粘接结构的超声检测技术及其进展

　　粘接结构由于具有比强度、比模量高，抗疲劳和减震性能优越等特点，已经在航空、航天和军工领域被广泛使用。但是在粘接过程中由于粘接工艺等原因可能产生如粘接不良、气孔、局部脱粘等缺陷，这些粘接缺陷严重影响了粘接结构的完整性[1]。

　　目前，超声检测已经成为粘接结构无损检测应用最为广泛的技术之一。而解决粘接质量检测问题的关键在于超声特征信号的检出及信号的分析与处理。现在，除了传统的超声检测方法和信号分析与处理技术外，许多新的超声检测方法与现代信号处理技术被越来越多的运用到了粘接结构特别是多层金属-非金属粘接结构粘接质量的无损检测与评价中。于多层金属-金属粘接结构的无损检测与评价技术研究正逐步开展起来。

　　1 超声检测方法

　　目前，粘接结构的无损检测已经成为国内外研究的重点。普遍认为，对于缺陷的存在对结构刚度影响不明显的粘接结构件，超声检测是一种行之有效的方法[2,3]。为了适应不同的试件检测需求，可选用的检测波形分为纵波、横波、瑞利波及 Lamb 波等。用于检测多层粘接结构的超声检测手段主要包括超声脉冲回波法、板波诱发波、聚焦探头双模式检测法及漏隙 Lamb 法等。

　　1.1 脉冲回波法

　　这种方法对于金属-非金属粘接质量的检测十分有效。如图 1 所示的物理模型，采用水作耦合剂，1 层钢及 3 层橡胶粘接结构。由于橡胶层与粘接剂之间的声阻抗差异很小，超声信号在粘接界面反射损失较小，超声探头能够接收到较强的特征信号，有利于清晰的获得反映粘接质量的特征信息。但是由于超声波在橡胶层中的衰减较大，因此，这种方法不宜采用中心频率过高的超声探头。

　　1.2 板波诱发波法

　　板波在薄板(板厚度约为几个波长)中传播，由横波和纵波组成，因此，质点的振动也由两个方向的振动合成。板波传播的过程中，其中的横波将部分声波以纵波的形式透射入到第一层介质中，如图 2 所示，该纵波遇到新的不连续界面，按照 Snell定律反射、折射，这种纵波就是板波诱发波。板波诱发波经介质不连续界面反射和折射又回到板中，形成与原板波同模式的新板波[4]。这种检测方法的优点在于新板波的数量直接反映粘接层数;如果某一界面脱粘，板波就会发生全反射，该层面的新板波就不会形成。同时由于原板波、各种新板波传播路径不同，到达接收探头的时间不同，这使得各板波在时域上可以分开，存在的时间差能够充分的反映各粘接层的厚度信息。

　　1.3 聚焦探头双模式检测法