CS258580B1

CS258580B1 - A method for assessing the quality of bonded joints and for bonding to said method

Info

Publication number: CS258580B1
Application number: CS8610040A
Authority: CS
Inventors: Zbynek Zavadil; Jiri Blahusek
Original assignee: Zbynek Zavadil; Jiri Blahusek
Priority date: 1986-12-28
Filing date: 1986-12-28
Publication date: 1988-08-16
Also published as: CS1004086A1

Abstract

Způsob hodnocení kvality lepených spojů akustickou přenosovou metodou pomocí vysílací a přijímací piezoelektrické sondy. Vysílací sondou se pomocí přenosu ultrazvukového vlnění o frekvenci 0,5 až 3 MHz generuje ve spoji napětové vlnění, které se registruje přijímací sondou umístěnou ve vzdálenosti 25 až 200 mm od vysílací sondy, a ze změny intenzity přijímaného vlnění se určí kvalita lepeného spoje a jeho rozsah, popřípadě rozsah nespojení.Method of evaluating the quality of glued joints by the acoustic transmission method using a transmitting and receiving piezoelectric probe. The transmitting probe generates a voltage wave in the joint by transmitting ultrasonic waves with a frequency of 0.5 to 3 MHz, which is registered by a receiving probe located at a distance of 25 to 200 mm from the transmitting probe, and the quality of the glued joint and its extent, or the extent of the non-connection, are determined from the change in the intensity of the received wave.

Description

Vynález se týká způsobu hodnocení kvality lepených spojů akustickou přenosovou metodou a zařízení pro provádění tohoto způsobu.The invention relates to a method for evaluating the quality of glued joints by an acoustic transmission method and to an apparatus for carrying out the method.

Lepené spoje nacházejí stále širší uplatnění v soudobé spojovací technologii, nebot umožňují rovnoměrnější přenos namáhání, zvětšují únavovou životnost a snižují hmotnost konstrukcí. Tyto vlastnosti jsou zvláště důležité u vysoce namáhaných leteckých komponent obsahujících např. spojení kovového potahu s voštinovým jádrem, spojení polyuretanové vrstvy s kovovými nebo kompozitními potahy apod. Jedním z hlavních problémů při využívání lepených konstrukcí je v hodnocení kvality lepeného spoje.Glued joints are becoming increasingly widespread in today's fastening technology because they allow more even stress transfer, increase fatigue life and reduce the weight of structures. These properties are particularly important for highly stressed aircraft components including, for example, bonding a metal coating to a honeycomb core, bonding a polyurethane layer to metal or composite coatings, etc. One of the major problems in using bonded structures is in evaluating the quality of the bond.

Ze známých způsobů nedestruktivní kontroly materiálů se používá především metoda ultrazvuková, která je založena na detekcj. ultrazvukového vlnění odraženého na rozhraní dvou prostředí s rozdílnou akustickou impedancí. Základní jednosondovou ultrazvukovou metodu je možno aplikovat pouze v některých případech, protože její využití je podmíněno vhodnou geometrickou konfiguraci lepených součástí a tlouštkou spojovaných vrstev.Among the known methods of non-destructive material control, the ultrasonic method is used, which is based on detection. ultrasonic waves reflected at the interface of two environments with different acoustic impedance. The basic single-probe ultrasonic method can be applied only in some cases, because its use is conditioned by the appropriate geometric configuration of the glued parts and the thickness of the joined layers.

Rovněž produktivita kontroly je při tomto způsobu nižší, nebot je nutno kontrolovat spoj bod po bodu. Dále při kontrole těžko prozvučitelných materiálů, kdy spoj je přístupný pouze z jedné strany, jsou výsledky kontroly nulové, tj. nepodávají žádanou informaci.Also, the productivity of the control in this method is lower, since it is necessary to check the joint point by point. Further, when checking hard-to-sound materials where the joint is only accessible from one side, the control results are zero, i.e. they do not provide the required information.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob hodnocení kvality lepených spojů akustickou přenosovou ’metodou podle vynálezu a zařízení pro provádění tohoto způsobu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že se na spoj působí ultrazvukovým vlněním o frekvenci 0,5 až 3 MHz, napětové vlnění generované ve spoji se registruje, a ze změny intenzity přijímaného vlnění se určí kvalita lepeného spoje a jeho rozsah, případně rozsah nespojení. Podstata zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že je tvořeno vysílací sondou, která se umistuje nad libovolně zvoleným místem zkoušeného spoje, a přijímací sondou,,umístěnou ve vzdálenosti 25 až 200 mm od vysílací sondy.The aforementioned drawbacks are eliminated by the method of evaluating the quality of the glued joints by the acoustic transmission method of the invention and the apparatus for carrying out the method. SUMMARY OF THE INVENTION The subject of the invention is that the connection is subjected to ultrasonic waves at a frequency of 0.5 to 3 MHz, the voltage waveform generated in the connection is registered, and the quality of the bonded connection and its extent or the extent of unconnection are determined. The principle of the device for carrying out the method according to the invention consists in that it consists of a transducer, which is placed above an arbitrary location of the test connection, and a transducer, located at a distance of 25 to 200 mm from the transducer.

Vysílací sonda je impulsně buzena ve frekvenčním rozsahu 0,5 až 3 MHz. Frekvence vysílaného vlnění se volí podle konkrétních podmínek, tj. typu spoje, materiálu a tlouštce adherěndů, požadavků na přesnost určení kvality spoje. Obdobná kritéria platí i pro volbu vzdálenosti obou sond, která se pohybuje mezi 25 až 200 mm. Elektrický signál vznikající vybuzením piezoelektrického měniče přijímací sondy se zesiluje a vyhodnocuje bud podle počtu impulsů za časoVou jednotku pomocí čítače a nebo podle amplitudy signálu zobrazené na stínítku osciloskopu.The transducer is pulsed in the 0.5 to 3 MHz frequency range. The frequency of the transmitted waveform is selected according to the particular conditions, ie the type of bond, the material and the thickness of the adherendum, the accuracy requirements for determining the link quality. Similar criteria apply to the selection of the distance between the two probes, which ranges between 25 and 200 mm. The electrical signal generated by the excitation of the piezoelectric transducer of the receiving probe is amplified and evaluated either by the number of pulses per time unit by means of a counter or by the amplitude of the signal displayed on the screen of the oscilloscope.

Vzhledem k tomu, že se zkouší v pásech odpovídajících vzdálenosti sond, je produktivita kontroly vyšší než u jednosondového způsobu. Dále v některých případech energie odraženého ultrazvukového signálu nepostačuje pro detekci, avšak energie prošlá do kovového nebo kompozitového podkladu lepeného spoje je postačující ke generaci napětového vlnění ve spodním adherendu, z něhož je potom vlnění detekováno.Since it is tested in strips corresponding to the probe spacing, control productivity is higher than in the single probe method. Furthermore, in some cases, the energy of the reflected ultrasonic signal is not sufficient for detection, but the energy transmitted to the metal or composite substrate of the adhesive bond is sufficient to generate a voltage waveform in the lower adherend from which the waveform is then detected.

Jedná se především o ty případy, kdy není přístup ke spodnímu adherendu z opačné strany a přitom spodní adherend vystupuje na stejný povrch, na němž je umístěna budoucí sonda.This is especially the case when there is no access to the bottom adherend from the opposite side and the bottom adherend rises to the same surface on which the future probe is placed.

V případě slepení je generované napětové vlnění detekováno pouze v blízkosti přechodu horního adherendu do spodního, do vzdálenosti asi 3 cm. Kolmým pohybem budicí sondy, na rozhraní se zvyšující se vzdáleností od rozhraní, se detekovaný signál snižuje. V případě neslepenl se napětí negeneruje, takže je detekován nulový signál.In the case of bonding, the generated voltage waveform is detected only in the vicinity of the transition of the upper adherend to the lower, to a distance of about 3 cm. By perpendicular movement of the excitation probe, at the interface with increasing distance from the interface, the detected signal decreases. In the case of non-sticking, the voltage is not generated, so a zero signal is detected.

Výhoda způsobu kontroly podle vynálezu spočívá zejména v tom, že produktivita kontroly je podstatně vyšší než u způsobu jednosondového nebo souosého průchodového způsobu, protože se zkouší integrálně v pásech. Způsob zjištování kvality lepeného spoje podle vynálezu dále umožňuje kontrolu spojů nízkoprozvučitelných materiálů, např. polyuretanu s kovovým sendvičovým skeletem, kdy není přístup k opačnému povrchu. Způsob zjištování kvality lepeného spoje podle vynálezu je blíže osvětlen na následujících příkladech a na přiložených vyobrazeních, kde na obr. 1 je znázorněn dokonale slepený spoj hliníkového potahu na hliníkové voštině, na obr. 2 je tentýž spoj, avšak nedokonale slepený, na obr. 3 je schéma kvalitního spoje polyuretanové náběhové hrany s Al potahem, a na obr. 4 je nedokonalý spoj mezi Al potahem a polyuretanovou hranou.The advantage of the inspection method according to the invention is in particular that the inspection productivity is significantly higher than that of the single-probe or coaxial pass-through method, since it is tested integrally in strips. The method of determining the quality of an adhesive joint according to the invention further allows the control of the joints of low-sounding materials, e.g. The method of determining the quality of the glued joint according to the invention is illustrated in more detail in the following examples and in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a perfectly glued joint of an aluminum coating on an aluminum honeycomb. is a diagram of a high quality polyurethane leading edge joint with an Al coating, and Fig. 4 shows an imperfect joint between an Al coating and a polyurethane edge.

Příklad 1Example 1

Kontrola kvality lepeného spoje hliníkového potahu tlouštky 1 mm na hliníkové voštinové jádro o průměru buňky 6 mm a tlouštky 30 mm. K lepení bylo použito fenolpolyvinylformaldehydové lepidlo Redux X 775.Quality control of a 1 mm thick aluminum seam bonded to a 6 mm cell honeycomb aluminum core and 30 mm thickness. Phenol polyvinylformaldehyde adhesive Redux X 775 was used for gluing.

Při použitém uspořádání znázorněném na obr. 1 a 2 byla zvolena vzdálenost mezi vysílací sondou _1 a přijímací sondou 2 100 mm. Frekvence vysílaných impulsů byla 2 MHz s opakovači frekvenci 30 Hz. U vadného spojení, znázorněného na obr. 2, je vlnění méně tlumeno, protože se šíří pouze hliníkovým potahem 3, příp. Al potahem a nedokonalou vrstvou lepidla 5, a počet impulsů registrovaných přijímací aparaturou je 10 krát vyššú než při dobrém spojeni znázorněném na obr. 1, kde dochází k útlumovým ztrátám na rozhraní a při přechodu do voštinového jádra £.In the arrangement shown in Figures 1 and 2, the distance between the transducing probe 1 and the receiving probe 2100 mm was selected. The pulse frequency was 2 MHz with a repetition rate of 30 Hz. In the case of the defective connection shown in FIG. 2, the wave is less damped, since it is propagated only by the aluminum coating 3 or 3. With the imperfect layer of adhesive 5, and the number of pulses registered by the receiving apparatus is 10 times higher than with the good bond shown in FIG. 1, where there is attenuation loss at the interface and transition to the honeycomb core.

Jako vysílací sondy bylo použito sondy HIN-Krautkramer s vysílací aparaturou USIP 11 téže firmy, a jako přijímací sondy D 9 203 firmy DUNEGAN s přijímací aparaturou ENDEVCO Série 3 000.HIN-Krautkramer probes with USIP 11 transmitters from the same company were used as transmit probes, and DUNEGAN receive probes D 9 203 with ENDEVCO Series 3,000 receiving apparatuses.

Příklad2Example2

Kontrola kvality spoje polyuretanové náběhové hrany balančního křidélka s Al potahem.Quality control of the polyurethane leading edge of the balancing aileron with Al coating.

V tomto případě, znázorněném na obr. 3 a 4, byla vysílací sonda JL umístěna ve vzdálenosti 5 mm od přechodu polyuretan 6 Al potah 3^, přijímací sonda 2 byla umístěna ve vzdálenosti 20 mm od přechodu. Spojnice sond 1., 2 byla kolmá na přechod polyuretan £ - Al potahIn this case, shown in Figs. 3 and 4, the transducer probe 1 was positioned at a distance of 5 mm from the transition of the polyurethane 6 Al coating 3, the receiving probe 2 was placed at a distance of 20 mm from the transition. The connecting line of the probes 1, 2 was perpendicular to the transition polyurethane? - Al coating

V případě neslepení je znemožněn průchod vlnění spojem, takže přijímací sonda 2 není vybuzena, a indikace registrovaná přijímací sondou 2 je nulová. Vysílací sondou j. se při zjištění tohoto neslepeného místa ]_ pohybuje ve směru kolmém na přechod, a to směrem od přechodu až do místa, kde je indikace nenulová. Tato poloha vysílací sondy 1. potom určuje hranici neslepení, a tím i rozsah vady, tedy neslepeného místa T_.In the case of non-sticking, the passage of the wave through the link is prevented so that the receiving probe 2 is not energized, and the indication registered by the receiving probe 2 is zero. The transducer 1, when detecting this unblinded location, moves in a direction perpendicular to the transition, from the transition to a point where the indication is non-zero. This position of the transmitting probe 1 then determines the boundary of the non-sticking and thus the extent of the defect, i.e. the non-sticking point T.

Dalším pohybem sondy JL v kolmém směru se úroveň detekovaného signálu exponenciálně snižuje. Po určení rozsahu neslepení v daném místě se vysílací a přijímací sonda 1 a 2 posune o 1 cm ve směru rovnoběžném k přechodu, přičemž vysílací sonda 2 j^e zpočátku opět vzdálena 5 mm od přechodu a přijímací sonda 2 20 mm. Posun sond ]J, í v rovnoběžném směru k přechodu lze volit podle požadavků na přesnost kontroly.Further movement of the probe JL in a perpendicular direction decreases the level of the detected signal exponentially. After determining the extent of a crisp locally with transmitting and receiving transducers 1 and 2 is moved by 1 cm in a direction parallel to the gradient, where a transmitting probe 2 ^e j again initially spaced 5 mm from the transition and the receiving probe 2 20 mm. The displacement of the probes in the parallel direction to the transition can be selected according to the accuracy requirements of the inspection.

V případě dobrého slepení je detekován signál, jehož průběh je znázorněn ve spodní části obr. 3. Na svislé ose N je počet detekovaných impulsů, na vodorovné óse x je vzdálenost vysílací sondy od rozhraní polyuretan - Al potah. Kolmým posunem vysílací sondy od přechodu se detekovaný signál exponenciálně snižuje.In the case of good bonding, the signal is shown, the course of which is shown in the lower part of Fig. 3. On the vertical axis N is the number of pulses detected, on the horizontal axis x is the distance of the transmission probe from the polyurethane-Al interface. By perpendicularly moving the transducer probe away from the transition, the detected signal decreases exponentially.

Ke kontrole bylo použito stejného zařízení jako v příkladu J.The same equipment as in Example J was used for inspection.

Claims

A method for evaluating the quality of bonded joints by the acoustic transmission method, characterized in that the bond is treated by ultrasonic waves at a frequency of 0.5 to 3 MHz, the voltage waveform generated in the bond is registered, and its extent or extent of unconnection.

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it comprises a transducer (1) located above an arbitrarily selected location of the test connection and a receiving probe (2) located 25 to 200 mm from the transducer.