CN111208195A - 胶接质量的检测结构以及检测方法 - Google Patents

Abstract

本案涉及一种胶接结构的胶接质量的检测结构以及检测方法。其中，所述检测结构包括相互胶接的第一部、第二部以及位于其两胶接面之间的对比件，所述对比件包括片状本体，所述本体具有排列分布于其的孔洞。本案的检测结构以及检测方法具有测量精确，操作简单等优点。

Description

胶接质量的检测结构以及检测方法

技术领域

本发明具体涉及胶接结构的胶接质量的检测结构以及检测方法。

背景技术

超声检测是利用超声波具有的折射、反射、衍射、衰减、谐振等特性，通过观察显示在超声检测仪上的有关超声波在被检材料或工件中发生的传播变化，来判定被检材料和工件的内部和表面是否存在缺陷，从而在不破坏或不损害被检材料和工件的情况下，评估其质量和使用价值。在航空发动机复合材料无损检测技术领域，超声检测是最常用的无损检测技术手段之一。

超声检测对比试块是一种用于超声波无损检测方法的试块，试块与被检测零件具有相同的材料、结构与制造工艺，试块中通常含有意义明确的反射体，用于标定检测设备灵敏度和零件缺陷评价。复合材料中常用的超声检测对比试块有层压板分层缺陷对比试块、层压板孔隙率对比试块、蜂窝(泡沫)夹层结构脱粘缺陷对比试块、胶接结构脱粘缺陷对比试块等。

胶接结构是复合材料中常见的一种结构形式，具体可细分为“复材-复材”共胶接结构、“复材-复材”二次胶接结构以及“金属-复材”胶接结构等。胶接结构广泛应用于航空复合材料零部件中，如商用飞机翼面类加筋壁板、尾翼前缘、发动机风扇叶片等。

胶接结构弱胶接的无损检测一直以来都是国际性的技术难题。到目前为止国际上都没有很好的定量评价弱胶接的办法。现有技术中，一般采用定性的方法判断胶接结构的胶接质量，例如公开号为CN102608204A的专利申请文件，其判断方法是采用移动扫查方式对胶接面进行100％扫查；移动扫查时发现有仪器示波屏水平基线6～10格处的纵波多次脉冲反射波高度达到或超过起始灵敏度，探头的下方即为存在脱粘缺陷位置或存在胶接不良缺陷，仪器示波屏水平基线6～10格处的纵波多次脉冲反射波高度包络线低于50％递减到20％或无反射波时，即为胶接质量完好。现有技术的定性判断方法，很难满足精度高的领域，例如航空领域的需求。

因此，本领域需要一种精度高、易于操作的胶接质量检测结构以及结构方法。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种胶接质量的检测结构。

本发明的一个目的是提供一种胶接质量的检测方法。

根据本发明一个方面的一种胶接质量的检测结构，包括相互胶接的第一部、第二部以及位于其胶接面之间的对比件，所述对比件包括片状本体，所述本体具有排列分布于其的孔洞。

在所述检测结的实施例中，所述孔洞等间距地均匀排列于所述片状本体。

在所述检测结的实施例中，所述本体的材质为黄铜片或聚四氟乙烯薄膜。

在所述检测结的实施例中，所述第一部、第二部中至少其一的材质为复合材料。

根据本发明另一方面的一种胶接质量的检测方法，包括：

步骤a.提供检测结构，所述检测结构包括对比件，相互胶接的第一部、第二部以及位于其两胶接面之间的对比件；

步骤b.检测不同孔占比的对比件对应的超声检测波形，以标定不同孔占比对应的胶接状态对应的超声检测的波形，得到波形与孔占比的定量关系；

步骤c.对待测胶接结构进行超声检测，根据待测胶接结构对应的超声检测波形，结合步骤b标定得到波形与孔占比的定量关系，得到待测胶接结构的胶接质量。

在所述检测方法的实施例中，所述步骤b中，所述波形与孔占比的定量关系包括缺陷波波高与孔占比的函数关系。

在所述检测方法的实施例中，用于所述步骤b以及步骤c的超声波形检测的超声探头晶片的直径大于所述对比件本体的尺寸。

在所述检测方法的实施例中，所述步骤a中，提供检测结构的步骤包括：

步骤a1.选取厚度为0.1mm的片状本体黄铜片，至少多涂覆脱模剂，每次间隔至少半小时；

步骤a2.根据孔占比的要求，在经过所述步骤a1处理的片状本体加工孔洞，之后再多次涂覆脱模剂，每次至少间隔半小时，得到对比件；

步骤a3.于第一部的胶接界面设置所述步骤a2得到的对比件，铺设第二部，使得所述对比件位于所述第一部、第二部的胶接面之间，得到检测结构预制体；

步骤a4.将所述步骤a3得到的预制体进行固化，得到检测结构。

在所述检测方法的实施例中，所述步骤a4中固化的步骤包括：在检测结构预制体上部依次铺设辅助材料：可剥离层、导气层，隔离层，在隔离层上表面盖设匀压板，真空袋封装进行固化。

本发明的进步效果至少包括下列之一：

1.检测方法可以制造出不同胶接程度的胶结结构对比件，用于模拟胶接结构中的弱胶接状态，定量的建立胶接程度和超声信号的对应关系从而解决了长期以来困扰工业界的胶接结构的检测问题；

2.检测结构的对比件可调整孔占比，模拟不同胶接区域百分比，从而实现弱胶接的定量化表征，所用的对比件易于加工，也易于制作相应的检测结构；

3.检测方法中可以根据对比件的尺寸，选择合适大小的探头，可以保证超声声束在查扫过程中的信号稳定。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1A、图1B、图1C是检测结构的实施例的结构示意图。

图2是对比件的不同孔占比的实施例的结构示意图。

图3是不同孔占比的对比件对应的胶接质量的超声波波形示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

另外，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本发明保护范围的限制。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一些实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

参考图1A至图1C，用于检测胶接质量的检测结构包括相互胶接的第一部2、第二部3以及位于两者的胶接面之间的对比件1。如图1C所示，对比件1包括片状本体11，片状本体11上排列分布有的孔洞12。优选地，第一部2、第二部3以及两者所采用的胶，与待测的胶接结构的第一部与第二部以及所采用的胶相同，即若待测的为复合材料与金属的胶接质量，则第一部2、第二部3为复合材料与金属，若待测的为复合材料与复合材料的胶接质量，则第一部2、第二部3为复合材料与复合材料。对于片状本体11的材质，可以采用黄铜或者聚四氟乙烯，这两种材料在超声脉冲回波测量领域应用较为普遍，能够稳定地反射超声波，使得实验结果准确可靠。如图1C以及图2所示，在一些实施例中，片状本体11上孔洞12的排列分布的具体结构为孔洞12等间距地排列分布于片状本体11，片状本体11的形状可以是正方形，孔洞12的形状也为正方形，如此设置可以简化对比件的加工，同时等间距地排列也可以提高得到超声信号的稳定性。孔洞12的大小根据孔占比的不同而调整，孔占比，即为孔洞12的总面积占片状本体11面积的比例。例如图2所示，对比件10的孔占比为64％，对应的单个孔洞的尺寸为2mm*2mm；对比件20的孔占比为41％，对比件30的孔占比为23％。

进一步地，制作如图1A所示的检测结构的具体步骤可以是：

1.选取厚度为0.1mm黄铜片，下料为正方形，大小可以选择为50mm*50mm，然后在黄铜片上刷3遍脱模剂，每次间隔半小时。

2.在刷了3遍的黄铜片上机械加工出不同孔占比的规则正方形孔，用于模拟不同的胶接状态，而后在加工出不同孔占比的黄铜片上再刷3遍脱模剂，每次间隔半小时，制作完成对比件1；

3.铺贴好胶接用复合材料(即第一部2)预浸料，并将制作好的对比件1置入胶接试块界面处，再在胶接界面上方铺贴复合材料预浸料(即第一部3，或者胶结用的金属材料)，制作出带人工缺陷的复合材料/复合材料(或复合材料/金属材料)的胶接结构对比试块；

在胶接结构对比试块上方依次铺上辅助材料：可剥离层、导气层，隔离层，在隔离层上表面盖上匀压板，然后用真空袋封装进罐，进行固化；固化结束后，除去胶接结构对比试块表面的辅助材料，即得到如图1A所示的检测结构。

如图1B以及图1C所示，采用便携式超声检测仪5，选用晶片尺寸为1/2英寸、频率为5MHz的探头，对检测结构进行超声波扫查。采用晶片尺寸为1/2英寸的探头对人工缺陷进行检测，由于孔洞12的尺寸及间距相对晶片尺寸来说小很多，且如图1C所示，晶片的尺寸大于对比件1的本体11的尺寸，因此当探头在人工缺陷上移动时，超声声束覆盖范围之内胶接良好区域和脱粘区域的分布基本上是均匀的，因此超声信号稳定性较好。利用超声检测仪判断检测结构中超声的信号的稳定性，然后记录胶接界面的超声信号高度，并与对比件1中的孔占比建立一一对应关系。如图3所示，不同孔占比对应的不同胶接质量的超声信号波形示意图。对于图3所示的超声信号波形示意图，本领域技术人员容易理解，T代表发射波、B代表底波，F0、F1、F2、F3、F4代表缺陷波，当胶接质量无缺陷，即完全胶接时，波形中只有待测件的发射波以及从待测件反射回来的底波，当胶接质量存在缺陷时，脉冲超声波遇到缺陷，就有一部分反射回来，形成处于发射波T与底波B之间的缺陷波。利用孔洞12模拟胶接质量的原理在于，孔洞12所占的面积，代表胶体可以完全进入，因此模拟胶接后的胶接区域，而片状本体11除了孔洞12之外的部分，胶体无法进入，因此模拟胶接后的脱胶区域，尤其根据孔占比即可模拟胶接质量，即例如孔占比为64％，得到的波形即可以认为是两个部件中胶接区域所占比例为64％得到的波形。通常而言，较为有代表性的波形与孔占比的定量关系为缺陷波的波高与胶接区域百分比的关系呈线性关系或其它函数关系，即可以根据检测结构中对比件1不同的孔占比，得到例如图3的不同胶接区域百分比对应的缺陷波波高，将得到的孔占比－缺陷波波高数据进行分析拟合，即可以得到孔占比－缺陷波波高的定量函数关系，即得到了胶接区域百分比－缺陷波波高的定量函数关系。最后，对待测的胶接结构进行超声检测，得到待测胶接结构对应的超声检测波形，将缺陷波的参数代入在检测结构中得到的波形与孔占比的定量关系式，即可得到待测胶接结构中胶接区域所占百分比，待测胶接结构的胶接质量的定量分析结果，以精确判断胶接质量。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些步骤不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

综上，采用上述实施例的检测结构以及检测方法的有益效果至少包括下列之一：

1.检测方法可以制造出不同胶接程度的胶结结构对比件，用于模拟胶接结构中的弱胶接状态，定量的建立胶接程度和超声信号的对应关系从而解决了长期以来困扰工业界的胶接结构的检测问题；

2.检测结构的对比件可调整孔占比，模拟不同胶接区域百分比，从而实现弱胶接的定量化表征，所用的对比件易于加工，也易于制作相应的检测结构；

3.检测方法中可以根据对比件的尺寸，选择合适大小的探头，可以保证超声声束在查扫过程中的信号稳定。

本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种胶接结构的胶接质量的检测结构，其特征在于，包括相互胶接的第一部、第二部以及位于其胶接面之间的对比件，所述对比件包括片状本体，所述本体具有排列分布于其的孔洞。

2.如权利要求1所述的检测结构，其特征在于，所述孔洞等间距地均匀排列于所述片状本体。

3.如权利要求1或2所述的检测结构，其特征在于，所述本体的材质为黄铜片或聚四氟乙烯薄膜。

4.如权利要求1所述的检测结构，其特征在于，所述第一部、第二部中至少其一的材质为复合材料。

5.一种检测胶接质量的检测方法，其特征在于，包括：

步骤a.提供检测结构，所述检测结构包括对比件，相互胶接的第一部、第二部以及位于其两胶接面之间的对比件；

步骤b.检测不同孔占比的对比件对应的超声检测波形，以标定不同孔占比对应的胶接状态对应的超声检测的波形，得到波形与孔占比的定量关系；

步骤c.对待测胶接结构进行超声检测，根据待测胶接结构对应的超声检测波形，结合步骤b标定得到波形与孔占比的定量关系，求得待测胶接结构的胶接质量。

6.如权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述步骤b中，所述波形与孔占比的定量关系包括缺陷波波高与孔占比的函数关系。

7.如权利要求5所述的检测方法，其特征在于，用于所述步骤b以及步骤c的超声波形检测的超声探头晶片的直径大于所述对比件的本体的尺寸。

8.如权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述步骤a中，提供检测结构的步骤包括：

步骤a1.选取厚度为0.1mm的片状本体黄铜片，至少多涂覆脱模剂，每次间隔至少半小时；

步骤a2.根据孔占比的要求，在经过所述步骤a1处理的片状本体加工孔洞，之后再多次涂覆脱模剂，每次至少间隔半小时，得到对比件；

步骤a3.于第一部的胶接界面设置所述步骤a2得到的对比件，铺设第二部，使得所述对比件位于所述第一部、第二部的胶接面之间，得到检测结构预制体；

步骤a4.将所述步骤a3得到的预制体进行固化，得到检测结构。

9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述步骤a4中固化的步骤包括：在检测结构预制体上部依次铺设辅助材料：可剥离层、导气层，隔离层，在隔离层上表面盖设匀压板，真空袋封装进行固化。

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