超聲波檢測技術在塑料中的應用

超聲波檢測技術在塑料中的應用

一、塑料的聲學特性

塑料的聲速一般在1400^-3000米/秒之間，如下所列。各種塑料的聲速、密度和聲阻抗之間的關係表：

超聲波在硬塑料及沒有填充物的塑料中衰減相對來講比較小，如烯酸樹脂(塑膠玻璃)，鑄型樹脂、聚苯乙烯、聚酰胺及聚四氟乙烯等;而在軟塑料中的衰減最大，如聚乙烯、聚異丁烯等。在各種增強塑料、玻璃鋼和樹脂陶瓷合成物等中，超聲波的衰減也較大。超聲波的衰減還隨頻率的升高而增大。圖一所示為幾種塑料的衰減曲線。塑料的聲速和衰減往往與塑料的某些重要牲能有關，因此通過聲速或衰減的測量就可測出這些性能。一般來說，塑料強度與超聲波傳播速度成正比，與衰減成反比，如圖二所示。

塑料的彈性、均勻性和含濕量等都可用超聲波探傷儀來測定。彈性模量可從測得的聲速和密度來計算。均勻性可憑同一材料，在各處測得的聲速或衰減是否相同來衡量。當一種塑料的含濕量改變時，其聲速和衰減都隨著發生變化，隻要事先對這種塑料作好標準曲線，就能用以測定.塑料的含濕量。

 衰減技術往往采用簡易的多次脈衝反射法，即將探頭置於塑料塊上，觀察其底波的反射次數，次數愈多，表示衰減愈小，采用這種方法必須保持探頭和試塊之間有恒定不變的聲禍合，否則測得數據的重複性差。

二、塑料中缺陷的探測

塑料中的主要缺陷有氣孔、夾雜、分層、粘合不良等。用超聲波探測缺陷時，因橫波衰減大，一般采用縱波，探測頻率常用0.5~1兆赫，當塑料衰減很小或測試厚度較薄時，也可用2~5兆赫。一般多用脈衝反射法探測。

       探測塑料半成品的氣泡時(如聚酞胺、聚四氟乙烯等塑料棒)，直徑在100毫米以上的，頻率可用1~2兆赫，以機油或水作藕合劑，用接觸法探測。對於塑料(如聚四氟乙烯)管壁的氣泡，頻率可用1兆赫，用聚焦探頭傾斜入射以液浸法探測。對塑料板中分層缺陷和焊縫中缺陷的探測方法，基本與探測金屬相同。火箭發動機的固體燃料合成物及炸藥中裂紋，一般用低頻率(如250千赫)液浸穿透法探測。超聲波除了能探測塑料固體燃料外，火箭及宇宙工程中的塑料也可探測。

三、 粘接強度的測量

不少工業部門在需用輕質堅固的材料時，往往采用玻璃鋼和其他材料的多層粘接結構或蜂窩式粘接結構等。對於這些結構，不僅可用超聲方法定性地探測缺陷，往往還可定量地測定粘接強度。

利用阻抗法測量粘接強度。當換能器是空載時，換能器將在兩個固定的共振頻率處分別出現阻抗最大值和最小值。如換能器藕合到被測構件的表麵上，則在換能器之下的那一部分構件對於換能器的作用是提供了一個聲阻抗(相當於在換能器等效電路的串聯支路上添加了一個阻抗)。構件中的粘接處有不同的粘接強度時，這聲阻抗中的阻抗的部分就有明顯的變化。換能器將在與原來不同的頻率上出現阻抗的極值。逐漸改變施加到換能器上的交變電流的頻率(或采用掃頻電路)時，就能測得出現阻抗極值時的共振頻率。

該共振頻率值將隨枯接強度而變，如果對某些材料的某種粘接結構事先作好粘接強度和共振頻率之間的定標曲線，那麼在實測時就可利用這些曲線，從測得的共振頻率求出構件等處的粘接強度。