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由于彈性膠黏劑具有良好的防腐密封性，還具有隔熱、降噪、減震等功能，越來越多的軌道車輛部位用其代替?zhèn)鹘y(tǒng)連接方式，金屬與非金屬的粘接占有相當(dāng)?shù)谋壤?，黏接結(jié)構(gòu)在如高速動車組車窗等各方面都有廣泛應(yīng)用。

 

目前針對黏接結(jié)構(gòu)的無損檢測方法包括紅外熱波法、激光散斑、超聲、太赫茲、射線等，但大多數(shù)檢測方法都不適合現(xiàn)車檢測，超聲檢測技術(shù)穿透能力強(qiáng)、靈敏度高、檢測成本低，適用于現(xiàn)場檢測。相對于常規(guī)超聲等技術(shù)，視頻超聲技術(shù)檢測效果更加直觀、缺陷識別更加容易，因此選用視頻超聲檢測技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究。

 

1、試樣制備與試驗(yàn)方法

 

根據(jù)動車組車窗黏接結(jié)構(gòu)制作了玻璃-聚氨酯-鋁板結(jié)構(gòu)的試樣（編號1），試樣規(guī)格為320 mm×300 mm×20 mm，采用聚氨酯膠粘劑，最上層為玻璃，中間為聚氨酯膠黏劑，最下層為鋁板。黏接工藝過程為清潔-活化-底涂-涂膠，圖1為試樣實(shí)物及其自聚焦相控陣水浸檢測圖像。

 

(a) 試樣實(shí)物

 

(b) 檢測圖像

 

圖1 試樣1實(shí)物與自聚焦相控陣水浸檢測圖像

 

如圖2所示，制作了鋁板-聚氨酯黏接試樣和玻璃-聚氨酯黏接試樣（編號2～6），并設(shè)置了黏接良好、全部脫黏、局部脫黏等膠接狀態(tài)。

 

 

 

圖2 鋁板-聚氨酯黏接試樣和玻璃-聚氨酯黏接試樣

 

如圖3所示，采用Dolphicam2視頻超聲設(shè)備，針對玻璃-膠-鋁板這種黏接結(jié)構(gòu)，探頭頻率的選擇對于缺陷的檢出特別重要，從玻璃側(cè)對黏接結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測時選用頻率為0.7 MHz的探頭，從鋁板側(cè)對黏接結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測時選用頻率為3.5 MHz的探頭。

 

圖3 視頻超聲儀器和探頭實(shí)物

 

視頻超聲技術(shù)是一種基于平面陣多晶元超聲實(shí)時成像原理，多陣元同時工作和采集圖像，包括A、B、C、D等多種顯示模式，可以直接進(jìn)行C掃描成像并實(shí)時采集厚度信息。

 

相較于常規(guī)超聲技術(shù)，該視頻超聲技術(shù)的檢測面積大、成像效果精細(xì)、可測量直徑和面積、分辨率高；相較于相控陣技術(shù)，其具有更簡單的參數(shù)設(shè)置和更高的分辨率；相較于滾輪線掃描相控陣技術(shù)，其具有靈活的操作和細(xì)節(jié)的成像效果。

 

視頻超聲技術(shù)既可以檢測玻璃和膠黏接，也可穿透膠層檢測下層鋁板和膠的黏接質(zhì)量，即檢測出黏接不連續(xù)。

 

根據(jù)玻璃和聚氨酯的聲速與聲阻抗數(shù)據(jù)，同一檢測條件下選用頻率為0.7 MHz的探頭從玻璃側(cè)實(shí)施檢測，用刀片切開試樣1下層鋁板與膠黏接以模仿脫黏缺陷，其視頻超聲檢測結(jié)果如圖4所示，可見該技術(shù)能正確檢出該缺陷。

 

 

圖4 試樣1正常膠層和脫黏缺陷的視頻超聲檢測結(jié)果

 

2、試驗(yàn)結(jié)果與討論

 

1、以玻璃側(cè)作為檢測面

 

帶涂層玻璃和膠黏接試樣2的檢測

 

用水作耦合劑，采用頻率為0.7 MHz的探頭從玻璃側(cè)對帶涂層玻璃和膠黏接試樣2實(shí)施檢測，檢測結(jié)果顯示膠條四周及下部黏接顯示良好、膠條上側(cè)中間無黏接顯示。

 

對圖像顯示粘接不好的試樣部位破壞后進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)實(shí)物狀態(tài)與檢測結(jié)果一致（圖5），由試驗(yàn)結(jié)果還可看出涂層對視頻超聲檢測結(jié)果影響不大。

 

 

 

圖5 試樣2缺陷的視頻超聲檢測結(jié)果與實(shí)物對比

 

帶涂層玻璃和膠黏接試樣3的檢測

 

用水作耦合劑，采用頻率為0.7 MHz的探頭從玻璃側(cè)對帶涂層玻璃和膠黏接試樣3實(shí)施檢測，檢測結(jié)果顯示膠條上側(cè)有一處橢圓形脫黏，膠條其余部位黏接正常，試驗(yàn)結(jié)果還表明涂層對視頻超聲檢測結(jié)果影響不大。

 

對存在缺陷的試樣部位破壞后進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)實(shí)物狀態(tài)與檢測結(jié)果一致（圖6）。

圖6 試樣3缺陷的視頻超聲檢測結(jié)果與實(shí)物對比

 

2、以鋁板側(cè)作為檢測面

 

無涂層鋁板和膠黏接試樣4的檢測

 

用水作耦合劑，采用頻率為3.5 MHz的探頭從鋁板側(cè)對無涂層鋁板和膠黏接試樣4實(shí)施檢測，探頭在鋁板側(cè)盲掃檢測，找到膠條位置，儀器設(shè)置為膠條黏接良好時顯示黑色。

 

檢測結(jié)果為試樣4膠條僅有極少量黑色顯示，黏接質(zhì)量差；實(shí)物破壞過程中膠條很容易撕掉，破壞后質(zhì)量狀態(tài)與檢測結(jié)果一致，其視頻超聲檢測結(jié)果與實(shí)物對比如圖7所示。

 

 

圖7 試樣4的視頻超聲檢測結(jié)果與實(shí)物對比

 

無涂層鋁板和膠黏接試樣5的檢測

 

用水作耦合劑，采用頻率為3.5 MHz的探頭從鋁板側(cè)對無涂層鋁板和膠黏接試樣5實(shí)施檢測，檢測結(jié)果為膠條顯示黑色，黏接正常，實(shí)物破壞后狀態(tài)與檢測結(jié)果一致，其視頻超聲檢測結(jié)果與實(shí)物對比如圖8所示。

 

 

圖8 試樣5的視頻超聲檢測結(jié)果與實(shí)物對比

 

帶涂層鋁板和膠黏接試樣6的檢測

 

用水作耦合劑，采用頻率為3.5 MHz的探頭從鋁板側(cè)對帶涂層鋁板和膠黏接試樣5實(shí)施檢測。檢測結(jié)果為膠條顯示黑色（清晰），黏接良好，且試驗(yàn)結(jié)果表明涂層對檢測結(jié)果影響不大。實(shí)物破壞困難，破壞后狀態(tài)與檢測結(jié)果一致，其視頻超聲檢測結(jié)果與實(shí)物對比如圖9所示。

 

 

 

圖9 試樣6的視頻超聲檢測結(jié)果與實(shí)物對比

 

鋁板-膠-玻璃黏接試樣1的檢測

 

用水作耦合劑，將試樣1翻轉(zhuǎn)過來，采用頻率為3.5 MHz的探頭從鋁板側(cè)實(shí)施檢測，用刀片切開下層玻璃與膠黏接以模仿脫黏缺陷。

 

其檢測結(jié)果顯示不清晰，表明該方法能檢測上層鋁板和膠黏接的狀況，但超聲波穿透膠層檢測下層玻璃和膠的黏接質(zhì)量較為困難，其視頻超聲檢測結(jié)果與實(shí)物對比如圖10所示。 

 

 

圖10 從鋁板側(cè)對試樣下層缺陷的視頻超聲檢測結(jié)果

 

3、實(shí)物黏接檢測

 

已拆解的車窗

 

對已拆解的車窗，采用視頻超聲技術(shù)檢測其黏接狀況。采用頻率0.7 MHz的探頭從玻璃側(cè)實(shí)施檢測，車窗側(cè)面黏接良好區(qū)域和黏接不好區(qū)域的檢測結(jié)果如圖11所示，且破壞后實(shí)物狀態(tài)與視頻超聲檢測結(jié)果一致。

 

圖11 已拆解車窗黏接的視頻超聲檢測結(jié)果

 

現(xiàn)車車窗 

 

對現(xiàn)車車窗，采用視頻超聲技術(shù)檢測其黏接狀況。采用頻率為0.7 MHz的探頭從玻璃側(cè)實(shí)施檢測（因鋁板側(cè)遮擋）, 車窗側(cè)面黏接良好區(qū)域和黏接一般區(qū)域的檢測結(jié)果如圖12所示。

 

(a) 黏接良好

 

(b) 黏接一般

圖12 現(xiàn)車車窗黏接的視頻超聲檢測結(jié)果

 

3、小結(jié)

 

(1) 不同規(guī)格黏接試樣和現(xiàn)場實(shí)物的檢測結(jié)果表明，視頻超聲波檢測技術(shù)可以判斷金屬與非金屬黏接質(zhì)量；同時對比了超聲波相控陣技術(shù)的檢測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)盡管超聲波相控陣檢測技術(shù)也能看到波幅的變化，但其檢測效果不如視頻超聲技術(shù)的直觀。

 

(2) 采用視頻超聲頻率為0.7 MHz的探頭從玻璃側(cè)檢測，超聲波既可以檢測上層玻璃和膠黏接，也可穿透膠層檢測底層鋁板和膠的黏接質(zhì)量；采用視頻超聲頻率為3.5 MHz的探頭從鋁板側(cè)檢測，能檢測上層鋁板和膠黏接，但是超聲波穿透膠層檢測底層玻璃和膠的黏接質(zhì)量比較困難。

 

結(jié)語

 

近年來，黏接技術(shù)發(fā)展迅速，其在軌道車輛中的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)展，其中金屬與非金屬的黏接占有相當(dāng)?shù)谋壤?，迫切需要合適的技術(shù)對現(xiàn)車黏接狀態(tài)和黏接強(qiáng)度進(jìn)行無損檢測。

 

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，視頻超聲波檢測技術(shù)可以判斷金屬與非金屬黏接質(zhì)量，且具有顯示直觀、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于軌道車輛金屬與非金屬黏接檢測是一種行之有效的辦法。

 

作者：田勐1，王瑞卓1，王麗萍1，王卓1，宋怡2，尚繼輝3，呂延達(dá)4，姚暉5，蔣建生6，徐國珍3

 

工作單位：1. 中車長春軌道客車股份有限公司

 

2. 上海展圖機(jī)電有限公司

 

3. 航天智造（上海）科技有限責(zé)任公司

 

4. 上?？臻g推進(jìn)研究所

 

5. 上海航天動力技術(shù)研究所

 

6. 上海材料研究所有限公司

 

來源：《2023中國無損檢測年度報(bào)告》