利用谐振法测试粘接结构时,用宽频或扫频信号激发声波,探头从一侧靠近试样即可。该方法基于材料有效厚度等于半波长的整数倍时形成驻波的原理进行检测。试验材料的有效厚度与共振频率成反比。
通过测量压电晶体换能器的负载效应能够反映频率响应,这一效应可用传播线理论进行分析。谐振测试法检测未粘接是建立在粘接区与未粘接区的特性差异基础上的。一个未粘接好的材料将比粘接结构的响应频率有更高的共振频率。被检测材料作为终端或负载,会对换能器的电阻和谐振频率造成影响。可以将粘接质量好的区域的检测数据用作参考,来探测粘接不良的区域或位置。
1.多层结构中脱粘区深度的定位
在工业生产中时常需要在多层结构中查找脱粘区的深度。如图10-16所示,如果材料结构满足在其相对的两个面上放置探头,实施透射法检测,那么很容易探测到脱粘区的存在。但是确定脱粘区的深度就不那么容易了。通常由于构件第一层中会产生多重回波,因而采用脉冲回波技术难以达到目的。对于某些类型的结构,可以利用谐振检测技术确定脱粘区深度。
假定图10-16中在构件某一未知深度存在脱粘区,基本的想法是设法使检测表面和脱粘区之间形成谐振。或者说将声波导入多层粘接构件中,形成连续波或准连续波,且恰好在脱粘区的上面入射到多层介质,超声波在每一层交界处会出现幅度和相位的变化,直到它到达脱粘区为止。脱粘区在声频下相当于一个类似镜面反射器,则声波的“反射”波沿着同一路径返回,最后离开前表面。倘若条件有利,就会在特定的频率下建立起谐振状态,它正好是脱粘区前面的这组叠层的特征。如果这一谐振频率对这组叠层是单值的,就不难确定脱粘部位的深度了。因此有式中,Zn为第n层的声阻抗;λn 为在第n层内的波长;dn为第n层的厚度;Zin为入射到多层结构上的声波的输入阻抗。
多层粘接结构可以作为单层结构进行计算,只不过现在要以入射波的频率作为横坐标。为简便起见,在图10-17中只以对数坐标画出了限定频率范围内的幅度。该曲线并没有把各层的衰减考虑进去。实际情况是,激励较高阶谐振的可能性极小,只有650kHz~1.08MHz这种较低阶谐振频率才有意义。
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