增强塑料及复合粘接结构超声波检验.pdf

? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增强塑料及复合粘接精构超声波检赚 蒋福棠 、 陈金水 、 金周 庚 摘 要 增强塑料和各种金属 一 非金属复合拈接结构是宇航及航 空事业 中重要的防 热 材 料和承载 结构 。 为 了确保产品 的质量 , 需要进行有效的无损检验 。 本文 简要介绍 了检查针艘 高硅乳阶 醛增强塑料 以下简称玻璃钢 、 膝纶酚醛增强 塑料 以 下 简称膝塑 及 它 们 与 铭 的胶合 件 , 玻璃钢 铭 泡沫塑料 铭 复合拈接结构中的关健伤 分层 、 裂纹 、 脱拈 以 及 定性地评定 材料不均匀性的超声波检验方法和所采用 的机械传动 、 记 录装置 。 当用 小 毫米藕合水柱进 行穿透 法探伤时可发现增强 塑料 中宽 毫米 , 玻璃钢 铭 泡沫塑抖 铭粘接结构中宽 一 毫 米的 条形人为缺陷 , 并至 少可检查 出间阵为微米数量级的空 气伤 。 经 过甘大型部件的长期生产检验 , 表明所采用的探伤 方法时保证产品 的质量起到 了一 定 的作用 。 前 言 六十年代以来 , 在宇航 、 航空及许多工 业中 , 增强塑料和各种金属 一 非金属复 合 粘 接结构得到了广泛的应用 。 由于制造工艺 比 较复杂 , 产品质量的完整性和重复性较难控 制 , 这就使无损检验成为保证产品质量的重 要环节 , 国内外在这方面都开展 了大量的研 究工作 。 如射线法 〔 、 用来检验增强 剂 的 排列 、 树脂聚集 、 皱褶及测量密度等 微波 、 红外 〔 、 、 ‘ 、 “ 〕可在不接触试样表面及 不 需 祸合剂的情况下检查分层 、 裂纹 、 脱粘等缺 陷 , 但对 “ 紧贴型 ” 伤往往无能为力 , 此外 微波还用来测量介 电常数 、 树脂含量及厚度 等 激光全息 〔 ’灵敏度较高 , 但只适 于 检 查经加载后其应力场的变化能反映到试样表 面的缺陷 福克胶接检验仪 〔 、 “ ’具有 能 测 量胶接结构中胶本身内聚强度的独特优点 , 得到了较普遍的应用 。 超声波方法由于对分 层 、 裂纹 、 脱粘等关健伤有较高 的灵敏度和 可靠性 〔 、 。 , 因而应用得相当广泛 。 如 美 国 “ 阿波罗 ” 宇宙飞船和 “ 土星 ” 推进器中 增强塑料和蜂窝等复合粘接结构的检验就是 以超声波为主 “ 、 、 艺 , , 以其他方法配合 进行的 。 我们根据型号研制任务的需要 , 增 强塑料和复合粘接结构的特点 , 针对 一 大型部 件开展 了超声波探伤的研究 。 一 、 基本原理 参加人 张秀奎 、 葛翠英 , 一 超声波脉冲穿透法 在均匀介质 中 , 超声波透过材料时发生 衰减 , 平面波透过材料后的振幅 一 式中 。 入射超声波的振幅 。 材料的衰减系数 材料厚度 。 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 当声波垂直入射到两种密度和声速不同 的介质 的分界面上时 , 发生反射 , 平面波 的 振幅反射系数为 一 卫』二互二鱼三」一 一 式中 , 、 分别 为两种介质的密度 、 分别为两种介质的声速 于是 , 声波透过 由两种均匀介质所组成 的复合结构 时 , 透过波的振幅为 一 。 一 ‘ ‘ , · 一 式 中 , 、 分别 为两种介质 的衰减系 数 、 分别 为两种介质的厚度 如两种介质用胶粘合 , 则还需考虑胶的 衰减和胶所造成的界面反射 。 材料 一 对声 的散射 、 吸收以 及界面反射等 都造成了声 的衰减 , 此外材料的不均匀性如 密度 、 固化程度 、 增强剂的 比例与取 向以及 宏观缺陷如分层 、 裂纹 、 疏松 、 脱粘等都是 影响衰减的因素 。 可以根据衰减的大小来检 查宏观缺陷及定性地 评定材料的不均匀性 。 通常分贝衰减按输入输出能量 比的对数来定 义 , 于是可得出下式 无缺陷处试样衰减 根据衰减的相对变化来探伤 。 二 超声波脉冲多次反射包络线法 这是通常的超声波反射法的一种特殊运 用 , 这种方法利用多次反射来扩大 厉波和界 面反射波的差别 , 当超声波在两种介质的界 面发生多次反射时 , 第 次反射波的振幅 式 中 界面反射系数 反射次数 在粘上的界面 , 如玻璃钢 胶 铝的界面 , 反射系数 、 , 随 的增大很 快趋 近 于零 。 在脱粘处 空隙仿 , 、 , 近似为常数 。 粘上处与脱粘处振幅的差别随 的增大而成指数扩大 。 当探头 置于铝 板一 侧时 , 铝板对超声的哀减很小 , 可以获得很多 次反 射 ,