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超声波检测技术在塑料中的应用

2016-08-15 09:56:47 三木科仪 WWW.SANMUKEYI.COM 点击数:

超声波检测技术在塑料中的应用

一、塑料的声学特性

塑料的声速一般在1400^-3000米/秒之间,如下所列。各种塑料的声速、密度和声阻抗之间的关系表:

材料名称 纵波速度(米/秒)  密度(克/cm³) 声阻抗(克/厘米²秒)
树脂 1420 1.32 0.18×10^6
聚四氟乙烯  1450 2.17 0.31×10^6
聚乙烯  2160 0.92 0.17×10^6
聚苯乙烯  2450 1.05 0.24×10^6
尼龙6-6 2620 1.11 0.39×10^6
烯酸树脂  2760 1.18 0.32×10^6
酚醛树脂 3400 1.40 0.36×10^6

超声波在硬塑料及没有填充物的塑料中衰减相对来讲比较小,如烯酸树脂(塑胶玻璃),铸型树脂、聚苯乙烯、聚酰胺及聚四氟乙烯等;而在软塑料中的衰减最大,如聚乙烯、聚异丁烯等。在各种增强塑料、玻璃钢和树脂陶瓷合成物等中,超声波的衰减也较大。超声波的衰减还随频率的升高而增大。图一所示为几种塑料的衰减曲线。塑料的声速和衰减往往与塑料的某些重要牲能有关,因此通过声速或衰减的测量就可测出这些性能。一般来说,塑料强度与超声波传播速度成正比,与衰减成反比,如图二所示。

塑料的弹性、均匀性和含湿量等都可用超声波探伤仪来测定。弹性模量可从测得的声速和密度来计算。均匀性可凭同一材料,在各处测得的声速或衰减是否相同来衡量。当一种塑料的含湿量改变时,其声速和衰减都随着发生变化,只要事先对这种塑料作好标准曲线,就能用以测定.塑料的含湿量。

 衰减技术往往采用简易的多次脉冲反射法,即将探头置于塑料块上,观察其底波的反射次数,次数愈多,表示衰减愈小,采用这种方法必须保持探头和试块之间有恒定不变的声祸合,否则测得数据的重复性差。

二、塑料中缺陷的探测

塑料中的主要缺陷有气孔、夹杂、分层、粘合不良等。用超声波探测缺陷时,因横波衰减大,一般采用纵波,探测频率常用0.5~1兆赫,当塑料衰减很小或测试厚度较薄时,也可用2~5兆赫。一般多用脉冲反射法探测。

       探测塑料半成品的气泡时(如聚酞胺、聚四氟乙烯等塑料棒),直径在100毫米以上的,频率可用1~2兆赫,以机油或水作藕合剂,用接触法探测。对于塑料(如聚四氟乙烯)管壁的气泡,频率可用1兆赫,用聚焦探头倾斜入射以液浸法探测。对塑料板中分层缺陷和焊缝中缺陷的探测方法,基本与探测金属相同。火箭发动机的固体燃料合成物及炸药中裂纹,一般用低频率(如250千赫)液浸穿透法探测。超声波除了能探测塑料固体燃料外,火箭及宇宙工程中的塑料也可探测。

三、 粘接强度的测量

不少工业部门在需用轻质坚固的材料时,往往采用玻璃钢和其他材料的多层粘接结构或蜂窝式粘接结构等。对于这些结构,不仅可用超声方法定性地探测缺陷,往往还可定量地测定粘接强度。

利用阻抗法测量粘接强度。当换能器是空载时,换能器将在两个固定的共振频率处分别出现阻抗最大值和最小值。如换能器藕合到被测构件的表面上,则在换能器之下的那一部分构件对于换能器的作用是提供了一个声阻抗(相当于在换能器等效电路的串联支路上添加了一个阻抗)。构件中的粘接处有不同的粘接强度时,这声阻抗中的阻抗的部分就有明显的变化。换能器将在与原来不同的频率上出现阻抗的极值。逐渐改变施加到换能器上的交变电流的频率(或采用扫频电路)时,就能测得出现阻抗极值时的共振频率。

该共振频率值将随枯接强度而变,如果对某些材料的某种粘接结构事先作好粘接强度和共振频率之间的定标曲线,那么在实测时就可利用这些曲线,从测得的共振频率求出构件等处的粘接强度。

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