焊接精密度0.01mm

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粘接质量检测——反射法(一)

来源: | 发布日期:2022-08-17

        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


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式中,K为“附着弹簧”的刚性常数;02为入射波函数,t是时间,x是距离;03分别代表两种材料的声阻抗。


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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。


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图10-8  来自胶层粘接件的回波的形成过程


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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



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