粘結(jié)結(jié)構(gòu)界面缺陷超聲檢測技術(shù)及其應(yīng)用研究.pdf

1、粘結(jié)結(jié)構(gòu)以其優(yōu)越的性能而廣泛應(yīng)用于化工、航空航天及食品等各領(lǐng)域，但在其制造和使用過程中常常會出現(xiàn)界面缺陷，如粘結(jié)不良、氣孔等現(xiàn)象，這些缺陷的存在將會影響材料使用的可靠性，在使用過程中由于界面缺陷的存在而造成的災(zāi)難性事故時有發(fā)生。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和使用安全，對粘結(jié)結(jié)構(gòu)界面質(zhì)量的檢測是十分有意義的。
　　 超聲脈沖回波法以缺陷定位準確、適用范圍廣、操作方便等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于無損檢測。采用脈沖回波法對粘結(jié)結(jié)構(gòu)的界面特性進行檢測分析時，由

2、于超聲波在各層介質(zhì)之間發(fā)生多次反射和透射，不易分辨出各界面的回波。目前，盡管采用多種的信號處理方法用來解決該問題，但相對來說，處理方法比較復(fù)雜、繁瑣，而且往往有時候不能得到滿意的結(jié)果。尤其對于厚度較?。ㄉ踔劣趲装傥⒚椎暮穸龋┑恼辰Y(jié)結(jié)構(gòu)界面質(zhì)量的檢測問題，缺陷特征信號的提取變得非常棘手。目前，國內(nèi)有關(guān)這方面的研究相對缺乏。針對此問題，本文以兩類厚度較小的粘結(jié)結(jié)構(gòu)為研究對象，一類是軟包裝熱封試件，另一類是粘接結(jié)構(gòu)件，基于超聲脈沖回波技術(shù)，提

3、出一種基于超聲背散射回波包絡(luò)積分成像法的粘結(jié)結(jié)構(gòu)界面缺陷檢測方法，該方法將各界面回波作為一個總能量來考慮，通過有無缺陷時總能量的差異來判斷缺陷的存在于否，該方法簡單，快捷，不需要進行繁瑣的信號處理，克服了由于試件厚度較小，常規(guī)的換能器難以分辨界面信號的局限性，為國內(nèi)評價粘接材料界面質(zhì)量性能提供了有效的實驗手段和技術(shù)支持。主要工作如下：
　　 (1)粘結(jié)結(jié)構(gòu)界面缺陷超聲檢測系統(tǒng)設(shè)計
　　 配合已有的硬件系統(tǒng)，開發(fā)設(shè)計了一套

4、完整的粘結(jié)結(jié)構(gòu)界面缺陷檢測的軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)采用模塊化思想進行設(shè)計，實現(xiàn)了檢測過程的自動掃描、數(shù)據(jù)實時采集、實時顯示、在線處理以及存儲等功能；試驗結(jié)果表明，所獲得的背散射回波信號波形清晰，信噪比較大，滿足檢測要求，為進一步的粘結(jié)結(jié)構(gòu)界面缺陷檢測的試驗研究提供了可靠保證。
　　 (2)粘結(jié)結(jié)構(gòu)界面缺陷定性研究
　　 基于超聲背散射回波包絡(luò)積分成像方法（簡稱BEEI成像方法），采用中心頻率為22.66MHz,-6dB橫向分

5、辨率為315μm的水浸式點聚焦傳感器，對兩類粘結(jié)結(jié)構(gòu)界面缺陷，一類是軟包裝（聚乙烯膜）熱封封口處50～150μm的通道型泄漏缺陷、夾雜缺陷；另一類是粘接試件中粘接界面出現(xiàn)的夾雜缺陷、氣泡等進行檢測；同時，以軟包裝熱封封口處缺陷為研究對象，分析了成像矩陣中BEEI值的變異系數(shù)以及垂直于熱封方向和平行于熱封方向上BEEI值的變化趨勢。試驗結(jié)果表明，利用超聲BEEI成像方法實現(xiàn)粘結(jié)結(jié)構(gòu)界面缺陷檢測是可行的，由于受傳感器橫向分辨率的影響，利用B

6、EEI方法所測得缺陷尺寸比缺陷實際尺寸偏大；當(dāng)成像矩陣中BEEI值的變異系數(shù)小于4％時，整個成像矩陣中BEEI值的離散程度較??；缺陷區(qū)的BEEI均值高于背景區(qū)的BEEI均值約30～40％。
　　 (3)粘結(jié)結(jié)構(gòu)界面缺陷量化分析研究
　　 以軟包裝熱封試樣為研究對象，研究了掃描步長對BEEI圖像質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，沿著熱封長度方向，隨著掃描步長的增大，圖像質(zhì)量明顯下降，合理掃描步長是小于傳感器-6dB的橫向分辨率；并在合

7、理掃描步長的基礎(chǔ)上，通過詳細分析不同尺寸范圍內(nèi)的缺陷尺寸與超聲檢測結(jié)果兩者間的關(guān)系，從量值上評估了傳感器橫向分辨率對超聲檢測結(jié)果的影響大小。研究結(jié)果表明，缺陷的實際尺寸可近似為傳感器-6dB的橫向分辨率與超聲檢測結(jié)果二者的差值。
　　 (4)粘結(jié)結(jié)構(gòu)界面缺陷檢測機理研究
　　 超聲背散射回波成像方法可以實現(xiàn)軟包裝熱封后封口處微缺陷的檢測，檢出的最小缺陷達到52μm。鑒于考慮系統(tǒng)噪聲和粘結(jié)結(jié)構(gòu)的多層界面反射，如此微小的缺陷

8、引起的背散射能量較小，加之試件本身厚度較小，微缺陷引起的回波會淹沒在試件的上、下表面回波中，不能清晰地分辨出來，進而不能判斷缺陷的存在與否。但在實際檢測中，這些微缺陷能通過這種方法檢測到。針對此問題，以兩層聚乙烯膜熱封封口處的微缺陷為研究對象，從聲阻抗重建理論、ANSYS有限元熱分析數(shù)值模擬以及缺陷截面掃描試驗三個方面對其超聲檢測機理進行了深入的分析研究。結(jié)果表明，超聲BEEI成像方法之所以能檢測到微缺陷的存在，主要是因為缺陷周圍區(qū)域由