超声波检测技术在塑料中的应用

[2018-06-21]

超声波检测技术在塑料中的应用


超声(Ultrasonic)波检测(检查并测试)技术(technology)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。射线胶片是为X射线照相而设计的照相胶片。大致分为直接摄影用(增感屏型和无增感屏型)和间接摄影用胶片两类。 各种塑料的声速、密度(单位:g/cm3或kg/m3)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(fluorine)乙烯  1450 2.17 0.31×10^6 聚乙烯  2160 0.92 0.17×10^6 聚苯(化学式:C6H6) 乙烯  2450 1.05 0.24×10^6 尼龙(PA)6-6 2620 1.11 0.39×10^6 烯酸树脂  2760 1.18 0.32×10^6 酚醛(aldehyde)树脂 3400 1.40 0.36×10^6 
超声波在硬塑料(结构:合成(解释:由几个部分合并成一个整体)树脂(Resin)、增塑剂、稳定剂、色料)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(相关联事物:塑料)玻璃),铸型树脂、聚苯乙烯、聚酰胺(俗称:尼龙)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(cè liáng)就可测出这些性能。一般来说,塑料强度与超声波传播(spread)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(detector)来测定。超声波探伤仪是一种便携式工业无损探伤仪器,它能够快速、便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷(裂纹、疏松、气孔、夹杂等)的检测、定位、评估和诊断。既可以用于实验室,也可以用于工程现场。广泛应用在锅炉、压力容器、航天、航空、电力、石油、化工、海洋石油、管道、军工、船舶制造、汽车、机械制造、冶金、金属加工业、钢结构、铁路交通、核能电力、高校等行业。 弹性模量可从测得的声速和密度(单位:g/cm3或kg/m3)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(Curve),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(结构:合成树脂、增塑剂、稳定剂、色料)块上,观察(Observed)其底波的反射次数,次数愈多,表示衰减愈小,采用这种方法(method)必须(have to)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(repeat)性差。射线胶片是为X射线照相而设计的照相胶片。大致分为直接摄影用(增感屏型和无增感屏型)和间接摄影用胶片两类。 


  二、塑料中缺陷(defect)的探测

塑料中的主要缺陷(defect)有气孔、夹杂、分层、粘合不良等。用超声波(是一种频率高于20000赫兹的声波)探测缺陷时,因横波衰减(attenuation)大,一般采用纵波,探测频率(frequency)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(fluoroethylene)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(Probe)倾斜入射以液浸法探测。对塑料板中分层缺陷(defect)和焊缝中缺陷的探测方法(method),基本与探测金属(Metal)相同。火箭发动机(Engine)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(cè liáng)

不少工业(gōng yè)部门在需用轻质坚固的材料(Material)时,往往采用玻璃材质钢和其他材料的多层粘接结构或蜂窝式粘接结构等。暗室红灯可以保证射线胶片在切装和冲洗处理过程中不被感光的前提下提供暗室照明对于这些结构,不仅可用超声方法(method)定性地探测缺陷(defect),往往还可定量地测定粘接强度。

利用阻抗法测量(cè liáng)粘接强度(strength)。当换能器是空载时,换能器将在两个固定(fixed)的共振频率(frequency)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(Add to)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(Electron flow)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(strength)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(Curve),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。探伤剂是无损检测技术中最简便而又有效的一种常用检测用段,它对危及金属、非金属材料制件寿命和压力容器安全的危险缺陷——如焊接裂缝、疲劳裂缝、应力腐蚀裂缝、磨削裂缝、淬火裂缝等表面开口性缺陷的检测具有显示灵敏、结论迅速、重复性和直观性好的独特优点。   

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