由于弹性胶黏剂具有良好的防腐密封性，还具有隔热、降噪、减震等功能，越来越多的轨道车辆部位用其代替传统连接方式，金属与非金属的粘接占有相当的比例，黏接结构在如高速动车组车窗等各方面都有广泛应用。

 

目前针对黏接结构的无损检测方法包括红外热波法、激光散斑、超声、太赫兹、射线等，但大多数检测方法都不适合现车检测，超声检测技术穿透能力强、灵敏度高、检测成本低，适用于现场检测。相对于常规超声等技术，视频超声技术检测效果更加直观、缺陷识别更加容易，因此选用视频超声检测技术进行试验研究。

 

1、试样制备与试验方法

 

根据动车组车窗黏接结构制作了玻璃-聚氨酯-铝板结构的试样（编号1），试样规格为320 mm×300 mm×20 mm，采用聚氨酯胶粘剂，最上层为玻璃，中间为聚氨酯胶黏剂，最下层为铝板。黏接工艺过程为清洁-活化-底涂-涂胶，图1为试样实物及其自聚焦相控阵水浸检测图像。

 

(a) 试样实物

 

(b) 检测图像

 

图1 试样1实物与自聚焦相控阵水浸检测图像

 

如图2所示，制作了铝板-聚氨酯黏接试样和玻璃-聚氨酯黏接试样（编号2～6），并设置了黏接良好、全部脱黏、局部脱黏等胶接状态。

 

 

 

图2 铝板-聚氨酯黏接试样和玻璃-聚氨酯黏接试样

 

如图3所示，采用Dolphicam2视频超声设备，针对玻璃-胶-铝板这种黏接结构，探头频率的选择对于缺陷的检出特别重要，从玻璃侧对黏接结构进行检测时选用频率为0.7 MHz的探头，从铝板侧对黏接结构进行检测时选用频率为3.5 MHz的探头。

 

图3 视频超声仪器和探头实物

 

视频超声技术是一种基于平面阵多晶元超声实时成像原理，多阵元同时工作和采集图像，包括A、B、C、D等多种显示模式，可以直接进行C扫描成像并实时采集厚度信息。

 

相较于常规超声技术，该视频超声技术的检测面积大、成像效果精细、可测量直径和面积、分辨率高；相较于相控阵技术，其具有更简单的参数设置和更高的分辨率；相较于滚轮线扫描相控阵技术，其具有灵活的操作和细节的成像效果。

 

视频超声技术既可以检测玻璃和胶黏接，也可穿透胶层检测下层铝板和胶的黏接质量，即检测出黏接不连续。

 

根据玻璃和聚氨酯的声速与声阻抗数据，同一检测条件下选用频率为0.7 MHz的探头从玻璃侧实施检测，用刀片切开试样1下层铝板与胶黏接以模仿脱黏缺陷，其视频超声检测结果如图4所示，可见该技术能正确检出该缺陷。

 

 

图4 试样1正常胶层和脱黏缺陷的视频超声检测结果

 

2、试验结果与讨论

 

1、以玻璃侧作为检测面

 

带涂层玻璃和胶黏接试样2的检测

 

用水作耦合剂，采用频率为0.7 MHz的探头从玻璃侧对带涂层玻璃和胶黏接试样2实施检测，检测结果显示胶条四周及下部黏接显示良好、胶条上侧中间无黏接显示。

 

对图像显示粘接不好的试样部位破坏后进行对比，发现实物状态与检测结果一致（图5），由试验结果还可看出涂层对视频超声检测结果影响不大。

 

 

 

图5 试样2缺陷的视频超声检测结果与实物对比

 

带涂层玻璃和胶黏接试样3的检测

 

用水作耦合剂，采用频率为0.7 MHz的探头从玻璃侧对带涂层玻璃和胶黏接试样3实施检测，检测结果显示胶条上侧有一处椭圆形脱黏，胶条其余部位黏接正常，试验结果还表明涂层对视频超声检测结果影响不大。

 

对存在缺陷的试样部位破坏后进行对比，发现实物状态与检测结果一致（图6）。

图6 试样3缺陷的视频超声检测结果与实物对比

 

2、以铝板侧作为检测面

 

无涂层铝板和胶黏接试样4的检测

 

用水作耦合剂，采用频率为3.5 MHz的探头从铝板侧对无涂层铝板和胶黏接试样4实施检测，探头在铝板侧盲扫检测，找到胶条位置，仪器设置为胶条黏接良好时显示黑色。

 

检测结果为试样4胶条仅有极少量黑色显示，黏接质量差；实物破坏过程中胶条很容易撕掉，破坏后质量状态与检测结果一致，其视频超声检测结果与实物对比如图7所示。

 

 

图7 试样4的视频超声检测结果与实物对比

 

无涂层铝板和胶黏接试样5的检测

 

用水作耦合剂，采用频率为3.5 MHz的探头从铝板侧对无涂层铝板和胶黏接试样5实施检测，检测结果为胶条显示黑色，黏接正常，实物破坏后状态与检测结果一致，其视频超声检测结果与实物对比如图8所示。

 

 

图8 试样5的视频超声检测结果与实物对比

 

带涂层铝板和胶黏接试样6的检测

 

用水作耦合剂，采用频率为3.5 MHz的探头从铝板侧对带涂层铝板和胶黏接试样5实施检测。检测结果为胶条显示黑色（清晰），黏接良好，且试验结果表明涂层对检测结果影响不大。实物破坏困难，破坏后状态与检测结果一致，其视频超声检测结果与实物对比如图9所示。

 

 

 

图9 试样6的视频超声检测结果与实物对比

 

铝板-胶-玻璃黏接试样1的检测

 

用水作耦合剂，将试样1翻转过来，采用频率为3.5 MHz的探头从铝板侧实施检测，用刀片切开下层玻璃与胶黏接以模仿脱黏缺陷。

 

其检测结果显示不清晰，表明该方法能检测上层铝板和胶黏接的状况，但超声波穿透胶层检测下层玻璃和胶的黏接质量较为困难，其视频超声检测结果与实物对比如图10所示。 

 

 

图10 从铝板侧对试样下层缺陷的视频超声检测结果

 

3、实物黏接检测

 

已拆解的车窗

 

对已拆解的车窗，采用视频超声技术检测其黏接状况。采用频率0.7 MHz的探头从玻璃侧实施检测，车窗侧面黏接良好区域和黏接不好区域的检测结果如图11所示，且破坏后实物状态与视频超声检测结果一致。

 

图11 已拆解车窗黏接的视频超声检测结果

 

现车车窗 

 

对现车车窗，采用视频超声技术检测其黏接状况。采用频率为0.7 MHz的探头从玻璃侧实施检测（因铝板侧遮挡）, 车窗侧面黏接良好区域和黏接一般区域的检测结果如图12所示。

 

(a) 黏接良好

 

(b) 黏接一般

图12 现车车窗黏接的视频超声检测结果

 

3、小结

 

(1) 不同规格黏接试样和现场实物的检测结果表明，视频超声波检测技术可以判断金属与非金属黏接质量；同时对比了超声波相控阵技术的检测结果，发现尽管超声波相控阵检测技术也能看到波幅的变化，但其检测效果不如视频超声技术的直观。

 

(2) 采用视频超声频率为0.7 MHz的探头从玻璃侧检测，超声波既可以检测上层玻璃和胶黏接，也可穿透胶层检测底层铝板和胶的黏接质量；采用视频超声频率为3.5 MHz的探头从铝板侧检测，能检测上层铝板和胶黏接，但是超声波穿透胶层检测底层玻璃和胶的黏接质量比较困难。

 

结语

 

近年来，黏接技术发展迅速，其在轨道车辆中的应用也在不断扩展，其中金属与非金属的黏接占有相当的比例，迫切需要合适的技术对现车黏接状态和黏接强度进行无损检测。

 

上述试验结果表明，视频超声波检测技术可以判断金属与非金属黏接质量，且具有显示直观、操作方便等优点，将其应用于轨道车辆金属与非金属黏接检测是一种行之有效的办法。

 

作者：田勐1，王瑞卓1，王丽萍1，王卓1，宋怡2，尚继辉3，吕延达4，姚晖5，蒋建生6，徐国珍3

 

工作单位：1. 中车长春轨道客车股份有限公司

 

2. 上海展图机电有限公司

 

3. 航天智造（上海）科技有限责任公司

 

4. 上海空间推进研究所

 

5. 上海航天动力技术研究所

 

6. 上海材料研究所有限公司

 

来源：《2023中国无损检测年度报告》