[发明专利]借助超声波检验金属工件与塑料物质的连接是否有空腔的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于借助超声波检验金属工件与塑料物质的连接是否有空腔的方法。

背景技术

下面将塑料物质理解为每种类型的塑料，所述塑料例如作为用于粘接金属工件的粘合剂、作为密封剂或作为金属工件的涂层材料来应用。例如将这些材料用于在板或管情况下建立粘接连接或用于对所述板或管进行涂层。

在对诸如板或管的工件用塑料来涂层时，在施加时可能形成缺陷处，所述缺陷处例如构成为涂层中的空腔（气泡）或构成为在涂层和工件之间的接触位置处的没有粘着的连接。这样的缺陷处可能导致工件的底层生锈并且因此由于穿孔腐蚀而导致提早失效。

例如在管情况下在建立所粘接的连接时，已知的是，借助套环通过将粘合剂引入套环和管之间的接缝来相互连接管端部。

在这种粘接连接中的典型的缺陷，例如是气泡和没有粘着的连接区域（所谓的吻接（kissing bonds））。

在所粘接的管连接处的力学性能试验中显示出，但是只有当这些缺陷超出约20 mm的尺寸时，这些缺陷在该应用中才变得紧要的。还显示出，尤其是该尺寸的气泡虽然通常填满接缝的整个高度，却分别由粘着在管壁上的薄的粘合剂表层（100μm-200μm厚度）包围。

为了确保管的足够坚固的和无缺陷的连接，通常借助超声波以垂直引入声振荡来检验粘接连接。声被耦合输入到第一接合伙伴（套环）中并且通过该第一接合伙伴。在通向粘合剂层的界面处反射声的一部分，而另一部分侵入粘合剂中。侵入的部分提供在粘合剂层的背面处反射时的另外的回波。而在粘合剂层的上侧处所反射的部分提供由在套环壁中的重复反射引起的长的回波链（Echozug）。

在从JP 57037257 A中已知的管粘接连接的超声波检验的最简单的解决方案中，使用粘合剂层的背面的回波的振幅用于分析。这里对粘合剂用超声波检查（durchschallen），并且回波的缺失显示出缺陷。

为了分析所反射的超声波信号，将所述超声波信号转换成电信号，并且经由时间窗和光阑选择、放大和评价。评价涉及信号的振幅和信号之间的运行时间。

借助电子数据处理设备来检测、分析、记录和在监视器上显示检验信息，即振幅、极限值超出、运行时间等等。

例如从JP 2000221173 A中已知的另外的解决方案对粘合剂层的上侧的回波进行分析。在这里尤其是分析回波信号的形状，以便推断出粘接连接的质量。

由于即使在粘合剂层或涂层材料失效硬化之后超声波信号的减弱也是大的，所以所有基于超声波检查的解决方案具有以下的缺点：粘合剂层或涂层材料的下侧的回波正好在较大的层厚时变得很小。

经验表明，在几毫米之上的层厚时不再能探测到层的下侧的回波。附加的是，在套环粘接连接情况下，小的背壁回波叠加来自套环的回波链，该回波链通常本身提供大的振幅。

基于塑料层的上侧的回波的相位探测的方法具有多个缺点。一方面相位角值的可靠的自动化探测是很困难的。另一方面，正好对于金属工件，由于大的声学密度而不存在相位角值从钢/塑料向钢/空腔过渡的变化。

此外加剧地附加的是，所形成的空腔总是位于塑料物质之内，并且在通向金属工件的界面处，总是仍存在着塑料物质的薄层作为包围空腔的表层，使得不出现钢/空腔过渡。在这样的缺陷情况下，超声波信号因此总是射到原料组合钢/塑料/空腔上，这使得有说服力的超声波检验变得困难。

这在塑料涂层中的气态夹杂的情况下同样是问题，所述气态夹杂同样可能由塑料制成的薄表层包围。

在改变粘接或涂层参数（粘接层或涂层的厚度、工件表面的特性）时，发生超声波信号的波动，这些波动在只是局部分析时又可能轻易地导致错误解释。

总之在超声波检验情况下，在探测与金属工件的塑料连接中的缺陷处时得出以下的问题：

1.在对工件涂层时或在用粘合剂充填接缝时出现的气泡位于塑料物质之内，并且因此在工件的界面总是具有封闭空腔的塑料表层。

在存在这种空腔时也因此始终存在钢/塑料过渡，而不存在钢/空气（空腔）过渡。因此，特别对于采用来自金属工件中的边界层的反射的方法，塑料表层之下的气泡的证实变得困难。

2.通过改变金属工件的厚度和表面特性以及通过干涉效应发生回波振幅的改变。在不将邻居准则包括在内的情况下，这些振幅和其比例的局部分析因此变得不可靠。