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通过辨别常规超声信号相位的极性,核查材料粘接的完整性

时间:2020-03-10 点击次数:103

应用

通过无损检测技术,可以评估粘接在一起的具有较低声阻抗和较高声阻抗的异质材料之间的粘接完整性,例如:塑料、玻璃纤维、橡胶或环氧树脂材料与金属、玻璃或陶瓷粘接在一起的粘合样件。

这类检测的某些特定应用列举如下:碳/纤维/树脂复合材料与钢质基底的粘接,金属管道和箱罐中的塑料衬里与主体的粘接,玻璃制品之上的塑料安全覆盖层的粘接,金属辊子之上的橡胶覆盖层的粘接,以及金属工件之上的环氧树脂覆盖层的粘接。无损检测技术还可用于检测金属轴承,这类轴承外侧质地较软的低阻抗金属,如:巴比合金,被粘接在质地较硬的高阻抗金属上,如:钢或黄铜。

问题

通过无损检测技术评估粘接或焊缝完整性的常用方式是观察从两种材料之间的界面反射回来的信号波幅。当两种接合在一起的材料具有相似的声阻抗时,如:金属与金属,或塑料与塑料,这种方式非常有效。但是,当两种粘接在一起的材料在声阻抗方面有着极大的差异时,如:塑料与金属的粘接,则优质粘接与劣质粘接所反射的信号在波幅上的变化不是那么明显。在这种情况下,粘接与脱粘之间突出的可见差异表现在它们所反射回波的相位或极性互呈相反的状态,因为从低阻抗的一侧对粘接进行检测,与从高阻抗的一侧对粘接进行检测,所获得的回波的相位互为相反状态。

设备

这种检测可以使用任何一款带有未检波射频波形显示功能的超声仪器完成,如:EPOCH 650探伤仪和EPOCH 6LT便携式探伤仪。选择探头的类型和频率时需要基于特定的应用,不过一般来说,我们建议使用宽带探头。

检测程序

来自两种材料界面的反射信号的相位(或称极性)和波幅都取决于两种材料相对的声阻抗。在测量由两种材料粘接在一起的粘合材料时,如果测量的方向相反,即一种情况是从较低的声阻抗材料测量,另一种情况是从较高的声阻抗材料测量,则在这两种检测中,我们所获得的界面回波的相位或极性会呈现相反或倒置的状态。

粘接检测必须要从具有低阻抗的材料一侧开始。此外,还需注意这种检测只能辨别声学粘接的存在或缺失,而不能评判粘接质量的好坏。

图1和图2分别表明来自塑料/空气界面的回波,以及来自塑料/金属界面的回波,这两个图中的信号相位成相反状态。这两张图使用一款EPOCH系列探伤仪和一个V109 5 MHz宽带接触式探头获得。

图1中的回波来自5毫米厚的有机玻璃塑料平板样件的底面,所用检测设备为一个5 MHz宽带接触式探头和一个设置为射频模式的EPOCH 650探伤仪。在这种情况下,所反射的声能是从具有相对较高阻抗的材料(塑料)进到具有极低阻抗材料(空气)的界面发出的。使用这种设置,来自从高阻抗材料进到低阻抗材料界面的回波,显示为负极性回波。

注释

所显示的回波极性根据仪器内的信号处理方式而定。奥林巴斯IMS的探伤仪和脉冲发生器/接收器会生成上面所显示的视图,而其它生产商的设备可能会显示相位相反的信号。使用试块可以判断这个因素。从低阻抗材料到高阻抗材料的界面,与从高阻抗材料到低阻抗材料的界面,会产生相位相反信号的基本原理,适用于任何情况。         

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