穿透波信號中觸發(fā)成像信號門的第一個正峰值。
[0025]在實(shí)施時，所述步驟四中對檢測圖像做均勻化處理是從起始采樣點(diǎn)開始，選取以掃查間距為邊長的四邊形的四個頂點(diǎn)的采樣值做平均值，替換四邊形四個頂點(diǎn)的原采樣值，以此類推，對圖像中數(shù)據(jù)進(jìn)行均勻化處理。
[0026]在實(shí)施時，所述步驟五中信號采集點(diǎn)聲程T，根據(jù)聲束傳播角度、被檢部位曲率和厚度、波型變化計(jì)算得到觸發(fā)信號門的第一次正峰值的聲波所傳播的路徑，或采用聲場仿真軟件計(jì)算得到。
[0027]本專利技術(shù)技術(shù)方案的特點(diǎn)及有益效果是：
[0028]1、采用無損檢測方法實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜型面零件材質(zhì)均勻性評價，擴(kuò)大了現(xiàn)有可實(shí)現(xiàn)的材質(zhì)均勻性無損檢測零件結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍；
[0029]2、不需要損壞制件，可實(shí)現(xiàn)制件全體積材質(zhì)均勻性檢測；
[0030]3、檢測方法簡便，容易操作；
[0031]4、檢測結(jié)果準(zhǔn)確度可以滿足材料使用要求。
具體實(shí)施方式
[0032]以下將結(jié)合實(shí)施例對本專利技術(shù)技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳述：
[0033]實(shí)施例1
[0034]檢測一件發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片的孔隙率，風(fēng)扇葉片為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，采用3D機(jī)織+RTM工藝制作，葉身為雙曲面，厚度由1mm～3mm漸變。
[0035]采用本專利技術(shù)技術(shù)方案所述針對變曲率、變厚度結(jié)構(gòu)材質(zhì)差異性超聲評價方法檢測和評判的步驟如下：
[0036]步驟一、制作兩塊與風(fēng)扇葉片材質(zhì)、形狀和制作工藝相同的對比試塊；
[0037]步驟二、采用噴水式超聲穿透方法對對比試塊進(jìn)行檢測，檢測探頭頻率為 5MHz，晶片直徑為12mm，水套口徑為6mm，檢測水距為50mm，采集入射至對比試塊并在對比試塊內(nèi)傳播后被超聲探頭接收到的聲能量信號，調(diào)節(jié)超聲波探傷儀增益，使聲能量信號在超聲波探傷儀顯示屏上顯示幅度的最大值等于80％，并且保證采集的所有聲能量信號在超聲波探傷儀顯示屏上的顯示幅度均在 30％～80％范圍內(nèi)，進(jìn)行C掃描成像檢測，得到超聲C掃描圖像C1；
[0038]兩塊對比試塊在同樣的超聲檢測方法和檢測參數(shù)下檢測得到超聲C掃描圖像，兩幅C掃描圖像對應(yīng)位置的聲能量信號幅值差異不大于超聲檢測儀本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種變曲率、變厚度結(jié)構(gòu)材質(zhì)差異性超聲評價方法，其特征在于：該評價方法采用以下步驟進(jìn)行檢測和評判：步驟一、檢測系統(tǒng)由超聲波探傷儀、超聲探頭和對比試塊組成；步驟二、根據(jù)材料超聲可檢性，選擇相應(yīng)的超聲檢測方式、檢測頻率、探頭類型對對比試塊進(jìn)行檢測，采集每一檢測部位的底面反射回波或穿透波信號幅值進(jìn)行成像，記錄為圖像C1；檢測過程中的靈敏度調(diào)節(jié)方法為；調(diào)節(jié)超聲波探傷儀增益，使成像用聲波信號幅值在超聲波探傷儀顯示屏上顯示幅度的最大值等于80％，并且保證采集的所有聲波信號幅值在超聲波探傷儀顯示屏上的顯示幅度均在30％～80％范圍內(nèi)，若不能滿足上述要求，則應(yīng)調(diào)整檢測方式、檢測頻率、探頭類型、水距參數(shù)，或采用分區(qū)檢測，直至滿足對比試塊超聲檢測的聲波信號幅值在超聲波探傷儀顯示屏上的顯示幅度的30％～80％范圍內(nèi)；步驟三、采用與步驟二中對比試塊檢測相同的超聲檢測方式、檢測頻率、探頭類型對被檢測零件進(jìn)行檢測，采集被檢測零件每一檢測部位的底面反射回波或穿透波信號幅值進(jìn)行成像，記錄為圖像C2；步驟四、對檢測圖像C1和C2做均勻化處理，得到修正的圖像C1
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和C2
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；步驟五、以圖像C1
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的數(shù)據(jù)點(diǎn)為基準(zhǔn)，對圖像C2
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中對應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行歸一化處理，歸一化處理方法如式(1)所示，D＝[20lg(80％/A2)
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20lg(80％/A1)]/T
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(1)式中：A1——圖像C1
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中單點(diǎn)成像信號幅值(單位：％)；A2——圖像C2
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中單點(diǎn)成像信號幅值(單位：％)；T——信號采集點(diǎn)聲程(單位：
㎜
)；D——圖像C2
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中單點(diǎn)成像信號歸一化幅值(單位：dB)步驟六：采用歸一化幅值D重構(gòu)檢測圖像...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王錚，何方成，
申請(專利權(quán))人：中國航發(fā)北京航空材料研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：