粘接质量检测——反射法（一）

        利用脉冲反射法无损检测粘接质量时，通常使用比谐振法高的频率(0.5~10MHz)以及很短的超声波脉冲。脉冲回波法使用单探头只需在一侧靠近试件，可以确定未粘接是在粘合层上面还是下面，对复合材料中出现的未粘接或剥离，可测定是未接合还是剥层，并可以对剥层深度进行精确定位，在典型试件中其深度探测精度可达±0.1mm。

1. 反射波幅度谱法

        Curtis的合作者Tattersall假设胶层与钢体之间附着力非常小，两者之间以“附着弹簧”连接的情况下，模拟了在基体和胶层之间引入“纯弹性刚度”时获得的结果，反射波幅度为

式中，K为“附着弹簧”的刚性常数;为入射波函数，t是时间，x是距离；分别代表两种材料的声阻抗。

图10-7  不同粘接状况下，从三种类型界面反射的超声波频响

        将两种类似的聚合物(甲基丙烯酸)用溶剂(异丁烯酸甲酯)粘接在一起，并在基体和胶层之间无限薄的界面上引入由Tattersall设计的“纯弹性刚度”的概念，这时可以用式(10-6)予以描述。Alers和Graham试图分析研究不同粘接状况下的超声波频率响应。研究发现，界面上反射波的幅度随频率的增加而均匀增长(见图10-7a)。如果胶接层不是无限薄，而是具有一定的厚度时，显然该胶接层是一个与基体性质截然不同的新材料，这时反射波的幅度会呈现波峰和波谷，如图10-7b所示。另一种情况是，界面呈扩散式逐渐过渡。此时，界面向高频移动，如图10-7c所示。试验曲线表明，基体材料内没有扩散现象，扩散过渡现象只产生在胶接层内。

2.短脉冲反射法

        胶剂粘接接头的粘接质量对飞机安全影响极大，厚度约为0.3mm的胶层适合于保持粘附力，目前已得到广泛采用。鉴于胶层内的声能衰减可以反映固化状态，因而也是其内聚强度的指示。Lloyd应用短脉冲超声波检测技术进行检测，其试验结果直接监测了胶层厚度以及胶层内声衰减的变化。还因为界面反射系数与附着强度有关，所以也给出了两个界面的反射系数。研究工作利用很短的超声波脉冲检测胶接接头(见图10-8)，便能在时域内分辨来自胶层上下界面的回波。研究中要选通出已分离的来自不同界面的回波，并对它们分别进行频谱分析。需要注意的是，此处采用的超声波脉冲必须是宽带的，以期将信号进行频谱分析后，比时域分析结果的分辨力更高一些。需要指出的是，在来自单一胶层粘接接头的时域信号中，信号非常低以致于无法区分粘接强度的任何变化。不过，对应于接头强度细小差别(但远不是可以忽略)的有关频谱却非常容易识别，这种情况下，频谱分析技术显示出它的明显优势(见图10-8和图10-9)。由于超声波信号频谱分析技术的灵敏度较高，目前已可用于监测早期的胶剂降解。

图10-8  来自胶层粘接件的回波的形成过程

图10-9  时域信号和频谱响应

a）时域信号    b）频谱响应，上部频谱对应第一波束，下部频谱对应第二波束