钢/橡胶胶接结构中脱粘缺陷的Lamb波定量检测

　　1　问题的提出

　　胶接结构是一种常见的结构连接形式,广泛地应用于航空、航天等工业领域。胶接结构粘结质量的无损检测一直受到人们的关注。脱粘是此类结构中最常见的危害性缺陷。目前常见的脱粘无损检测方法有谐振法、超声法、声发射和电子剪切成像法等[1-2]。和上述方法相比,Lamb波检测是一种特别适合薄壁结构且效率较高的检测技术[3-4],因此对于大面积薄板胶接结构,可考虑用Lamb波进行检测。笔者利用Lamb波对钢/橡胶胶接结构的脱粘缺陷进行了检测试验,并尝试用-3 dB法对脱粘缺

　　2.2　试验设备

　　试验设备采用北京航空制造工程研究所研发的MUT-1型数字式超声检测仪,采样频率50 MHz。

　　向,从粘好区向脱粘区移动探头,使扫查移动距离覆盖整个缺陷在x方向的尺寸。在扫查过程中,记录每一扫查位置对应的时域波形,并求出波形最大幅值。最后,以扫查声束轴线位置为横坐标,以相应位置处波形幅值为纵坐标,将各点用直线连接起来,得到幅值随扫查位置的变化图。

　　3　试验结果与分析

　　3.1　试验结果

　　试验采用S0和A0两种模式的Lamb波,分别对24 mm和10 mm脱粘缺陷进行了检测。

　　3.1.1　S0模式检测结果

　　试验中保持发射探头与接收探头之间的距离为50 mm。根据式(1)确定探头角度为60°,此时在钢板中激发出S0模式Lamb波。对于24 mm脱粘缺陷,粘好区和脱粘区典型的时域波形如图3所示。对10 mm脱粘缺陷,时域波形与图3类似。

　　图4为用S0模式检测24 mm和10 mm脱粘缺陷时,时域波形幅值随扫查位置的变化。图中对幅值作了归一化处理,使最大幅值为80%。

　　3.1.2　A0模式检测结果

　　保持发射和接收探头之间距离50 mm不变。根据式(1)调整探头角度至69°,此时在钢板内激发出A0模式Lamb波。对于24 mm脱粘缺陷,粘好区和脱粘区典型的时域波形如图5所示。对10 mm脱粘缺陷,时域波形与图5类似。

　　24 mm脱粘缺陷的典型时域波形同样,也可作出用A0模式检测24 mm和10 mm脱粘缺陷时,时域波形幅值随扫查位置的变化图(图6)。

　　3.2　试验结果与误差分析

　　3.2.1　试验结果分析

　　从图3和图5可以看出,无论是用S0模式还是

　　A0模式检测,时域波形幅值在脱粘区都比在粘好区高。其原因是,对于钢板/橡胶粘接结构,在完全粘好的情况下,钢板中传播的Lamb波会有一部分泄漏到橡胶层中,从而引起钢板内Lamb波的衰减,表现在时域波形上就是幅值降低。若在Lamb波传播途径上有脱粘区域存在,那么在同样的传播距离上,泄漏到橡胶层中的Lamb波要少一些,即钢板中Lamb波会衰减得少些,因此时域波形幅值在脱粘区要比在粘好区高。当Lamb波以相同的传播距离,依次扫过粘好区、脱粘区、粘好区时,时域波形的幅值会随扫查位置的不同发生起伏变化(图4)。由于试样中圆形脱粘缺陷是关于圆心对称的,因此“幅值-位置”变化曲线关于圆心基本上也是对称的。