粘接质量检测——谐振法（三）

        图10-21中形象地描绘了本研究中的应力分布，如果在样品上施加循环应力，则粘接界面就会处于低频拉压交变应力作用之下。如图10-21所示(右侧)，对于弱粘接界面，从粘接层反射回的超声波信号的频谱极小值在加载条件下会发生移动。对于粘接层的不同应力状态，利用斜入射的周期性，通过超声波频谱可以对加载条件下粘接层的特性进行评价。采取的方式是同步进行低频连续激发以及高频超声波脉冲触发，并对接收信号进行频谱测定。

图10-21  设计方案：在与厚度谐振有关参数的激励下，粘接剂接口处的斜入射超声波频谱

        对于完整的粘接层，可以认为振动不会对脉冲超声波信号产生扰动；而对于弱接合界面，界面弹簧会基于载荷作用而发生变化，这些低频振动导致了超声波信号的振幅和频率产生调制现象。斜入射超声波系统包括3个10MHz的宽带探头、高频信号的记录和信号的数字化及FFT处理。接触测试系统如图10-22a所示。图10-22b为由计算机计算得到的与三种不同粘接质量对应的调制频谱。

        为了将上述调制的概念用于表征粘接质量，以铝合金与商业FM-73粘接剂粘接而成的试样为研究对象，考察了其由于环境压力导致的接合质量劣化所对应的调制超声波频谱。试样完全暴露在大气环境下直至潮气完全渗透。然后将其与振荡器紧紧地固定在一起。选择的调制频率为50Hz。在接头每个测试点施加50次调制循环，每一次应力循环取40个时域信号，同步施加反射脉冲。因此在粘接区域的每个位置总共测量了2000个超声波反射信号。

图10-22  接触测试系统和调制频谱

a）接触调制斜入射超声波频谱系统

b）处于劣化、过渡和良好三种粘接状况的调制频谱

        图10-23是粘接层反射回波的典型实验信号和频谱。图10-23a的闸门信号对应着从粘接层反射回的信号，以换能器的频响为参考进行反卷积处理后得到的频谱，如图10-23b所示。其中，与频谱极小值相关的频率 和深度可用于表征粘接层特性。

图10-23  粘接层反射回波的典型实验信号和频谱

a）10MHz宽带探头垂直入射到铝-环氧树脂层粘接界面反射回的典型信号

b）对粘接层的反射信号进行反卷积处理

        图10-24给出了在调制斜入射频谱法中信号的处理过程。图10-24a为垂直入射条件下的时域反射信号。图10-24b给出了在垂直入射的条件下，对于半个调制循环周期经过反卷积处理后的一组典型频谱。谐振极小值的移动用虚线箭头表示。由这些频谱，进一步得到调制谐振频率 与调制时间的关系曲线，如图10-24c所示。最后，从该调制信号中获得调制频谱，如图10-24d所示。在调制频谱中，基于粘接质量良好的涂层的频率极小值，对频谱极小值移动量进行归一化处理。在50Hz处的第一个谐波调制振幅 ，表示在附加了外部调制应力的条件下，谐振频率的振幅。在100Hz处的第二个谐波调制振幅 ，表示了谐振频率的移动量与调制应力之间的非线性关系。

图10-24  调制斜入射频谱法中信号的处理过程

a）典型时域反射信号  b）对半个调制周期的反射信号进行反卷积处理

c）调制谐振频率与调制时间的关系曲线  d）归一化调制频谱