文档介绍：内蒙古大学硕士学位论文
薄板粘接质量超声检测回波信号的频域特征研究
摘要
薄板复合材料以其优越的性能而广泛应用于航空航天工业,在使用过程中
由于粘接界面脱粘而造成的灾难性事故时有发生,因此函需对界面粘接质量进
行准确检测,以保证产品质量和使用安全。超声脉冲回波法以缺陷定位准确、
适用范围广、操作方便等优点广泛应用于无损检测。
由于不同性质、不同大小的缺陷对超声波的反射情况不同,反射回波之间
存在很多差异,而有些差异在时域上表现不明显甚至无法提取,因此需要在频
域做进一步分析研究。本文主要研究薄板界面粘接质量超声检测回波信号的频
域特征,采用最大嫡谱和小波分析两种方法对回波信号进行处理,提取表征粘
接质量的特征量。在最大嫡谱分析中,利用谱移法估计回波信号的中心频率,
根据中心频率偏移幅度的大小判断界面粘接质量的优劣。小波分析综合利用了
信号的时频信息,将回波信号利用小波进行多尺度分解,选择回波信号能
量差异比较明显的时间一频率分布区域提取能量特征。通过以上两种方法的联合
使用,最终建立了一种用于复合材料薄板粘接质量检测的特征提取方法,为薄
板粘接质量定量检测的定征研究及专用数字化超声检测仪的设计奠定了基础。
关键词超声检测,脉冲回波,最大嫡谱估计,小波分析
内蒙古大学硕十学位论文
内蒙古大学硕士学位论文
内蒙古大学硕士学位论文
引言
研究背景
粘接工艺是现代工业尤其是国防工业应用越来越广泛的工业技术,其中包括金属一金属、
金属一非金属、非金属一非金属等各类粘接结构,如固体火箭发动机壳体一绝热层一包覆层一药柱
各界面、飞机上蒙皮一衬层一蜂窝各界面以及各种复合材料制造的部件和结构等。粘接结构具
有连接件重量轻、外形光滑、结构整体应力分布均匀等优点,在舰船、火箭和飞机等军事和
航天工业中发挥着越来越重要的作用。在使用过程中由于粘接质量而引发的严重事故时有发
生,粘接结构的安全和质量成为人们十分关注的问题,粘接质量的检测与评价已经成为无损
检测一个极其重要的研究领域。不同于一般材料的缺陷检测,粘接质量的检测主要关注材料
介质的界面部位,因而检测的难度较大。
在无损检测中,超声检测以穿透力强、灵敏度高、对人体无害、轻便和技术成熟等优点
得到了广泛的应用。金属一非金属薄板粘接结构是一种典型的复合材料,它在现代工业中的重
要应用迫切需要对其在生产和服役中的粘接质量进行可靠检测,其中对界面脱粘类型缺陷的
检测是减少危害和损失的重要方面。然而,由于此种复合材料比较薄,反映粘接界面脱粘的
缺陷回波信号受钢层强反射信号和噪声的干扰而显得相对比较微弱,很难提取,在检测时还
面临一些困难。目前在薄板复合材料粘接质量定量检测方面的研究还很少,没有建立统一有
效的定征方法,因此研究如何有效地提取反映界面粘接质量的特征信息,在理论探索和工业
应用两方面都有重要意义。
国内外研究现状
与金属材料不同的是,复合材料在断裂或损坏之前几乎没有什么先兆,其破坏具有突然
性,并往往对结构造成致命威胁。因此复合材料的检测,特别是发现一些隐藏缺陷就显得特
别重要。由于复合材料的声各向异性、高声衰减系数和强频散效应,对其检测比较困难。目
前,国外对复合材料粘接质量检测的方法主要有敲击法、阻抗法、声振法、热波法和激光全
息干涉法等,它们各有特点,可用于不同类型胶接材料的检测。然而这些方法只是定性分析
界面粘接状态,不能定量地判别粘接质量的好坏为检测提供更详细可靠的评价依据。在国内
北京航空航天大学的吕国松等以板波泄漏波技术为基础研制了一套固体火箭发动机包覆粘接
内蒙古大学硕士学位论文
状态的诊断设备,并应用改进的贝叶斯识别方法对火箭发动机内壁壳体、包覆层界面粘接状
态进行判别分类,该设备可对粘接和脱粘两种状态作出准确判别。卢超等人利用双谱分析研
究焊接缺陷超声检测回波信号,最终实现了对气孔、夹渣、裂纹缺陷的分类。赵慧荣等采用
超声纵波多次反射法,对固体火箭发动机喷管金属与非金属复合材料粘接界面进行了检测。
北京航空制造工程研究所利用超声波在钢橡胶胶接界面的反射折射过程中的能量多次分配,
通过分析超声波在胶接界面累计反射与声波在胶接结构中的等效传播时间之间变化关系评估
胶层缺陷,该方法可以将粘接质量划分为正常胶接、空隙脱粘和粘接不良三个区域。综上
所述,目前国内外对复合材料粘接质量检测大多限于定性分析,给出是否发生脱粘的判断,
对粘接质量的定量研究很少,而对于厚度很薄的复合材料粘接质量检测的研究就更是寥寥无
几。
课题研究内容及意义
本课题主要研究内容包括以下几方面
分析回波信号,了解复合材料超声检测回波信号的特点,结合理论模型对回波信