粘接强度测量——谐振法

        粘接强度是指单位面积上能承受的最大破坏力，对其进行无损测定在实际应用中具有重要意义。粘接强度主要取决于粘接层的内聚强度和界面粘附强度。内聚强度是粘接层内分子之间的吸引力，界面粘附强度是物理接触或粘合剂与被粘物分子之间的引力。粘接强度取决于粘合剂类型、弹性性质以及厚度等。由于粘接强度是一个结构参数，并不是材料的物理特性，因此很难对粘接强度进行直接测量。但由于某些可测量的无损检测参量，如粘接层的弹性模量、声衰减和层厚等与粘接强度之间存在一定的相关性，通过对这些参量进行测量可间接反映界面的粘接强度。

        当超声波在胶接件内传播时，会在基体和胶层的界面产生反射和折射。如果选用合适的频率，其中引发的多重干涉将产生谐振。基体或胶层的厚度或弹性模量的变化会改变谐振频率，而胶接层声阻抗的任何变化将会改变谐振的幅值。因此，可以根据声学特性(谐振频率、声阻抗)与连接件的力学特性(弹性、内耗)之间的相互关系来评定试件的粘接强度。

        Dietz以及Nolle和Westervelt 研究了两个圆棒互相胶粘对接后的纵向谐振特性，发现胶接层的弹性模量实数和虚数部分可表达为

式中，ρ为两棒的密度(假定两棒材质相同);   为两棒的总长度(假定两棒等长); b为胶层的厚度;  是长度为 的棒的谐振频率;是将长度为 的棒粘接起来后组合棒的谐振频率的变化范围； 是组合棒的谐振频率的带宽。

        测定谐振频率的变化 比较容易，所以，这项技术有可能用于测定材料的弹性模量，进而又有可能据此得出粘接强度的测定方法。Schliekelmann先用Redux775粘接剂将两个材质和尺寸都完全相同的棒胶接起来，在静电换能器的激励下，采用纵波谐振技术对它们进行了测定。从图10-1可以看出，在谐振频率较低时，随着频率的增加，棒的抗拉强度(接缝处受张应力)迅速减小。当棒的抗拉强度较小时，谐振频率较高，且随频率的增加，抗拉强度缓慢降低。观察发现，在高强度区测定值的分散度更为明显。

图10-1  按Bordan的方法进行检验时，用Redux775粘接剂的不同粘接质量

圆棒的拉伸强度和接头的纵向谐振频率间的关系

：整体棒的谐振频率  :粘接棒的谐振频率