CN108872380A - 多层粘接构件的粘接缺陷检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，包括：采用超声穿透法对陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件被检件进行检测，其中，对于穿透波幅值低于设定阈值的被检件的区域，在相应的被检件外侧区域做缺陷标记；采用多次脉冲反射法对被检件内侧区域进行检测以确定金属/橡胶的界面粘接质量，判为脱粘的区域，在相应被检件内侧区域做缺陷标记；基于步骤1和步骤2的检测结果，判断是否需要采用高分辨超声检测法对上述有缺陷标记的外侧区域进行进一步检测。本发明提供的方法解决了现有超声检测方法无法有效检测出陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件多粘接界面的脱粘区域的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，尤其涉及一种适用于陶瓷/橡胶/金属多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，属于超声无损检测领域。
背景技术
某些高速航天器已开始采用陶瓷/橡胶缓冲层/内金属壳体多层粘接筒形构件。外层的陶瓷具有良好的防热性能，在航天器飞行过程中可保证内部部件不受高温冲击。该构件在制备过程中易在粘接面产生脱粘缺陷，在飞行过程中可能会出现外层的陶瓷脱落的严重后果，因此，必须采用有效的无损检测技术对其质量进行检测。
该构件中外层的致密陶瓷的厚度≥10mm，橡胶缓冲层厚度≤1mm，内层金属壳体厚度≥4mm。该构件外形为规则的筒形，直径≤500mm。该构件制备工艺为：首先，在金属壳体外表面粘接橡胶缓冲层，其次，在橡胶缓冲层表面粘接陶瓷片。该构件具有端框结构，且具有陶瓷/橡胶和橡胶/金属壳体两个粘接界面，国内外鲜有该类结构的无损检测案例。目前，国内纯致密陶瓷结构较为常见，其中的缺陷通常采用超声检测的无损检测方法。但是，致密陶瓷/橡胶/内金属壳体多层粘接构件采用常规的超声检测方法时，由于橡胶层的声学信号衰减大、橡胶层厚度薄难以分辨、粘接界面的声阻抗差大、界面超声反射率高等问题，导致无法有效检测出脱粘区域。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，提供一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，该方法适用于陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件的粘接缺陷检测，解决了现有超声检测方法无法有效检测出陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件多粘接界面的脱粘区域的技术问题。
本发明的技术解决方案：
本发明提供一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，所述方法适用于陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件的粘接缺陷检测，其中，所述陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件由外到内依次采用陶瓷层、橡胶层和金属层粘接而成，所述方法通过以下步骤实现：
步骤1、采用超声穿透法对上述陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件被检件进行检测，其中，对于穿透波幅值低于设定阈值的被检件的区域，在相应的被检件外侧区域做缺陷标记；
步骤2、采用多次脉冲反射法对被检件内侧区域进行检测以确定金属/橡胶的界面粘接质量，判为脱粘的区域，在相应被检件内侧区域做缺陷标记；
步骤3、基于步骤1和步骤2的检测结果，判断是否需要采用高分辨超声检测法对上述有缺陷标记的外侧区域进行进一步检测，其中：
对于被检件外侧区域有缺陷标记，且相应内侧区域无缺陷标记的区域，则判为陶瓷/橡胶的界面脱粘，金属/橡胶的界面无脱粘；
对于被检件外侧区域有缺陷标记，且相应内侧区域有缺陷标记的区域，则判为金属/橡胶的界面脱粘，不确定陶瓷/橡胶的界面是否存在脱粘，进一步采用高分辨超声检测法对有缺陷标记的外侧区域进行检测以确定陶瓷/橡胶的界面是否脱粘。
进一步地，所述采用高分辨超声检测法对有缺陷标记的外侧区域进行检测以确定陶瓷/橡胶的界面是否脱粘，具体为：
采用高分辨超生检测法对有缺陷标记的外侧区域进行检测，当某区域的检测所得橡胶/金属的界面反射波的波高小于或等于判伤阈值时，则该区域判为陶瓷/橡胶界面脱粘，其中，所述的判伤阈值为a×h，h为高分辨超声检测法所用超声仪满屏高度，a取[5％，10％]，可依据不同橡胶和金属类型进行选择。
进一步地，所述步骤3还包括确定陶瓷/橡胶界面脱粘区域的具体轮廓，具体为：当某区域判为陶瓷/橡胶界面脱粘时，将高分辨超声检测法所用超声探头从多方向向该区域移动检测以确定脱粘区域的边界，其中，当检测所得橡胶/金属的界面反射波的波高为边界阈值时，则将此时探头的声束中心位置判定为脱粘区域的边界，并作好标记，多方向检测后将得到的多个标记依次连接后，即得脱粘区域的轮廓，其中，所述的边界阈值为b×h，h为高分辨超声检测法所用超声仪满屏高度，b取[20％，30％]，可依据不同橡胶和金属类型进行选择。
进一步地，所述采用超声穿透法对上述陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件被检件进行检测优选为：采用喷水耦合自动超声C扫穿透法结合手动接触耦合超声穿透法对被检件进行检测，其中，先采用喷水耦合自动超声C扫穿透法对被检件进行检测，然后在所述喷水耦合自动超声C扫穿透法无法检测到的区域采用手动接触耦合超声穿透法进行检测。
进一步地，所述步骤1中，采用可调方波串激励技术激励所述喷水耦合自动超声C扫穿透法和手动接触耦合超声穿透法所用超声探头，具体实现方式为：
将所述喷水耦合自动超声C扫穿透法和手动接触耦合超声穿透法所用超声仪发射端连接方波脉冲串发射器的信号输入端，将方波脉冲串发射器的信号输出端连接所述所述喷水耦合自动超声C扫穿透法和手动接触耦合超声穿透法所用超声探头。
进一步地，所述方波脉冲串发射器发射的方波激励脉冲的周期与所述探头频率一致，其中，设置方波脉冲串的个数在4～10的范围内，激励脉冲的电压在300V～1000V的范围内。
进一步地，所述多次脉冲反射法所用超声探头为凸面晶片探头，且晶片曲率与被检件曲率相差≤10％。
进一步地，所述步骤2还包括：调节多次脉冲反射法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度，然后在对被检件进行检测。
进一步地，所述调节多次脉冲反射法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度包括：
设计对比试块1，具体为：
材料方面，选取与所述被检件相同的陶瓷、橡胶和金属材料，
结构方面：以金属层为内侧，在金属层的平面一半的区域上粘接橡胶层，在橡胶层上粘接陶瓷层，粘接工艺与实际产品相同，其中，金属层的另一半区域不粘接以模拟金属/橡胶界面的脱粘，且对比试块1曲率与被检件的曲率相差≤10％；
基于所述对比试块1调整所述多次脉冲反射法所用超声探头的检测灵敏度，具体为：
采用多次脉冲反射法从对比试块1的金属侧检测脱粘区域和非脱粘区域，同时调整所述多次脉冲反射法所用超声仪的dB值和时基范围，使得：a)脱粘区界面多次回波对应的超声仪显示屏五格处的波高(以下称50％波高)≥80％超声仪满屏高度；b)在满足a)要求的前提下，使非脱粘区界面多次回波对应的50％波高≤20％超声仪满屏高度。
进一步地，所述步骤3还包括：调节高分辨超声检测法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度，然后在对被检件进行检测。
进一步地，所述调节高分辨超声检测法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度包括：
设计对比试块2，具体为：
材料方面，选取与所述被检件相同的陶瓷、橡胶和金属材料，
结构方面：在陶瓷层和橡胶层相接触的界面预置缺陷，然后按照被检件工艺制作粘接各层，其中，所述缺陷设计的方法为：在陶瓷层和橡胶层相接触的界面选取某一区域涂抹脱膜剂，再用聚四氟乙烯薄膜放在涂抹脱模剂的区域来模拟界面脱粘缺陷；所述对比试块2曲率与被检件的曲率差值≤10％；
基于所述对比试块2调整所述高分辨超声检测法所用超声探头的检测灵敏度，具体为：
采用高分辨超声检测法从陶瓷侧检测对比试块2，调整高分辨超声检测法所用超声仪的dB值，使得非脱粘区域的橡胶/金属的界面反射波的波高为40％～60％超声仪的满屏高度，且预置缺陷中心处的橡胶/金属的界面反射波波高≤10％超声仪的满屏高度即可。
本发明相比于现有技术的特点及有益效果：
应用本发明提供的多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，首先采用穿透法检测，确定缺陷的水平位置，在被检件外侧做标记；其次，从被检件内侧用多次脉冲反射法检测金属/橡胶的界面粘接质量，判为脱粘的区域，在被检件内侧做标记；最后，结合被检件内、外标记和利用高分辨超声法从被检测外侧检测的结果，进一步确定缺陷产生在哪一侧。本发明在超声穿透法检测时采用方波串激励技术激励超声波发射探头，解决了普通超声检测方法无法检测高衰减材料和缺陷易漏检的问题；采用高分辨超声检测法时，根据橡胶/金属的界面反射波波高来判断陶瓷/橡胶的界面粘接质量，检测结果具有很高的可靠性，解决了陶瓷/橡胶的界面脱粘与粘接良好时超声反射波高变化小难以检测的问题。本发明的方法可快速、准确地检测出陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件的内侧界面脱粘缺陷，且能准确确定脱粘产生在哪一个界面，满足产品设计和返修要求，检测结果可为被检件的返修提供准确的位置。
附图说明
图1为根据本发明实施例提供的超声穿透法检测被检件的示意图；
图2为根据本发明实施例提供的利用方波串激励技术激励超声波发射探头的示意图；
图3为根据本发明实施例提供的对比试块1的结构示意图；
其中，(a)为试块1的侧视图；(b)为试块1的俯视图；
图4为根据本发明实施例提供的对比试块2的结构示意图；
图中，1—被检件纵剖面，2—手动接触穿透法检测用探头，3—自动喷水穿透法检测用探头，4—机械臂，5—喷水套，6—被检件步进轴，7—被检件端框，8—超声仪，9—超声仪激励脉冲，10—方波脉冲串发射器，11—激励方波脉冲串，12—超声穿透法检测用超声探头，13—对比试块1陶瓷层，14—对比试块1橡胶层，15—对比试块1金属层，16—对比试块1陶瓷/橡胶/金属粘接处，17—对比试块1金属处(不粘接橡胶、陶瓷)，18—对比试块2陶瓷层，19—对比试块2橡胶层，20—对比试块2金属层，21—预置缺陷。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明制备的产品及产品的制备方法的保护范围不限于实施例。
基于陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件的粘接缺陷检测需求，其中，所述陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件由外到内依次采用陶瓷层、橡胶层和金属层粘接而成，需要对陶瓷层和橡胶层的粘接界面和金属层和橡胶层的粘接界面是否存在缺陷进行检测，以确定是否存在脱粘。
本发明实施例提供一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，所述方法适用于陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件的粘接缺陷检测，包括：
步骤1、采用超声穿透法对上述陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件被检件进行检测，其中，对于穿透波幅值低于设定阈值的被检件的区域，在相应的被检件外侧区域做缺陷标记；
步骤2、采用多次脉冲反射法对被检件内侧区域进行检测以确定金属/橡胶的界面粘接质量，判为脱粘的区域，在相应被检件内侧区域做缺陷标记；
步骤3、基于步骤1和步骤2的检测结果，判断是否需要采用高分辨超声检测法对上述有缺陷标记的外侧区域进行进一步检测，其中：
对于被检件外侧区域有缺陷标记，且相应内侧区域无缺陷标记的区域，则判为陶瓷/橡胶的界面脱粘，金属/橡胶的界面无脱粘；
对于被检件外侧区域有缺陷标记，且相应内侧区域有缺陷标记的区域，则判为金属/橡胶的界面脱粘，不确定陶瓷/橡胶的界面是否存在脱粘，进一步采用高分辨超声检测法对有缺陷标记的外侧区域进行检测以确定陶瓷/橡胶的界面是否脱粘。
应用本发明实施例所提供的多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，本发明首先采用超声穿透法对陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件被检件进行检测，通过超声穿透法可以初步对被检件作出检测，采用这种检测方法，只要陶瓷/橡胶的界面、金属/橡胶的界面任意一个存在脱粘，均可以被检测到，此时可以确定脱粘缺陷的水平位置，但无法确定缺陷的深度位置(无法确定具体在哪个界面产生的缺陷)，根据检测的结果，在被检件外侧做标记即可；在初步检测的基础上，本发明进一步采用多次脉冲反射法对被检件内侧区域进行检测以确定金属/橡胶的界面粘接质量，采用此种方法可以将金属/橡胶的界面存在的缺陷检测出来，但无法将陶瓷/橡胶的界面缺陷检测出来，此时判为脱粘的区域，在相应被检件内侧区域做缺陷标记即可，此时，根据该进一步的检测结果，对于被检件外侧区域有缺陷标记，且相应内侧区域无缺陷标记的区域，则可以确定陶瓷/橡胶的界面脱粘，而金属/橡胶的界面无脱粘；对于被检件外侧区域有缺陷标记，且相应内侧区域有缺陷标记的区域，则判为金属/橡胶的界面脱粘，但是不确定陶瓷/橡胶的界面是否存在脱粘，进一步采用高分辨超声检测法对有缺陷标记的外侧区域进行检测以确定陶瓷/橡胶的界面是否脱粘。通过本发明实施例提供的检测方法，逐步对具有多个界面的被检件检测，所得检测结果具有很高的可靠性，检测结果可为被检件的返修提供准确的位置。
进一步地，优选的，所述采用高分辨超声检测法对有缺陷标记的外侧区域进行检测以确定陶瓷/橡胶的界面是否脱粘，具体为：
采用高分辨超生检测法对有缺陷标记的外侧区域进行检测，当某区域的检测所得橡胶/金属的界面反射波的波高小于或等于判伤阈值时，则该区域判为陶瓷/橡胶界面脱粘，其中，所述的判伤阈值为a×h，h为高分辨超声检测法所用超声仪满屏高度，a取[5％，10％]，可依据不同橡胶和金属类型进行选择，例如，不同材质类型的被检件判伤阈值可能不同。
应用此种检测方式，该检测方式区别于传统的检测方式，传统的检测方式即对陶瓷/橡胶的界面进行检测，其依赖于根据陶瓷/橡胶的界面脱粘与未粘接的超声反射波高的差别来确定是否脱粘，而由于陶瓷/橡胶的界面脱粘与未粘接的超声反射波高的差别很小，难以检测出该界面是脱粘区还是未脱粘区。本发明则不依赖根据陶瓷/橡胶的界面脱粘与未粘接的超声反射波高的差别来确定是否脱粘，而是根据橡胶/金属的界面反射波的波高来判断陶瓷/橡胶的界面粘接质量，原理是，如果陶瓷/橡胶的界面存在脱粘，此时橡胶/金属的界面反射信号会很低，如上所述，本发明采用判伤阈值法进行确定，采用此种方法，所得检测结果具有很高的可靠性，解决了陶瓷/橡胶层的界面脱粘与粘接良好时超声反射波高变化小难以检测的问题。
进一步地，作为本发明一种实施例，为了确定所检测出的陶瓷/橡胶界面脱粘区域的具体轮廓，所述步骤3还包括确定陶瓷/橡胶界面脱粘区域的具体轮廓，具体为：当某区域判为陶瓷/橡胶界面脱粘时，将高分辨超声检测法所用超声探头从多方向向该区域移动检测以确定脱粘区域的边界，其中，当检测所得橡胶/金属的界面反射波的波高为边界阈值时，则将此时探头的声束中心位置判定为脱粘区域的边界，并作好标记，多方向检测后将得到的多个标记依次连接后，即得脱粘区域的轮廓，其中，所述的边界阈值为b×h，h为高分辨超声检测法所用超声仪满屏高度，b取[20％，30％]，可依据不同橡胶和金属类型进行选择。
进一步地，作为本发明一种实施例，所述步骤1中，为了使超声穿透法获得更全面、准确的检测结果，所述采用超声穿透法对上述陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件被检件进行检测优选为：采用喷水耦合自动超声C扫穿透法结合手动接触耦合超声穿透法对被检件进行检测，其中，先采用喷水耦合自动超声C扫穿透法对被检件进行检测，然后在所述喷水耦合自动超声C扫穿透法无法检测到的区域采用手动接触耦合超声穿透法进行检测。应用此种配置方式，采用喷水耦合自动超声C扫穿透法检测机械臂能够到达的区域，同时结合用手动接触耦合超声穿透法检测端框区域，两种方式配合可以获得更加准确的检测结果。
进一步地，作为本发明一种实施例，为了防止漏检某些特定厚度的脱粘缺陷，所述步骤1中，还采用可调方波串激励技术激励所述喷水耦合自动超声C扫穿透法和手动接触耦合超声穿透法所用超声探头，具体实现方式为：将所述喷水耦合自动超声C扫穿透法和手动接触耦合超声穿透法所用超声仪发射端连接方波脉冲串发射器的信号输入端，将方波脉冲串发射器的信号输出端连接所述喷水耦合自动超声C扫穿透法和手动接触耦合超声穿透法所用探头。应用此种配置方式，通过可调的方波串激励超声发射探头获得最佳的发射能量，产生的超声波足够穿透高声衰减的被检件，解决了普通超声检测方法无法检测高声衰减材料的问题；且宽频带的方波串激励的超声波为宽频超声波，比起窄频带的正弦或余弦激励的超声波，不会漏检某些特定厚度的脱粘缺陷。
进一步地，作为本发明一种实施例，所述方波脉冲串发射器发射的方波激励脉冲的周期与所述探头频率一致，其中，设置方波脉冲串的个数在4～10的范围内，激励脉冲的电压在300V～1000V的范围内。
进一步地，所述步骤2中为了获取更好的检测结果，所述多次脉冲反射法所用超声探头为凸面晶片探头，且晶片曲率与被检件曲率相差≤10％。应用此种配置方式，采用多次脉冲反射法所用超声探头对筒形被检件内侧进行检测时，由于内侧为内凹面，此时采用凸面晶片探头可以使该探头与被检测面更加贴合，以获取更加准确的检测结果，且两者曲率相差越小越好，本发明优选晶片曲率与被检件曲率相差≤10％。
进一步地，所述步骤2还包括：调节多次脉冲反射法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度，然后在对被检件进行检测。
进一步地，作为本发明一种实施例，为了保证检测灵敏度的准确性，提高检测结果的准确性，所述调节多次脉冲反射法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度包括：
设计对比试块1，具体为：
材料方面，选取与所述被检件相同的陶瓷、橡胶和金属材料，
结构方面：以金属层为内侧，在金属层的平面一半的区域上粘接橡胶层，在橡胶层上粘接陶瓷层，粘接工艺与实际产品相同，其中，金属层的另一半区域不粘接以模拟金属/橡胶界面的脱粘，且对比试块1曲率与被检件的曲率相差≤10％；
基于所述对比试块1调整所述多次脉冲反射法所用超声探头的检测灵敏度，具体为：
采用多次脉冲反射法从对比试块1的金属侧检测脱粘区域和非脱粘区域，同时调整所述多次脉冲反射法所用超声仪的dB值和时基范围，使得：a)脱粘区界面多次回波对应的超声仪显示屏五格处的波高(以下称50％波高)≥80％超声仪满屏高度；b)在满足a)要求的前提下，使非脱粘区界面多次回波对应的50％波高≤20％超声仪满屏高度。
进一步地，作为本发明一种实施例，为了保证检测灵敏度的准确性，提高检测结果的准确性，所述步骤3还包括：调节高分辨超声检测法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度，然后在对被检件进行检测。
进一步地，所述调节高分辨超声检测法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度包括：
设计对比试块2，具体为：
材料方面，选取与所述被检件相同的陶瓷、橡胶和金属材料，
结构方面：在陶瓷层和橡胶层相接触的界面预置缺陷，然后按照被检件工艺粘接各层，其中，所述缺陷设计的方法为：在陶瓷层和橡胶层相接触的界面选取某一区域涂抹脱膜剂，再用聚四氟乙烯薄膜放在涂抹脱模剂的区域来模拟界面脱粘缺陷；所述对比试块2曲率与被检件的曲率差值≤10％；
基于所述对比试块2调整所述高分辨超声检测法所用超声探头的检测灵敏度，具体为：
采用高分辨超声检测法从陶瓷侧检测对比试块2，调整高分辨超声检测法所用超声仪的dB值，使得非脱粘区域的橡胶/金属的界面反射波的波高为40％～60％超声仪的满屏高度，且预置缺陷中心处的橡胶/金属的界面反射波波高≤10％超声仪的满屏高度即可。
具体的，可采用两层Φ10mm～15mm、厚度≤50μm聚四氟乙烯薄膜放在预置缺陷位置模拟界面脱粘缺陷。
作为本发明一种实施例，所述高分辨超声检测法还基本检测参数确定，其中，超声探头为高分辨探头，频率为5～10MHz，激励的超声波脉冲周次≤2，晶片直径≤10mm。
本发明解决了现有超声检测时橡胶层的声学信号衰减大、橡胶层厚度薄难以分辨、粘接界面的声阻抗差大界面超声反射率高等问题，实现了陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件的超声无损检测。相比与现有技术具有以下优势：
(1)本发明在用穿透检测法确定被检件质量不好的区域时，采用方波串激励技术激励超声波发射探头，通过可调的方波串激励超声发射探头获得最佳的发射能量，产生的超声波足够穿透高声衰减的被检件，解决了普通超声检测方法无法检测高声衰减材料的问题；且宽频带的方波串激励的超声波为宽频超声波，比起窄频带的正弦或余弦激励的超声波，不会漏检某些特定厚度的脱粘缺陷。
(2)本发明采用高分辨超声检测法，根据橡胶层/金属壳体的界面反射波波高来判断陶瓷/橡胶层的界面粘接质量，检测结果具有很高的可靠性，解决了陶瓷/橡胶层的界面脱粘与粘接良好时超声反射波高变化小难以检测的问题。
(3)本发明采用超声穿透法确定被检件中质量不好区域的水平位置，之后采用结合从内侧检测的多次脉冲反射法和从外侧检测的高分辨超声检测法，区分出质量不好区域中金属壳体/橡胶层的界面脱粘与陶瓷/橡胶层的界面脱粘，解决了超声穿透法无法区分不同深度缺陷的问题；此外，检测结果可为被检件的返修提供准确的位置，大大降低生产成本。
(4)本发明通过设计对比试块模型，保证了检测灵敏度的准确性，提高检测结果的准确性；且耦合效果较好，具有扫查快速、结果显示准确、结果可靠性高的特点，
以下结合一具体实施例对本发明提供的多层粘接构件的粘接缺陷检测方法进行详细说明。
以本发明方法实现外径为450mm的Al2O3陶瓷/丁腈橡胶缓冲层/不锈钢壳体多层粘接筒形构件(Al2O3陶瓷厚度为10mm、丁腈橡胶缓冲层厚度为0.5mm、不锈钢壳体厚度为4mm)的超声检测为实例，步骤如下：
一、用超声穿透法检测被检件：
(1)参见图1，用手动接触耦合超声穿透法检测被检件端框7；用喷水耦合自动超声C扫穿透法检测机械臂能够到达的区域，手动接触穿透法检测用探头2和自动喷水穿透法检测用探头3均为低阻尼探头，频率为2.25MHz，既可保证足够的超声波能量穿透被检件，又可保证较高的检测灵敏度；手动接触穿透法检测用探头2晶片直径为6mm，喷水耦合自动超声C扫穿透法的采用的喷水套5的内径为6mm(水柱直径为6mm)、扫查方向与被检件纵剖面1轴向平行、检件步进轴6的步进方向与被检件周向平行，接触耦合穿透法和喷水耦合自动超声C扫穿透法的扫查步进均为3mm，保证较高的横向分辨率。
参见图2，采用可调方波串激励技术激励超声穿透法检测用超声探头12(这里包括手动接触穿透法检测用探头2和自动喷水穿透法检测用探头3)，具体实现方式为：将超声仪8(即超声穿透法所用超声仪)的发射端连接方波脉冲串发射器10的信号输入端，超声仪8发送超声仪激励脉冲9给方波脉冲串发射器10，将脉冲串发射器10的信号输出端连接超声穿透法检测用超声探头12，调节方波脉冲串发射器10发射的激励方波脉冲串11的周期与超声穿透法检测用超声探头12频率一致，设置激励方波脉冲串11的个数＝5，激励方波脉冲串11的电压＝350V，通过可调的方波串激励超声穿透法检测用超声探头12获得最佳的发射能量，产生的超声波足够穿透高声衰减的被检件，解决了普通超声检测方法无法检测高声衰减材料的问题，且宽频带的方波串激励的超声波为宽频超声波，比起窄频带的正弦或余弦激励的超声波，不会漏检某些特定厚度的脱粘缺陷；调节超声仪8的电子闸门使超声仪满屏高度的20％为阈值，保证准确地判断缺陷。
(2)参见图3中的(a)和(b)，对比试块1的加工：选取与被检件相同的陶瓷、橡胶和金属制作。在对比试块1金属层15的平面一半的区域上粘接对比试块1橡胶层14，在对比试块1橡胶层14上粘接对比试块1陶瓷层13，粘接工艺与实际产品相同，对比试块1金属层15的另一半不粘接，模拟金属与橡胶间的脱粘，如图所示对比试块1陶瓷/橡胶/金属粘接处16和对比试块1金属处(不粘接橡胶、陶瓷)17；对比试块1曲率与被检件的曲率相同。
(3)超声穿透法检测用超声探头12检测灵敏度的确定：检测对比试块1，调整超声穿透法所用超声仪的dB值，使得对比试块1穿透直通波的高度为80％，此时的dB值+3dB为被检件的检测灵敏度，保证检测灵敏度的准确性。
(4)扫查和缺陷的判定：按照确定的检测灵敏度和确定的基本检测参数进行扫查，保证被检件100％的区域检测，穿透波幅值低于阈值的区域在被检件外侧做标记。
二、用多次脉冲反射法检测金属/橡胶的界面粘接质量：
(1)基本检测参数确定：检测面为被检件内侧；多次脉冲反射法所用超声探头为凸面晶片探头，晶片曲率与被检件凹面金属层曲率相同，保证探头与被检件金属曲面良好的耦合；频率为5MHz，保证高的检测灵敏度；超声探头晶片面积＝80mm2，扫查步进为＝3mm，保证良好的横向分辨力。
(2)多次脉冲反射法所用超声探头检测灵敏度的确定：基于上述对比试块1进行，从对比试块1的金属侧检测脱粘处和粘接良好区域，同时调整多次脉冲反射法所用超声仪的dB值和时基范围，使得：a)在对比试块1上初调时基范围和dB值，使脱粘区界面多次回波对应的50％波高等于80％超声仪满屏高度；b)在满足a)要求的前提下，在粘接良好区细调时基范围和增益，使界面多次回波对应的50％波高等于10％超声仪满屏高度；c)反复微调增益和时基范围参数，直至同时满足a)和b)要求。
(3)扫查和缺陷的判定：按照确定的检测灵敏度和确定的基本检测参数进行扫查，当发现界面多次回波对应的50％波高大于或等于80％多次脉冲反射法所用超声仪满屏高度时，判定为脱粘缺陷；当发现脱粘缺陷时，探头从多方向向缺陷移动确定缺陷的边界，当界面多次回波对应的50％波高为40％多次脉冲反射法所用超声仪满屏高度时，将此时探头的声束中心位置判定为缺陷的边界，并在被检件内表面作标记，将标记依次连接后，即为该缺陷的轮廓。利用金属层与橡胶层界面多次超声反射脉冲的高度来判断金属/橡胶的界面粘接情况，由于粘接良好和脱粘区的多次超声反射脉冲的高度差被放大，粘接良好和脱粘区容易区别，所以检测结果具有很高的可靠性。
三、高分辨超声检测和缺陷的确定：
(1)对于被检件外侧有缺陷标记，且内侧无缺陷标记的区域，判为陶瓷/橡胶的界面脱粘，金属壳体/橡胶层的界面粘接良好，做好记录。
(2)对于被检件外侧和被检件内侧均有缺陷标记的区域，判为金属/橡胶的界面存在脱粘，不确定陶瓷/橡胶层的界面是否存在脱粘，需采用高分辨超声检测法从被检件外侧进行检测。
(3)参见图4，高分辨超声检测法所用的对比试块2的加工：选取与被检件相同的陶瓷、橡胶和金属制作，从外到内依次为对比试块2陶瓷层18，对比试块2橡胶层19和对比试块2金属层20，在预置缺陷21区域的陶瓷/橡胶界面涂抹脱膜剂，再用两层Φ10mm、厚度为20μm聚四氟乙烯薄膜放在陶瓷/橡胶界面位置模拟界面脱粘缺陷，然后按照被检件工艺制作。试块2曲率与被检件的金属壳体曲率相同。
(4)基本检测参数确定：超声探头为高分辨探头，频率为5MHz，激励的超声波脉冲周次≤2，保证高的纵向分辨力，能够分辨橡胶两侧界面的超声反射信号；超声探头晶片直径为6mm，保证高的横向分辨力。
(5)检测灵敏度的确定：用高分辨探头从陶瓷侧检测试块2，调整超声仪的dB值，使得试块粘接良好处的橡胶/金属的界面反射波高为40％，且满足试块预置缺陷中心处的橡胶/金属的界面反射波高≤5％，此时的dB值为检测灵敏度。
(6)检测和缺陷的判定：按照确定的检测灵敏度和确定的基本检测参数进行扫查，当某区域的检测所得橡胶/金属的界面反射波的波高小于或等于判伤阈值时，则该区域判为陶瓷/橡胶界面脱粘，其中，所述的判伤阈值为a×h，h为高分辨超声检测法所用超声仪满屏高度，a取5％。当某区域判为陶瓷/橡胶界面脱粘时，将高分辨超声检测法所用超声探头从多方向向该区域移动检测以确定脱粘区域的边界，其中，当检测所得橡胶/金属的界面反射波的波高为边界阈值时，则将此时探头的声束中心位置判定为脱粘区域的边界，并作好标记，多方向检测后将得到的多个标记依次连接后，即得脱粘区域的轮廓，其中，所述的边界阈值为b×h，h为高分辨超声检测法所用超声仪满屏高度，b取20％。
根据橡胶/金属的界面反射波波高来判断陶瓷/橡胶的界面粘接质量，检测结果具有很高的可靠性，解决了陶瓷/橡胶的界面脱粘与粘接良好时超声反射波高变化小难以检测的问题。
用本发明的方法，对多批次陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件进行实际检测，结果表明，本发明的方法可快速检测出该构件中不大于Φ15mm的脱粘缺陷，且能准确确定脱粘产生在被检件的哪个粘接界面，满足产品设计和返修要求。
本发明未详细说明的内容为本领域人员公知的技术。
Claims (10)
1.一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，所述方法适用于陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件的粘接缺陷检测，其中，所述陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件由外到内依次采用陶瓷层、橡胶层和金属层粘接而成，其特征在于，所述方法通过以下步骤实现：
步骤1、采用超声穿透法对上述陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件被检件进行检测，其中，对于穿透波幅值低于设定阈值的被检件的区域，在相应的被检件外侧区域做缺陷标记；
步骤2、采用多次脉冲反射法对被检件内侧区域进行检测以确定金属/橡胶的界面粘接质量，判为脱粘的区域，在相应被检件内侧区域做缺陷标记；
步骤3、基于步骤1和步骤2的检测结果，判断是否需要采用高分辨超声检测法对上述有缺陷标记的外侧区域进行进一步检测，其中：
对于被检件外侧区域有缺陷标记，且相应内侧区域无缺陷标记的区域，则判为陶瓷/橡胶的界面脱粘，金属/橡胶的界面无脱粘；
对于被检件外侧区域有缺陷标记，且相应内侧区域有缺陷标记的区域，则判为金属/橡胶的界面脱粘，不确定陶瓷/橡胶的界面是否存在脱粘，进一步采用高分辨超声检测法对有缺陷标记的外侧区域进行检测以确定陶瓷/橡胶的界面是否脱粘。
2.根据权利要求1所述的一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，其特征在于：所述采用高分辨超声检测法对有缺陷标记的外侧区域进行检测以确定陶瓷/橡胶的界面是否脱粘，具体为：
采用高分辨超生检测法对有缺陷标记的外侧区域进行检测，当某区域的检测所得橡胶/金属的界面反射波的波高小于或等于判伤阈值时，则该区域判为陶瓷/橡胶界面脱粘，其中，所述的判伤阈值为a×h，h为高分辨超声检测法所用超声仪满屏高度，a取[5％，10％]。
3.根据权利要求2所述的一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤3还包括确定陶瓷/橡胶界面脱粘区域的具体轮廓，具体为：
当某区域判为陶瓷/橡胶界面脱粘时，将高分辨超声检测法所用超声探头从多方向向该区域移动检测以确定脱粘区域的边界，其中，当检测所得橡胶/金属的界面反射波的波高为边界阈值时，则将此时探头的声束中心位置判定为脱粘区域的边界，并作好标记，多方向检测后将得到的多个标记依次连接后，即得脱粘区域的轮廓，其中，所述的边界阈值为b×h，h为高分辨超声检测法所用超声仪满屏高度，b取[20％，30％]。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，其特征在于：所述采用超声穿透法对上述陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件被检件进行检测优选为：采用喷水耦合自动超声C扫穿透法结合手动接触耦合超声穿透法对被检件进行检测，其中，先采用喷水耦合自动超声C扫穿透法对被检件进行检测，然后在所述喷水耦合自动超声C扫穿透法无法检测到的区域采用手动接触耦合超声穿透法进行检测。
5.根据权利要求4所述的一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，其特征在于：采用可调方波串激励技术激励所述喷水耦合自动超声C扫穿透法和手动接触耦合超声穿透法所用超声探头，具体实现方式为：
将所述喷水耦合自动超声C扫穿透法和手动接触耦合超声穿透法所用超声仪发射端连接方波脉冲串发射器的信号输入端，将方波脉冲串发射器的信号输出端连接所述所述喷水耦合自动超声C扫穿透法和手动接触耦合超声穿透法所用超声探头。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，其特征在于，所述多次脉冲反射法所用超声探头为凸面晶片探头，且晶片曲率与被检件曲率相差≤10％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤2还包括：调节多次脉冲反射法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度，然后再对被检件进行检测。
8.根据权利要求7所述的一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，其特征在于：所述调节多次脉冲反射法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度包括：
设计对比试块1，具体为：
材料方面，选取与所述被检件相同的陶瓷、橡胶和金属材料，
结构方面：以金属层为内侧，在金属层的平面一半的区域上粘接橡胶层，在橡胶层上粘接陶瓷层，粘接工艺与实际产品相同，其中，金属层的另一半区域不粘接以模拟金属/橡胶界面的脱粘，且对比试块1曲率与被检件的曲率相差≤10％；
基于所述对比试块1调整所述多次脉冲反射法所用超声探头的检测灵敏度，具体为：
采用多次脉冲反射法从对比试块1的金属侧检测脱粘区域和非脱粘区域，同时调整所述多次脉冲反射法所用超声仪的dB值和时基范围，使得：a)脱粘区界面多次回波对应的超声仪显示屏五格处的波高(以下称50％波高)≥80％超声仪满屏高度；b)在满足a)要求的前提下，使非脱粘区界面多次回波对应的50％波高≤20％超声仪满屏高度。
9.根据权利要求1-6所述的一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤3还包括：调节高分辨超声检测法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度，然后再对被检件进行检测。
10.根据权利要求9所述的一种多层粘接构件的粘接缺陷检测方法，其特征在于：所述调节高分辨超声检测法所用超声探头检测灵敏度以满足需求的检测灵敏度包括：
设计对比试块2，具体为：
材料方面，选取与所述被检件相同的陶瓷、橡胶和金属材料，
结构方面：在陶瓷层和橡胶层相接触的界面预置缺陷，然后按照被检件工艺制作粘接各层，其中，所述缺陷设计的方法为：在陶瓷层和橡胶层相接触的界面选取某一区域涂抹脱膜剂，再用聚四氟乙烯薄膜放在涂抹脱模剂的区域来模拟界面脱粘缺陷；所述对比试块2曲率与被检件的曲率差值≤10％；
基于所述对比试块2调整所述高分辨超声检测法所用超声探头的检测灵敏度，具体为：
采用高分辨超声检测法从陶瓷侧检测对比试块2，调整高分辨超声检测法所用超声仪的dB值，使得非脱粘区域的橡胶/金属的界面反射波的波高为40％～60％超声仪的满屏高度，且预置的缺陷中心处的橡胶/金属的界面反射波波高≤10％超声仪的满屏高度即可。
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