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  • 金屬用膠粘劑粘接結構的無損檢測

    上一篇 / 下一篇  2010-06-10 14:34:35

      無損檢測亦稱非破壞性試驗。它是應用物理學原理,通過對比完好的粘接部分和缺陷部分在物理性能上的差異來推斷缺陷的形狀、大小、所在位置,并尋求某一物理性質的變化或缺陷程度與粘接強度間的關系以斷定粘接質量。目前無損傷檢驗已普通用于金屬探傷及金屬焊接質量的檢測,對于粘接件的無損檢測還不是很完善,其原因是粘接件由不同種材料粘接而成、這些材料(包括膠粘劑層)的密度、電性能、機械性能均不相同,因此給粘接件的無損檢測帶來了困難。目前對粘接件的無損檢測主要看重于膠層的界面缺陷與內聚強度。主要方法有聲學檢測如敲擊法、聲撞法、聲阻抗法、聲諧振法、超聲波法、聲發射法,熱學檢測如紅外線法、液晶檢測法,光學檢驗如目視檢測、射線照相法、全息照相干涉法以及其他檢測法等。

      (2):敲擊法

      敲擊法是最早使用的一種檢查方法。敲擊用的工具有木棒、尼龍棒、小錘等。試驗時,檢驗人員用一定質量的上述工具沿著膠線輕輕敲擊工件,憑經驗聽敲擊的聲音來判別缺陷是否存在并確定缺陷的大致位置。敲擊法簡單易行,白前仍在國內外普遍使用,尤其在對產品作初步檢查時具有一定的實用價值。但由于每次敲擊力大小不同,辨別聲音又完全依靠個人的經驗,影響了判定的準確性。

      (3):聲撞法

      聲撞法是使用打擊器以恒定的力敲擊工件表面,接收器則監聽打擊產生的聲音并被轉為電信號,經電子儀器處理,例如頻譜分析等,再將測得的結果和良好粘接或脫膠的頻譜進行對比,從而判定粘接的質量。這種方法比敲擊法的難確性大有提高,在國外已有多種聲撞擊檢測儀投向市場。

      (4):聲阻抗法

      各種材料均有其固有的機械阻抗,它同材料的尺寸、密度、彈性等性能及吸收彈性振動的程度等因素有關。當制件的厚度、密度和剛度增加,則機械阻抗也隨之增大,一旦有了缺陷,機械阻抗就立刻下降。聲阻抗法就是通過檢測粘接件表面機械阻抗的變化來判斷粘接件缺陷的一種方法。聲阻抗法的優點是能對粘接件進行單面檢查,而且換能器與被測件之間是于接觸,接觸的面積在0.01~0.5mm2的范圍內。由于傳感器是點接觸,所以能檢查各種形式的粘接接頭和大曲率表面的粘接件。缺點是蒙皮的厚度和密度增加時檢測靈敏度迅速降低,同時也不能用于由小彈性模量材料(例如泡沫塑料)制成的粘接件的檢測。

      聲諧振法

      聲諧振法的基本特點是用換能器來激勵被粘件振動,并將這種局部諧振與標準試件比較,進而判斷被測件各種類型的缺陷。在測定強度方面.該法所測量的超聲響應是迄今最靈敏員可靠的一種方法。屬于聲諧振法的檢測僅很多,如阿漢(Arvin)聲沖擊儀、NAA聲諧振器、桑迪凱特(Sondicator)儀、福克(Forkker)粘接檢測儀等,其中以福克粘接檢測儀應用最廣。福克儀的工作原理是借助超聲波向粘接接頭引入快速變化的剪切載荷或拉伸載荷,測出膠層對所加載的相應反應并測量此時所產生的應力。粘接強度性能的判斷,就是將儀器指示的應力值與試樣機械試驗所測得的應力值進行比較。根據大量試樣的試驗結果繪制實測的和儀器指示的剪切強度和拉伸強度的關系曲線。福克儀亦可檢驗粘接件內的裂紋和膠層,以及蜂窩夾芯脫膠、裂繼、搭接不良和壓癟等。但這種儀器的缺點是對膠粘劑與被粘件之間的界面狀態不敏感,故不能檢測被粘件與膠教劑之間由于界面粘附力不強所引起的粘接破壞。另外,對由于膠粘劑的配方不當、過固化、污染及固化不完全所引起的粘接強度下降的反應也不很靈敏;對多層粘接,不規則形狀、錐形的、逐漸變薄和外形劇變的粘接體,以及對表面非常租糙和形狀復雜的接頭進行定量檢驗也有困難。盡管如此。由于福克儀能給出定量的數據,而且又比其他設備易于操作,所以在國外應用很廣,國內也根據福克儀研制出粘接強度檢測儀。

      (5):超聲波法

      額率超過20kHz的聲波稱為超聲波,超聲波幾乎完全不能通過空氣和金屬接觸的界面,即當超聲波由空氣傳向金屬或由金后傳向空氣時,差不多99%披這種界面反射回去。當超聲波由發射探頭傳向金屬而遇到缺陷時,就被缺陷處的空氣與金屬界面反射回去,結果超聲波入射的一方就有聲波反射回來,而在缺陷的另一方由于不能透過超聲波,便會產生投射面積和缺陷相近似的“陰影”,利用這種現象可以發現缺陷。常用的有反射法與穿透法兩種。反射法需采用脈沖電流,將超聲波發射探頭和接收探頭合并在一起進行測定。當接合部位膠層內沒有缺陷,超聲波即從接合部位底面反射回來,在指示儀表上出現一個訊號。如果膠層內有缺陷,則一部分超聲波先被反射回來,出現的訊號要比從接合部位底面反射回來的訊號早,從而可以判定缺陷的存在。反射法的優點是能檢測多界面系統,較靈敏,并能快速檢驗和永久記錄,且在被檢件兩側探頭很容易同步。缺點是需流體偶合劑,對被檢件表面有光潔度要求。穿透法通常是將接合部位浸入水中進行測定。發射器連續發射超聲波,當膠層沒有缺陷,所發射的超聲波全部可以被接收器接收;如果膠層存在缺陷,超聲波就會被反射回去,而在缺陷的另一面,由于沒有透過超聲波,便會產生投影面積和缺陷相近的陰影,從而判

      定缺陷的存在。此方法的優點是對粘接結構缺陷檢測的靈敏度較高,易于自動化和永久性記錄。缺點是對多層結構的缺陷不能指出具體位于哪一層,且操作設備龐大,對于形狀較復雜的粘接件操作困難。

      (6):聲發射法

      聲發射是國外20世紀60年代發展起來的新技術,60年代后期用于粘接質量的檢測。聲發射現象是指材料在變形和破壞過程中往往伴有聲響,對這種聲響的監測,就能知道材料破壞的情況。利用電子技術接收和分析能對材料破壞進行檢測,聲發射的工作特性是動態的,例如對粘接件施加為破壞應力40%的低應力就會產生聲發射,這說明聲發射是工作破壞的前兆,因此利用電子技術接收和分析聲發射信號就能對粘接破壞進行動態檢測。美國在1974年已用于飛機粘接結構的動態監視。該方法的優點是操作簡便、迅速,可以查出低的粘接強度,大面積工作可一次檢查且設備小。缺點是需表面接觸,傳感器必須緊固在結構上,構件需加應力并難以辨別缺陷的性質,對蜂窩結構不易檢測遠側的缺陷。

      熱學檢測法

      熱學檢測法是利用熱傳導、熱擴散、熱容量變化與膠層的厚度和密度相關的事實,通過對粘接件加熱以檢測其吸熱或放熱的溫度變化判斷粘接質量。熱學檢測的方法主要用來檢測粘接結構近表面的缺陷,所以對面板的厚度有一定要求,面板太厚或面板的導熱系數太高均會影響檢切的靈敏度。常用的熱學檢測法有紅外線法、液晶法、發光涂層法等。

      (7) 紅外線法

      紅外線法是利用紅外線檢測儀檢測粘接件的溫度分布,檢測儀跟蹤移動熱源對被測件表面進行掃描,并將熱效應記錄下來(對于粘接件而言,脫膠部位與粘接完好處的溫度是不同的)。紅外線不需直接接觸被測件表面,靈敏度和自動化程度高,對溫度的分辨能力至少達0.2℃,缺陷較為直觀,易得到永久性記錄。試驗表明對于石墨或硼纖維等非金屬材料作蒙皮,鋁作蜂窩夾芯的粘接結構,以及鐵面板、鋁夾芯的粘接結構的檢測均能獲得較好的結果,對于復合材料的檢測也有好的適應能力,但對鋁質蜂窩結構的檢測較為困難。

      (8):液晶檢測法

      液檢測法是使用一個熱源(如碘鎢燈)對粘接件進行均勻加熱,由于粘接件表頑已預先涂有一層液晶,因此如果有粘接缺陷存在,則缺陷處的密度、比熱容和導熱性能與粘接完好處就不一樣,從而導致熱傳導的不均勻,反映到粘接件的表面便產生表面溫度的差異,依靠這種溫度的微小變化便能判別粘接質量的好壞。液晶法的優點是操作簡便迅速,檢測缺陷自觀可靠,也可在現場使用。缺點是價格較貴,不宜久藏,大面積粘接檢測時間較長,同時檢測時需與被測件表面接觸,對檢測表面也有一定的厚度要求,從而使其應用范圍受到限制。

      (9):目視檢測法

      目視檢測法是利用在可見光線下用由眼或放大鏡對粘接成品外表進行檢查。檢查時必須注意由固化壓力所形成的余膠流痕的性質,整個粘接面沿膠線的余膠流痕是均勻的則表明粘接良好,忽多忽少或有間斷現象表明加壓不均勻或粘接面配合不良,在無余膠處可能脫膠。在查看外表時,若沿膠線能見到接頭的端面,則應能發現延伸到粘接接頭端面的局部脫膠現象。它是一種早期的方法,可靠性差,采用此法只能發現一些表面的缺陷。

      (10):射線照相法

      射線照相法是利用X射線和Y射線進行遠視拍片的方法,通過膠層密度的變化判斷粘接質量。也可利用中子射線照相技術,但價格昂貴。用X射線檢查粘接件要比檢驗金屬的傷痕困難,因為膠層的密度比金屬低得多,當射線穿過它時強度將減弱。為提高檢測效果,往往向膠粘劑中摻入一些金屬粉末作填充劑(如氧化、氧化鋁等),但加入金屬填料不應影響膠粘劑的性能)以增強粘接良好處對x射線的吸收,便于粘接缺陷被檢測出來。在此情況下,采用此法甚至能檢查出很小的氣泡。x射線法主要用于各種蜂窩粘接結構的質量檢查,如水的浸入、氣泡及空穴等。

      (11):全息照相干涉法

      如果把物體反射的光波同另一個與之相干的光波在照相底片上發生干涉,那么在照相片亡就會產生反映相位的干涉條紋(干涉條紋的形狀和間距完全取決于相位),這樣的照相便能記錄光波的全部信息,故稱為全息照相。應用全息照相技術對粘接結構進行無損檢測是通過對被測件加熱或施加應力及聲振動等,使被測件表面發生至少0.002mm的位移,被測件由于內部缺陷產生表面變形造成全息干涉圖形的畸變,觀察干涉圖形便能判斷缺陷是否存在。實驗證明全息干涉法檢驗薄蒙皮和輕質量蜂窩芯子之間的粘接是非常適用的。光學全息照相不要求測試儀器與被測件表面接觸,不要求偶合劑,靈敏度高,速度快(10m2/min),由于超聲波能在不透明物體小傳播,而且能量集小,方向性好,因此更有利于粘接件內部缺陷的檢測,另外該法對物體表面的變形和位移極為敏感,故要求排除外來機械或聲學方面的干擾,必須采取專門的隔離措施。全息照相除利用激光技術外,還有扭聲波、紅外線、X射線、微波等技術。


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