多层金属粘接结构粘接质量的超声检测

发布时间：2017-04-13 10:13

  本文关键词：多层金属粘接结构粘接质量的超声检测，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 粘接结构由于具有比强度、比模量高等特点，被广泛应用于航空航天、军工等重要部门。但是粘接过程中易出现粘接不良、气孔、局部脱粘等缺陷，破坏粘接结构的完整性。目前，超声检测已经成为粘接结构无损检测应用最广的技术之一。对金属-非金属粘接结构的超声检测技术研究较早，已趋于成熟，但是对多层金属粘接结构的超声检测研究较少。本文即是基于实际生产需要，针对多层金属粘接结构粘接质量的超声检测技术展开研究。 本文首先根据产品的实际要求，设计了不同层数的金属平板粘接试样，建立了各种粘接试样的声学物理模型。针对不同的粘接试样，分析了不同检测方法的适用性。结合超声波在多层介质中的透射模型，分析了水浸透射法检测过程中不同频率的超声波在三层以上金属粘接结构中的声压透射率及能量损失情况。结果表明：对于两层金属粘接试样，直接接触多次反射底波法和水浸透射法都能够检测出人工缺陷；对于三层金属粘接结构，，5MHz、2MHz、1MHz的水浸聚焦探头均能检测第二粘接界面的人工缺陷；对于四层金属粘接结构，5MHz的超声波在粘接层中损失殆尽，难以检测第三粘接界面的缺陷，而2MHz、1MHz的水浸聚焦探头却可以实现。 在分析了粘接结构声学特性的基础上，提出了低频水浸聚焦超声换能器的设计方案。从晶片的选择、背衬的设计及优化、声透镜的设计等三个方面展开低频水浸聚焦换能器的设计。并提出了具体的设计指标。 采用自行设计的水浸聚焦超声换能器及现有的5MHz的水浸聚焦换能器对粘接试样进行检测实验。实验结果表明：对于两层金属粘接结构，水浸透射法和纵波探头直接接触多次底波法都能检测出Φ6mm缺陷；对于三层金属粘接结构，水浸透射法能够较好的实现第二粘接界面Φ6mm缺陷的检测，但是5MHz的水浸聚焦换能器的缺陷检出能力明显高于2MHz、1MHz的水浸聚焦换能器；对于四层金属粘接结构，2MHz、1MHz的水浸聚焦换能器能够检测出第三粘接界面Φ6mm缺陷，但是5MHz的水浸聚焦换能器由于超声波能量的大幅损失无法完成检测。这与理论分析的结果基本一致。为同类粘接结构粘接质量的超声检测提供了一定的可借鉴经验。
【关键词】：多层金属粘接结构 超声换能器 人工缺陷 检测灵敏度 声学特性
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TG491;TB559
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-5
• 目录5-7
• 第1章 绪论7-22
• 1.1 超声检测技术概述7-11
• 1.1.1 超声检测技术的特点和应用7-8
• 1.1.2 超声检测常用方法8-10
• 1.1.3 超声换能器10-11
• 1.2 选题背景及研究意义11-12
• 1.3 国内外研究现状分析12-19
• 1.3.1 信号检出方法12-16
• 1.3.2 信号分析与处理技术16-18
• 1.3.3 检测用超声换能器18-19
• 1.4 研究内容和目标19-22
• 1.4.1 主要研究目标19-20
• 1.4.2 主要研究内容20-22
• 第2章 粘接缺陷超声检测的理论分析22-33
• 2.1 粘接结构的声学特性22-23
• 2.2 粘接结构的物理模型23-32
• 2.2.1 圆盘源辐射的纵波声场23-24
• 2.2.2 超声波在任意多层介质中的透射模型24-25
• 2.2.3 钢铅两层粘接结构25-26
• 2.2.4 钢铅钢三层粘接结构26-29
• 2.2.5 钢铅钢铅四层粘接结构29-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第3章 超声检测设备及超声换能器的设计和制作33-49
• 3.1 超声检测设备33-35
• 3.1.1 超声探伤仪33
• 3.1.2 五轴水浸超声扫查系统33-35
• 3.2 超声换能器35-36
• 3.2.1 粘接结构对超声换能器频率的要求35-36
• 3.2.2 粘接结构对超声换能器频带宽度的要求36
• 3.2.3 粘接结构对超声换能器辐射能量的要求36
• 3.3 压电晶片36-39
• 3.3.1 压电晶片的特性36-38
• 3.3.2 压电晶片的选择38-39
• 3.4 背衬的设计39-41
• 3.5 声透镜的设计41-46
• 3.5.1 声透镜的设计参数41-44
• 3.5.2 过渡层及声透镜厚度尺寸的设计44-46
• 3.6 聚焦超声换能器的制作46-48
• 3.6.1 换能器的设计指标46-47
• 3.6.2 换能器的性能测试47-48
• 3.7 本章小结48-49
• 第4章 实验结果与分析49-66
• 4.1 粘接试样的设计49-50
• 4.2 钢铝粘接结构的超声检测50-55
• 4.2.1 实验仪器及调试50
• 4.2.2 实验结果分析50-55
• 4.3 钢铅两层粘接试样的检测55-57
• 4.3.1 水浸聚焦探头透射法检测55-56
• 4.3.2 纵波多次底波反射法检测56-57
• 4.4 钢铅钢三层粘接试样的检测57-61
• 4.4.1 纵波多次底波反射法检测58
• 4.4.2 水浸聚焦探头透射法检测58-61
• 4.5 钢铅钢铅四层粘接试样的检测61-64
• 4.5.1 5MHz水浸聚焦探头检测62
• 4.5.2 2MHz水浸聚焦探头检测62-63
• 4.5.3 1MHz水浸聚焦探头检测63-64
• 4.6 本章小结64-66
• 第5章 总结与展望66-68
• 5.1 论文工作总结66-67
• 5.2 有关进一步研究的思考和展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文和参加的学术活动72

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李政;王召巴;金永;;火箭发动机缺陷区域检测方法研究[J];电子测试;2010年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 李栋;超声回波信号处理与特征提取研究[D];内蒙古大学;2011年

2 郭洁;旋压壳体固体火箭发动机脱粘检测图像处理技术研究[D];中北大学;2009年

3 徐艳红;薄板复合材料粘接缺陷超声检测的模糊神经网络模式识别方法研究[D];内蒙古大学;2009年

4 张丽琴;铝蜂窝夹层结构的无损检测研究[D];南京航空航天大学;2009年

5 张婧;基于斜入射的粘接结构中超声波传播特性的研究[D];北京工业大学;2012年

6 王海涛;复合薄板粘接缺陷超声回波的时—频域分析及特征提取的研究[D];内蒙古大学;2012年

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本文编号：303348