CN113720919A - 一种车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法 - Google Patents

一种车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，包括以下步骤：获取超声检测装置最佳检测频率和最佳检测角度；根据最佳检测频率和最佳检测角度制造超声检测装置；利用超声检测装置检测待测车窗，获得检测数据；分析检测数据，得到脱粘缺陷高度。本发明提供了一种高效便捷的车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法。

Description

一种车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法。
背景技术
随着轨道交通运输业的发展，我国的高铁和动车组有了很大的发展空间和潜力，而列车在运行中的安全性也成为了日益关注的焦点。车窗是列车的重要组成部分，主要由玻璃-聚氨酯-玻璃组成，再通过胶粘剂与铝合金车体装配，受环境和工艺的影响，其在生产过程中会出现缺胶、粘接面污染、不完全固化和部分粘接等缺陷；在服役过程中会出现老化、裂纹、粘附破坏和内聚破坏等问题，从而破坏粘接结构的完整性。在胶接结构中，界面脱粘缺陷的隐患最大，在外力作用和使用环境的影响下，可能出现力学性能劣化导致整体失效而引发安全问题，因此对列车车窗胶接部分的界面脱粘缺陷进行检测就显得十分必要。
胶接结构缺陷国内外无损检测方法主要包括：声振法、超声检测法、射线检测法、热学检测法和全息照相检测法等，而超声检测技术相对成熟、检测灵敏度高、对人体无害和易于实现自动化扫描成像等突出优点，特别是超声脉冲回波法在胶接结构缺陷检测中使用广泛。但是，目前使用超声脉冲回波法检测都要将车窗胶接结构拆卸下来进行检测，与实际在役列车检测情况不符，胶接结构可供检测位置有限，并且脱粘缺陷常常声传播方向平行，增加了检测难度；其次聚氨酯声速低，声衰减大，超声回波弱，信噪比低，胶接质量评估困难。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，用于高效便捷的检测车窗胶接界面脱粘缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，包括：
获取超声检测装置最佳检测频率和最佳检测角度；根据最佳检测频率和最佳检测角度制造超声检测装置；利用超声检测装置检测待测车窗，获得检测数据；分析检测数据，得到脱粘缺陷高度。
可选的，所述最佳检测频率和最佳检测角度的获取包括以下步骤：
构建含脱粘缺陷的车窗有限元模型；构建超声检测装置有限元模型；利用构建的有限元模型，模拟获取超声检测装置在含脱粘缺陷的车窗中最佳检测频率和最佳检测角度。
可选的，所述车窗有限元模型内设置的脱粘缺陷模型为矩形。
可选的，所述超声检测装置包括信号用于发出超声波的发出源与用于接收反馈的超声波的信号接收源，所述发出源和接收源以车窗胶接界面为中心面对称设置在车窗上。
可选的，所述超声检测装置检测数据包括车窗含脱粘缺陷的超声信号和车窗无脱粘缺陷的超声信号。
可选的，所述脱粘缺陷的高度T，表示如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，d 1 和d 2 为缺陷上端点和下端点距离上表面的距离。
可选的，所述脱粘缺陷上端点d 1， 表示为：
Figure 387213DEST_PATH_IMAGE002
（2）
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
（3）
其中，
Figure 202722DEST_PATH_IMAGE004
为车窗中的纵波波速，PCS为超声检测装置发射源和信号源的中心距，t0为信号发出时间，t1和t2为上下端点衍射信号的到达时间。
可选的，所述超声检测装置为探头装置。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明利用有限元建模，获取超声检测装置最佳检测频率和最佳检测角度，克服了超声脉冲法在聚氨酯中声衰减大、回波弱、信噪比低等问题；且本发明能够在车窗不拆卸情况下，实现胶接结构界面脱粘缺陷的准确检测和评估，实用性更强。
附图说明
图1为本发明实施例的车窗胶接结构简化模型和探头模型；
图2为本发明实施例的超声模拟激励信号；
图3为本发明实施例的不同入射角度的波传播图；
图4为本发明实施例的不同角度下提取的超声信号；
图5为本发明实施例的不同时刻超声波与缺陷响应示意图；
图6为本发明实施例的胶接结构有无缺陷超声信号对比图。
附图中使用的附图标记如下：
车窗胶接结构简化模型10；玻璃11；聚氨酯胶粘剂12；探头简化模型20；矩形脱粘缺陷30。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明公开了一种车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，包括如下步骤：
建立模型：在COMSOL仿真软件中绘制车窗胶接结构简化模型10以及探头简化模型20。车窗胶接结构主要包括玻璃11和聚氨酯胶粘剂12两部分，玻璃11和聚氨酯胶粘剂12长度L均为6mm，厚度H为21mm，其中玻璃11下半部分16mm的密封胶与聚氨酯为同种材料，检测区域为密封胶与聚氨酯的粘接界面，同时在粘接界面中心处设置矩形脱粘缺陷30，其高度为5mm，宽度为2mm；探头为一发一收纵波斜探头，对称放置，发射探头放置在聚氨酯胶粘剂12上表面中心位置，接收探头放置在玻璃11上表面中心位置，两者间的距离为PCS，其中通过在楔块斜面施加激励源的形式代替实际探头晶片。
获取最佳检测频率和最佳检测角度：依据超声衍射时差法的非平行扫查2/3法则可知，两个探头中心声束交叉点应聚焦在检测工件厚度的2/3位置处，故在工件内的理论折射角β可表示如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（1）
其中PCS为探头中心距，H为工件厚度；
在楔块内声束入射角α可表示如下：
Figure 428298DEST_PATH_IMAGE006
（2）
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为楔块中的纵波波速，
Figure 315352DEST_PATH_IMAGE008
为工件中的纵波波速；
固定PCS和入射角α，改变激励脉冲频率f，对比不同频率下直通波信号与缺陷上端点衍射信号的混叠情况以及上端点衍射信号与下端点衍射信号的分辨率，同时选取具有较高信号幅值的缺陷衍射信号对应的频率作为最佳检测频率
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
固定探头的检测频率为
Figure 309984DEST_PATH_IMAGE009
，改变超声波入射角α，对比不同入射角度下直通波信号、缺陷衍射信号和底波信号的分布情况，以及缺陷衍射信号的幅值大小，选取具有较高信噪比的入射角度为最佳检测角度
Figure 702919DEST_PATH_IMAGE010
。
利用超声检测装置对胶接界面缺陷进行检测具体为：
设定激励脉冲的最佳检测频率为
Figure 196217DEST_PATH_IMAGE009
，探头的检测入射角为
Figure 27907DEST_PATH_IMAGE010
以及对应的PCS；
计算楔块中纵波的声束半扩散角
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，表示如下：
Figure 142625DEST_PATH_IMAGE012
（3）
其中F为扩散因子，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为楔块中的波长，D为楔块斜面长度；
计算楔块中纵波的声束上下边界入射角
Figure 565516DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，表示如下：
Figure 765684DEST_PATH_IMAGE016
（4）
计算工件中纵波的声束上下边界折射角
Figure DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 932223DEST_PATH_IMAGE018
，表示如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
（5）
计算工件中纵波的声束上下边界深度覆盖范围
Figure 635868DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，表示如下：
Figure 167343DEST_PATH_IMAGE022
（6）
依据计算得到的探头声束范围，沿胶接界面进行检测，分析不同时刻超声波与缺陷的响应情况，提取有缺陷和无缺陷的超声信号；
在提取的超声信号中找到最先出现的信号即为直通波和最后出现的信号即为底波，且两者的初始相位是相反的；
分析无缺陷信号与有缺陷信号的差别，同时在直通波与底波之间比较，与直通波相位相同的信号即为下端点衍射信号，与底波相位相同的信号即为上端点衍射信号；
提取上下端点衍射信号的到达时间t1和t2；
计算缺陷上端点和下端点距离上表面的距离d1和d2，表示如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
（7）
计算脱粘缺陷的高度T，表示如下：
Figure 572917DEST_PATH_IMAGE024
（8）
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取超声检测装置最佳检测频率和最佳检测角度；
根据最佳检测频率和最佳检测角度制造超声检测装置；
利用超声检测装置检测待测车窗，获得检测数据；
分析检测数据，得到脱粘缺陷高度。
2.根据权利要求1所述的车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，其特征在于，所述最佳检测频率和最佳检测角度的获取包括以下步骤：
构建含脱粘缺陷的车窗有限元模型；
构建超声检测装置有限元模型；
利用构建的有限元模型，模拟获取超声检测装置在含脱粘缺陷的车窗中最佳检测频率和最佳检测角度。
3.根据权利要求2所述的车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，其特征在于，所述车窗有限元模型内设置的脱粘缺陷模型为矩形。
4.根据权利要求1所述的车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，其特征在于，所述超声检测装置包括信号用于发出超声波的发出源与用于接收反馈的超声波的信号接收源，所述发出源和接收源以车窗胶接界面为中心面对称设置在车窗上。
5.根据权利要求4所述的车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，其特征在于，所述超声检测装置检测数据包括车窗含脱粘缺陷的超声信号和车窗无脱粘缺陷的超声信号。
6.根据权利要求5所述的车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，其特征在于，所述脱粘缺陷的高度T，表示如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中，d 1 和d 2 为缺陷上端点和下端点距离上表面的距离。
7.根据权利要求6所述的车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，其特征在于，所述脱粘缺陷上端点d 1 ，表示为：
Figure 458754DEST_PATH_IMAGE002
（2）
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（3）
其中，
Figure 745378DEST_PATH_IMAGE004
为车窗中的纵波波速，PCS为超声检测装置发射源和信号源的中心距，t0为信号发出时间，t1和t2为上下端点衍射信号的到达时间。
8.根据权利要求1-7任一项所述的车窗胶接界面脱粘缺陷检测方法，其特征在于，所述超声检测装置为探头装置。
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