飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)電子束焊縫的超聲檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)電子束焊縫區(qū)的噴水式超聲相控陣檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在未來(lái)飛機(jī)中，電子束焊接技術(shù)將成為一種重要的連接技術(shù)，用于制造鈦合金主承力結(jié)構(gòu)、鋁鋰合金次承力結(jié)構(gòu)，以滿足實(shí)現(xiàn)高減重和長(zhǎng)壽命、高可靠及低成本要求。其中某些結(jié)構(gòu)電子束焊縫厚度可能達(dá)120mm?150mm。為了檢測(cè)出焊縫中微小的氣孔型缺陷，常采用水浸聚焦超聲技術(shù)對(duì)焊縫內(nèi)部進(jìn)行高靈敏度檢測(cè)。但存在的問題是，聚焦探頭的焦區(qū)長(zhǎng)度有限，檢測(cè)的厚度范圍一般較小，焦區(qū)外靈敏度急劇下降。因此為了實(shí)現(xiàn)厚度較大零件例如飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)焊縫的高靈敏度檢測(cè)，需要采用多個(gè)不同焦距的探頭檢測(cè)不同深度區(qū)域，以便在整個(gè)檢測(cè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超聲聲束的聚焦。這就需要在檢測(cè)過程中頻繁更換探頭，造成檢測(cè)效率下降。此外，由于飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)零件常常較大，必須制造體積很大的水槽，以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)全部水浸。其次，由于零件往往不需要整體檢測(cè)，只需要檢測(cè)很小一部分焊縫區(qū)域，造成設(shè)備體積龐大，成本高，但利用率很低。第三，由于設(shè)備體積龐大，不便攜帶，無(wú)法進(jìn)行外場(chǎng)檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是:提出一種飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)電子束焊縫區(qū)的噴水式超聲相控陣檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，以便避免頻繁更換探頭，提高檢測(cè)效率；減小設(shè)備體積，降低設(shè)備成本；便于攜帶，方便進(jìn)行外場(chǎng)檢測(cè)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)電子束焊縫的超聲檢測(cè)裝置，包括集水槽1、水泵2、控制柜3、三維移動(dòng)裝置4、超聲探傷儀、控制計(jì)算機(jī)6、探頭夾具7、超聲探頭8和軟管9 ;三維移動(dòng)裝置4位于集水槽I的外面，水泵2位于集水槽I內(nèi)，三維移動(dòng)裝置4的第一水平移動(dòng)軸為X軸，探頭夾具7的上端固定在X軸上，探頭夾具7可以沿X軸水平左右移動(dòng)，超聲探頭8安裝在探頭夾具7的下端，被檢測(cè)的飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10通過支架固定在集水槽I的上方，三維移動(dòng)裝置4的垂直移動(dòng)軸為Z軸，X軸固定在Z軸上，X軸可以沿Z軸上下移動(dòng)，三維移動(dòng)裝置4的第二水平移動(dòng)軸為Y軸，Z軸的下端固定在Y軸上，Z軸可以沿Y軸水平前后移動(dòng)，X軸與Y軸垂直；三維移動(dòng)裝置4的控制信號(hào)輸入端通過電纜與控制柜3的三維移動(dòng)裝置控制信號(hào)輸出端連接，三維移動(dòng)裝置4的位置反饋信號(hào)輸出端通過電纜與控制柜3的三維移動(dòng)裝置位置反饋信號(hào)輸入端連接，控制柜3的總線接口通過電纜與控制計(jì)算機(jī)6的總線接口連接，其特征在于:所說的超聲探傷儀是超聲相控陣探傷儀5 ;所說的超聲探頭由環(huán)陣超聲相控陣探頭8a和水套Sb組成，水套Sb為內(nèi)部空腔為倒圓錐形的中空結(jié)構(gòu)，水套8b上端開口的直徑略大于環(huán)陣超聲相控陣探頭8a的外徑，下端開口直徑為1mm?20mm，水套8b的上端通過螺絲固定在環(huán)陣超聲相控陣探頭8a下部；在水套8b側(cè)壁上有一個(gè)進(jìn)水口，軟管9的一端與水套8b的側(cè)壁上的進(jìn)水口連接，軟管9的另一端與水泵2的出水口相連接，水泵2的進(jìn)水口位于集水槽I的液面以下，工作時(shí)水經(jīng)由軟管9流至水套Sb內(nèi)，在環(huán)陣超聲相控陣探頭8a前端形成局部噴水耦合層，實(shí)現(xiàn)超聲波的局部耦合；在飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10表面設(shè)有擋水圍堰，多余的水由擋水圍堰的泄水口回到集水槽I中；超聲相控陣探傷儀5超聲回波信號(hào)輸出端通過電纜與控制計(jì)算機(jī)6的超聲回波信號(hào)輸入端連接，環(huán)陣超聲相控陣探頭8a的探頭激勵(lì)信號(hào)輸入端通過電纜與超聲相控陣探傷儀5的探頭激勵(lì)信號(hào)輸出端連接。
[0005]飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)電子束焊縫的檢測(cè)方法，使用如上面所述的飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)電子束焊縫區(qū)的超聲檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，其特征在于，檢測(cè)的步驟如下:
[0006]1、系統(tǒng)連接:將待檢的飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10通過支架固定在集水槽I上方，將超聲探頭8置于飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10上方，使水套Sb末端與飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10上表面距離為Imm?2mm，連接好控制柜3、三維移動(dòng)裝置4、超聲相控陣探傷儀5、控制計(jì)算機(jī)6和環(huán)陣超聲相控陣探頭8a的電纜，在集水槽I中加入足以沒過水泵2的水，打開水泵2，調(diào)整水泵2流量和水套Sb末端與飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10上表面距離，直至水套Sb出水穩(wěn)定，水套Sb內(nèi)無(wú)氣泡；
[0007]2、獲取和記錄超聲回波信號(hào):
[0008]2.1、確定初始位置:利用三維移動(dòng)裝置4移動(dòng)環(huán)陣超聲相控陣探頭8a使其中心軸線位于飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10邊緣、焊縫外側(cè)，作為環(huán)陣超聲相控陣探頭8a的初始位置；
[0009]2.2、確定超聲信號(hào)發(fā)射和接收的延遲時(shí)間:
[0010]確定環(huán)陣超聲相控陣探頭8a的第一聚焦深度δ P δ1= 6mm?12 mm，超聲相控陣探傷儀5根據(jù)第一聚焦深度S1確定環(huán)陣超聲相控陣探頭8a各個(gè)晶片的延遲時(shí)間τ
為環(huán)陣超聲相控陣探頭8a上晶片的序號(hào)，i = 1，2，……，n;延遲時(shí)間τ 是超聲信號(hào)發(fā)射的延遲時(shí)間，又是超聲信號(hào)接收的延遲時(shí)間；
[0011]2.3、超聲信號(hào)的發(fā)射:超聲相控陣探傷儀5根據(jù)延遲時(shí)間τ i分別輸出各個(gè)晶片的探頭激勵(lì)信號(hào)，通過線纜傳遞給環(huán)陣超聲相控陣探頭8a內(nèi)的不同環(huán)形晶片，使環(huán)形晶片順次產(chǎn)生振動(dòng)并發(fā)出超聲波，最后各個(gè)環(huán)形晶片發(fā)出的超聲波合成為帶有聚焦效果的超聲波進(jìn)入飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10 ;
[0012]2.4、超聲回波信號(hào)的接收:帶有聚焦效果的超聲波進(jìn)入飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10，經(jīng)過缺陷或飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10本身的反射返回環(huán)陣超聲相控陣探頭8a，使環(huán)陣超聲相控陣探頭8a內(nèi)的環(huán)形晶片發(fā)生振動(dòng)，環(huán)形晶片將振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)通過線纜傳輸給超聲相控陣探傷儀5，超聲相控陣探傷儀5接收各個(gè)晶片返回的電信號(hào)，并根據(jù)超聲信號(hào)接收的延遲時(shí)間τ i將所有傳回的電信號(hào)合成為超聲回波信號(hào)ζ工傳遞給控制計(jì)算機(jī)6 ;
[0013]2.5、確定環(huán)陣超聲相控陣探頭8a的第二聚焦深度δ2，δ2= δ i+Umm，然后重復(fù)步驟2.2?步驟2.4，使超聲波聚焦于飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10中的第二聚焦深度，得到第二聚焦深度下的超聲回波信號(hào)ζ2;
[0014]2.6、重復(fù)步驟2.5，直到聚焦深度的增加量不足12_為止，共得到m個(gè)超聲回波信號(hào)ζ j, j = I, 2，......，m每個(gè)超聲回波信號(hào)與一個(gè)聚焦深度對(duì)應(yīng)；
[0015]2.7、改變環(huán)陣超聲相控陣探頭8a的沿X方向的平面位置后，獲取和記錄超聲回波信號(hào):利用三維移動(dòng)裝置4控制環(huán)陣超聲相控陣探頭8a沿飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10的垂直于焊縫方向移動(dòng)距離Δ X，Δ X = 0.1mm?1mm，重復(fù)步驟2.2?步驟2.6，直到環(huán)陣超聲相控陣探頭8a由飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10焊縫的一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)為止；
[0016]2.8、改變環(huán)陣超聲相控陣探頭8a的沿Y方向的平面位置后，獲取和記錄超聲回波信號(hào):利用三維移動(dòng)裝置4控制環(huán)陣超聲相控陣探頭8a沿飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10的平行于焊縫方向移動(dòng)距離Δ y，Ay = 0.1mm?1mm，重復(fù)步驟2.2?步驟2.7，直到環(huán)陣超聲相控陣探頭8a由飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10 —側(cè)邊緣移動(dòng)到另一側(cè)邊緣為止。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:提出了一種飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)電子束焊縫區(qū)的噴水式超聲相控陣檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，避免了頻繁更換探頭，提高了檢測(cè)效率；減小了設(shè)備體積，降低了設(shè)備成本；便于攜帶，方便進(jìn)行外場(chǎng)檢測(cè)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，經(jīng)實(shí)際檢測(cè)證明，檢測(cè)效率提高了 3倍以上。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0019]圖2是圖1超聲探頭8的放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)電子束焊縫的超聲檢測(cè)裝置，包括集水槽1、水泵2、控制柜3、三維移動(dòng)裝置4、超聲探傷儀、控制計(jì)算機(jī)6、探頭夾具
7、超聲探頭8和軟管9 ;三維移動(dòng)裝置4位于集水槽I的外面，水泵2位于集水槽I內(nèi)，三維移動(dòng)裝置4的第一水平移動(dòng)軸為X軸，探頭夾具7的上端固定在X軸上，探頭夾具7可以沿X軸水平左右移動(dòng)，超聲探頭8安裝在探頭夾具7的下端，被檢測(cè)的飛機(jī)框梁結(jié)構(gòu)10通過支架固定在集水槽I的上方，三維移動(dòng)裝置4的垂直移動(dòng)軸為Z軸，X軸固定在Z軸上，X軸可以沿Z軸上下移動(dòng)，三維移動(dòng)裝置4的第二水平移動(dòng)軸為Y軸，Z軸的下端固定在Y軸上，Z軸可以沿Y軸水平前后移動(dòng)，X軸與Y軸垂直；三維移動(dòng)裝置4的控制信號(hào)輸入端通過電纜與控制柜3的三維移動(dòng)裝置控制信號(hào)輸出端連接，三維移動(dòng)裝置4的位置反饋信號(hào)輸出端通過電纜與控制柜3的三維移動(dòng)裝置位置反饋信號(hào)輸入端連接，控制柜3的總線接口通過電纜與控制計(jì)算機(jī)6的總線接口連接，其特征在于:所說的超聲探傷儀是超聲相控陣探傷儀5 ;所說的超聲探頭由環(huán)陣超聲相控陣探頭8a和水套Sb組成，水套Sb為內(nèi)部空腔為倒圓錐形的中空結(jié)構(gòu)，水套Sb上端開口的直徑略大于環(huán)陣超聲相控陣探頭8a的外徑，下端開口直徑為1mm?20