一种小直径薄壁陶瓷基复合材料管的超声检测方法技术

本发明专利技术涉及一种小直径薄壁陶瓷基复合材料管的超声检测方法，在小直径薄壁陶瓷基复合材料管外部发射的超声波在管内放置的凹形反射体上形成的反射信号，提取凹形反射体的反射信号幅值进行超声C扫描成像，得到含有表面状态和被检件内部质量信息的超声C扫描灰度图像A。在同样的参数条件下对与被试管同样的对比试件测试得到超声C扫描图像B，处理后得到超声C扫描灰度图像C，图像A中每个位置的RGB值与图像C中相应位置的RGB值相加，得到表示小直径薄壁陶瓷基复合材料管内部质量的超声C扫描图像D。本发明专利技术提供的方法解决了现有超声检测方法无法有效检测出小直径薄壁陶瓷基复合材料管内部缺陷的技术问题。内部缺陷的技术问题。内部缺陷的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种小直径薄壁陶瓷基复合材料管的超声检测方法


[0001]本专利技术属于超声无损检测领域，涉及一种小直径薄壁陶瓷基复合材料管的超声检测方法。

技术介绍

[0002]自从2011年日本福岛的核电站发生过事故后，核电安全成为各国核电发展的第一要务。核电行业将反应堆的事故容错能力研究放在发展首位，对大型压水堆用核材料在事故条件下的结构稳定型和完整性提出了更严苛的要求。在众多核材料中，陶瓷材料具有优异的高温结构强度和耐腐蚀特性，如立方相碳化硅(β
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SiC)陶瓷具有优良的耐中子辐照、抗高温蠕变、耐腐蚀、抗高温氧化、高导热等性能，被认为是下一代核燃料包壳、面向高辐照环境结构组件及核聚变堆流道插件等应用的最佳候选材料之一。同时如今航天及核电行业已开始采用小直径薄壁陶瓷基复合材料管作为换热核包壳管。核包壳管作为燃料芯块的密封外壳，长期运行在高温、高压、强辐照、循环水流冲刷及腐蚀等恶劣环境下，其一旦破裂，将使回路都遭到污染。为保证包壳管的安全性和可靠性，避免造成重大事故，因此必须采用有效的无损检测技术对其内部质量进行检测。
[0003]小直径薄壁陶瓷基复合材料管，壁厚为0.5mm～2mm，内径为5mm～20mm。由于该结构为新型复合材料结构，具有衰减大、管壁薄、内径小、只能从外侧检测、内外表面状态不均匀且粗糙度较差、要求的检测灵敏度高等特点，国内外鲜有该类结构的无损检测案例。
[0004]经查阅，发现相关的专利和论文很少。专利CN108872380A《多层粘接构件缺陷检测方法》，阐述了陶瓷/橡胶/金属多层粘接筒形构件粘接缺陷的超声检测方法，但检测时需要将超声探头从筒形件内部进行检测，无法满足小直径薄壁陶瓷基复合材料管只能从外侧检测的要求；检测产品的内径较大，无法满足小直径的检测要求；只能检测粘接质量，无法检测陶瓷层内部的质量。专利CN104807882A《一种复合材料与金属热管钎焊质量的超声检测方法与系统》，阐述了陶瓷基复合材料管与内部金属管钎焊质量的超声检测方法，检测时超声探头只能从金属管内部进行检测，无法满足探头只能从管外部检测的要求；只能检测钎焊质量，超声信号无法传播至陶瓷复合材料层，无法检测陶瓷复合材料内部的质量。专利CN111650182A《纤维缠绕复合材料三角形管的超声C扫检测方法》，阐述了纤维缠绕复合材料三角形管内部缺陷的超声C扫描检测方法，但该方法只能适用于外形为三角形的复合材料管，无法适用于圆管的检测；且没有考虑复合材料表面状态对超声信号的影响，无法适用于表面粗糙度高的陶瓷基复合材料管。专利CN112268914B《一种全尺寸核燃料包壳管元件耐事故涂层的无损检测方法》，阐述了使用X射线衍射无损检测方法对包壳管外表面的涂层质量进行检测，但该方法无法对小直径包壳管的内表面及包壳管材料本身内部缺陷进行判定。专利CN105388212A《一种厚壁复合管状结构中缺陷的超声检测方法》，阐述了大厚度的复合材料与金属复合管道中复合材料内部缺陷、金属/复材粘接缺陷、金属厚度的超声检测方法，适用的复合材料为树脂基复合材料，无法满足陶瓷基复合材料的检测；适用大厚度、大直径的管子检测，无法用于本专利中壁厚为0.5mm～2mm，内径为5mm～20mm尺寸管子的检
测。《宇航材料工艺》期刊2012年第3期出版的论文《碳/环氧复合材料管形件超声底板反射检测法》，阐述了树脂基复合材料管的超声底板反射检测方法，但该方式只能适用于内壁表面光滑的复合材料管，由于本专利的陶瓷基复合材料管的内外表面粗糙度较差，所以无法检测；只能检测出构件中7mm*7mm及以上的缺陷，检测灵敏度无法达到5mm*5mm的要求。《玻璃钢/复合材料》期刊2012年第4期出版的论文《复合材料气瓶超声穿透C扫描检测技术》，阐述了树脂基复合材料气瓶的超声穿透检测法，检测时需要使用2个超声探头，且其中一个探头需要置于瓶体内部，无法满足探头只能从管外部检测的要求；只能检测出构件中Φ10mm分层、脱粘类缺陷，检测灵敏度无法达到5mm*5mm的要求。
[0005]目前，超声检测是复合材料常用的无损检测方法，但是，采用常规的超声检测方法对上述结构内部质量进行检测时，由于上述结构的特殊性会存在以下问题：超声信号难以穿透复合材料层、直径小超声探头无法放入管内部、壁厚薄超声信号难以分辨、复合材料表面状态不均匀且粗糙度较差对超声信号影响较大、要求的检测灵敏度高等。

技术实现思路

[0006]要解决的技术问题
[0007]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种小直径薄壁陶瓷基复合材料管的超声检测方法，实现了一种小直径薄壁陶瓷基复合材料管内部质量的超声无损检测。
[0008]技术方案
[0009]一种小直径薄壁陶瓷基复合材料管的超声检测方法，其特征在于：超声设备具有X轴、Y轴、Z轴、T轴、A轴、B轴，X轴为扫查轴，用于带动超声探头进行扫查运动，Y轴用于调节探头的偏心距，Z轴用于调节探头与被检件上表面的距离，T轴为步进轴，用于驱动被检件转动，A轴和B轴可调节超声探头的角度，超声检测步骤如下：
[0010]步骤1：沿管的轴向平行放置一凹形反射体，反射体的凹形面与超声探头相对；调节检测参数为：
[0011]a、调节A轴、B轴，使探头方向与被检件轴线方向垂直，再调节Y轴使声束通过被检件的圆心；
[0012]b、调节Z轴，使凹形反射体凹面顶点处于探头近场附近，同时使探头与被检件表面的距离大于被检件外径的1/4；
[0013]c、扫查方向与被检件轴向平行，步进方向为被检件的周向；
[0014]d、调节超声仪的增益值，使被检件正常区域的凹形反射体的反射信号幅值为80％，此时的增益值为dB1；
[0015]检测时，将跟踪闸门框住被检件上表面的反射信号，将信号提取闸门框住凹形反射体的反射信号，得到含有表面状态和被检件内部质量信息的超声C扫描灰度图为图像A；
[0016]所述的凹形反射体长度大于被检件的长度，宽度小于被检件内径的1/3，凹面的曲面半径为(被检件内径+被检件外径)/4，凹形面顶点离被检件上表面的距离为(被检件的内径+被检件外径)/8+被检件厚度/2；
[0017]步骤2：采用水浸超声反射法测与被检件的材料相同、外径相同，且表面粗糙度相同的对比试件外表面的反射信号幅值，检测参数与步骤1的a、b和c一致，调节超声仪的增益值，使表面状态对比试件外表面的反射信号幅值为80％，增益值为dB2；检测时，将跟踪闸门
框住被检件上表面的反射信号，将信号提取闸门框住对比试件外表面的反射信号，进行C扫描成像，得到含有每个位置表面状态信息的超声C扫描图像为图像B；
[0018]步骤3：将通过与表面状态对比试件外表面反射信号幅值对比，计算出被检件外表面每个位置的表面状态补偿系数：
[0019]k(X，Y)＝2*(80％
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RGB(图像B)/255)
[0020]建立补偿系数和补偿RGB值的对应关系：
[0021][0022]根据对应关系，将图像B转化为每个位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小直径薄壁陶瓷基复合材料管的超声检测方法，其特征在于：超声设备具有X轴、Y轴、Z轴、T轴、A轴、B轴，X轴为扫查轴，用于带动超声探头进行扫查运动，Y轴用于调节探头的偏心距，Z轴用于调节探头与被检件上表面的距离，T轴为步进轴，用于驱动被检件转动，A轴和B轴可调节超声探头的角度，超声检测步骤如下：步骤1：沿管的轴向平行放置一凹形反射体，反射体的凹形面与超声探头相对；调节检测参数为：a、调节A轴、B轴，使探头方向与被检件轴线方向垂直，再调节Y轴使声束通过被检件的圆心；b、调节Z轴，使凹形反射体凹面顶点处于探头近场附近，同时使探头与被检件表面的距离大于被检件外径的1/4；c、扫查方向与被检件轴向平行，步进方向为被检件的周向；d、调节超声仪的增益值，使被检件正常区域的凹形反射体的反射信号幅值为80％，此时的增益值为dB1；检测时，将跟踪闸门框住被检件上表面的反射信号，将信号提取闸门框住凹形反射体的反射信号，得到含有表面状态和被检件内部质量信息的超声C扫描灰度图为图像A；所述的凹形反射体长度大于被检件的长度，宽度小于被检件内径的1/3，凹面的曲面半径为(被检件内径+被检件外径)/4，凹形面顶点离被检件上表面的距离为(被检件的内径+被检件外径)/8+被检件厚度/2；步骤2：采用水浸超声反射法测与被检件的材料相同、外径相同，且表面粗糙度相同的对比试件外表面的反射信号幅值，检测参数与步骤1的a、b和c一致，调节超声仪的增益值，使表面状态对比试件外表面的反射信号幅值为80％，增益值为dB2；检测时，将跟踪闸门框住被检件上表面的反射信号，将信号提取闸门框住对比试件外表面的反射信号，进行C扫描成像，得到含有每个位置表面状态信息的超声C扫描图像为图像B；步骤3：将通过与表面状态对比试件外表面反射信号幅值对比，计算出被检件外表面每个位置的表面状态补偿系数：k(X，Y)＝2*(80％
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RGB(图像B)/255)建立补偿系数和补偿RGB值的对应关系：根据对应关系，将图像B转化为每个位置的表面状...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅辉，高晓进，梁成瑜，付亮，孔焕平，成来飞，张立同，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：