(高清版)GB∕T 38898-2020 無損檢測 涂層結(jié)合強度超聲檢測方法VIP

無損檢測涂層結(jié)合強度超聲檢測方法國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會I Ⅲ 1 1 1 2 2 5 5 5 6 7附錄B(規(guī)范性附錄)涂層強度等級拉伸試樣結(jié)合模式設(shè)計方法 9GB/T38898—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由全國無損檢測標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC56)提出并歸口。第一機械集團(tuán)有限公司、北京北方車輛集團(tuán)有限公司、內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團(tuán)有限公司、西安先進(jìn)應(yīng)力檢測控制技術(shù)有限公司。Ⅲ1GB/T38898—2020無損檢測涂層結(jié)合強度超聲檢測方法本標(biāo)準(zhǔn)適用于涂層、基體和粘接層均為透聲性良好的金屬和非金屬材料構(gòu)成的涂層結(jié)構(gòu)，包括粘下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB/T8642熱噴涂抗拉結(jié)合強度的測定GB/T9445無損檢測人員資格鑒定與認(rèn)證GB/T12604.1無損檢測術(shù)語超聲檢測GB/T20737無損檢測通用術(shù)語和定義GB/T27664.1無損檢測超聲檢測設(shè)備的性能與檢驗第1部分：儀器GB/T27664.2無損檢測超聲檢測設(shè)備的性能與檢驗第2部分：探頭GB/T27664.3無損檢測超聲檢測設(shè)備的性能與檢驗第3部分：組合設(shè)備GB/T34018無損檢測超聲顯微檢測方法GB/T8642、GB/T12604.1和GB/T20737界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1涂層與基體之間界面的單位面積內(nèi)的平均抗拉伸強度或等效結(jié)合強度。3.2超聲束可檢測到的最小粘接面積內(nèi)的結(jié)合強度。3.3涂層與基體之間界面的當(dāng)量面積內(nèi)的平均抗拉伸強度或等效結(jié)合強度。2GB/T38898—20204人員資格采用本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測的人員，應(yīng)按照GB/T9445或合同各方同意的體系進(jìn)行超聲檢測資格鑒定與或能量檢測，便可獲得涂層結(jié)合狀態(tài)。基本檢測原理示意如圖1所示。超聲換能器超聲換能器水(耦合介質(zhì))P,Z粘接層或基體zP水(耦合介質(zhì))水(耦合介質(zhì))超聲換能器(接收信號)pPPpa)涂層結(jié)構(gòu)及超聲脈沖信號傳播過程b)涂層結(jié)構(gòu)各界面超聲脈沖反射信號(能量)時序圖1涂層結(jié)合強度超聲脈沖全時域波形檢測原理示意圖3GB/T38898—2020c)涂層結(jié)構(gòu)各界面超聲脈沖透射信號(能量)時序P;——耦合介質(zhì)中進(jìn)入涂層的入射超聲能量；P。-——涂層表面的反射超聲能量；P?——從耦合介質(zhì)透入到涂層中超聲能量；Ps?———涂層底界面的反射超聲能量；P?——從涂層透入到粘接層或過渡層中的超聲能量；P?！辰訉踊蜻^渡層與基體界面的反射超聲能量；P?——從粘接層透入到基體介質(zhì)中的超聲能量；P?——基體底面的反射超聲能量；P?4——從基體透射到耦合介質(zhì)的超聲能量；Z?——涂層的聲阻抗；Z?-—基體的聲阻抗。涂層結(jié)構(gòu)不同結(jié)合強度不同，為獲得每種涂層結(jié)構(gòu)的結(jié)合強度的具體數(shù)值，宜制備相應(yīng)涂層結(jié)構(gòu)不同結(jié)合強度的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，通過拉伸試驗確定標(biāo)準(zhǔn)試樣的結(jié)合強度等級，涂層強度拉伸試驗裝置示意為了從能量上表述涂層結(jié)合強度，在已知耦合介質(zhì)聲速和聲程、涂層聲速和厚度、粘接層聲速和厚度、以及基體聲速和厚度的條件(制備標(biāo)準(zhǔn)試樣)下，通過超聲A掃信號對涂層與粘接層界面進(jìn)行識別，利用超聲掃查系統(tǒng)或面陣列超聲檢測系統(tǒng)對涂層結(jié)構(gòu)進(jìn)行超聲反射或透射C掃，在準(zhǔn)確獲得超聲全時域波形的基礎(chǔ)上，對指定時間長度窗(圖1b)和圖1c]所示的“T”]內(nèi)結(jié)合層的反射或透射超聲能量進(jìn)行求和，與10個等級結(jié)合強度拉伸標(biāo)準(zhǔn)試樣的超聲檢測能量比對，得到被測涂層的結(jié)合強度等級數(shù)值。結(jié)合強度等級可按需要增加等級數(shù)量。圖1a)為超聲波能量在涂層、粘接層(或過渡層)和基體等界面的反射和透射示意圖；涂層與粘接層界面的超聲能量反射系數(shù)表達(dá)式為式(1),粘接層與基體界面的超聲能量反射系數(shù)表達(dá)式為式(2)。 (1) (2)rg—-—超聲波能量在涂層與粘接層界面的能量反射系數(shù)；rg?--—超聲波能量在粘接層與基體界面的能量反射系數(shù)；4P?——從耦合介質(zhì)透入到涂層中超聲能量；Pg?—-—涂層底界面的反射超聲能量；P+2——從涂層透入到粘接層或過渡層中的超聲能量；P?——粘接層或過渡層與基體界面的反射超聲能量；Z?—--涂層的聲阻抗；Z?——粘接層的聲阻抗；Z?——基體的聲阻抗。式(1)中反射系數(shù)反映涂層與粘接層界面的結(jié)合狀態(tài)或強度，式(2)中反射系數(shù)反映粘接層與基體界面的結(jié)合狀態(tài)或強度。反射系數(shù)分析法適合超聲脈沖反射檢測方法，如圖1b)所示。涂層與粘接層界面的超聲能量透射系數(shù)表達(dá)式為式(3),粘接層與基體界面的超聲能量透射系數(shù)表達(dá)式為式(4)。 (3) (4)t?1———超聲波能量在涂層與粘接層界面的能量透射系數(shù)；t?2———超聲波能量在粘接層與基體界面的能量透射系數(shù)；P1———從耦合介質(zhì)透入到涂層中超聲能量；P??——從涂層透入到粘接層或過渡層中的超聲能量；Pt?———從粘接層透入到基體介質(zhì)中的超聲能量；Z?——涂層的聲阻抗；Z?——粘接層的聲阻抗；Z?———基體的聲阻抗。式(3)中透射系數(shù)反映涂層與粘接層界面的粘接狀態(tài)或強度，式(4)中透射系數(shù)反映粘接層與基體界面的粘接狀態(tài)或強度。透射系數(shù)分析法適合超聲脈沖透射檢測方法，如圖1c)所示。5.3涂層結(jié)合強度σ假設(shè)超聲掃查時的反射系數(shù)rs或rs?均為0或最小值、透射系數(shù)t?或tn均為1或最大值，則說明在超聲束對應(yīng)點位的涂層和粘接層界面完全粘接，超聲信號能量出現(xiàn)全透射，此時對應(yīng)的點結(jié)合強度為1或最大值或當(dāng)量值σth。假設(shè)超聲掃查時的反射系數(shù)rs或rs?均為1或最大值、透射系數(shù)t?或t?均為0或最小值，則說明在超聲束對應(yīng)點位的涂層和粘接層界面出現(xiàn)脫粘，超聲信號能量出現(xiàn)全反射，此時對應(yīng)的點結(jié)合強度為零或最小值。涂層結(jié)合強度σ的表達(dá)式為式(5)。σ=σh·K,或σ=σh·K…………(5)σ———涂層結(jié)合強度，單位為牛每平方米(N/m2);σh——當(dāng)量結(jié)合強，單位為牛每平方米(N/m2);K,—-—超聲反射法結(jié)合強度系數(shù)，超聲反射掃查的反射系數(shù)與全反射系數(shù)rsth之比；K.——超聲透射法結(jié)合強度系數(shù)，超聲透射掃查的透射系數(shù)與全透射系數(shù)tth之比。涂層結(jié)合強度是一定結(jié)合面積內(nèi)強度的平均值，因此，結(jié)合強度系數(shù)是指定掃查面積積分條件下的能量反射或透射系數(shù)與能量全反射或全透射系數(shù)之比，超聲反射法結(jié)合強度系數(shù)K,的表達(dá)式為式5GB/T38898—2020(6),超聲透射法結(jié)合強度系數(shù)K,的表達(dá)式為式(7)。式中：……(6)……(7)rs———超聲波能量在涂層與粘接層界面的能量反射系數(shù)；r——超聲波能量在粘接層與基體界面的能量反射系數(shù)；rsth——超聲波能量在涂層與粘接層界面的能量全反射系數(shù)；t?———超聲波能量在涂層與粘接層界面的能量透射系數(shù)；t?2——超聲波能量在粘接層與基體界面的能量透射系數(shù)；tTth———超聲波能量粘接層與基體界面的能量全透射系數(shù)；dS——涂層的粘接面積；K超聲反射法結(jié)合強度系數(shù)，超聲反射掃查的反射系數(shù)與全反射系數(shù)rsth之比；K,——超聲透射法結(jié)合強度系數(shù)，超聲透射掃查的透射系數(shù)與全透射系數(shù)trih之比。按本標(biāo)準(zhǔn)方法所檢測的結(jié)合強度，是被檢件涂層區(qū)域的點結(jié)合強度的平均值。6超聲檢測設(shè)備超聲反射式和超聲透射式掃查設(shè)備均可用于涂層結(jié)合強度的無損檢測；對于透聲性良好的涂層結(jié)構(gòu)，宜采用滿足GB/T27664.3或GB/T34018的超聲反射式掃查設(shè)備，具備C掃功能，涂層越薄，檢測用超聲頻率越高、掃查裝置運動精度越高；對于透聲性不好的涂層結(jié)構(gòu)，宜采用滿足GB/T27664.1的超聲透射式掃查設(shè)備或采用相關(guān)技術(shù)完成超聲透射檢測，涂層越厚，透聲性越差，檢測用超聲頻率越低，粘接狀態(tài)的檢測分辨力越低。涂層結(jié)合強度超聲檢測儀應(yīng)至少具有以下功能：a)儀器應(yīng)滿足檢測構(gòu)件的頻率要求；b)濾波設(shè)置；c)超聲激勵電壓控制；d)超聲接收增益控制；e)儀器的綜合穩(wěn)定度優(yōu)于1%。應(yīng)定期對檢測儀進(jìn)行綜合性能校準(zhǔn)，校準(zhǔn)間隔不超過一年。7檢測條件7.1檢測過程在常溫環(huán)境(10℃~35℃)下進(jìn)行，通常使用不含氣體的脫氧水(或蒸餾水)作為耦合劑。7.2待檢構(gòu)件表面應(yīng)光滑平整，并保持檢測聲束與待檢構(gòu)件表面法向一致。7.3在換能器與待檢構(gòu)件之間充滿耦合劑，且二者間的垂直距離應(yīng)小于換能器的焦距長度。8檢測要求8.1當(dāng)量結(jié)合強度測定針對被測涂層結(jié)構(gòu)制備不同結(jié)合強度等級的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，涂層強度拉伸試驗裝置示意圖及涂層6GB/T38898—2020強度等級拉伸試樣結(jié)合模式設(shè)計方法如附錄A和附錄B所述，對標(biāo)準(zhǔn)涂層拉伸試樣進(jìn)行檢測，以獲得8.2檢測儀器標(biāo)定涂層結(jié)合強度檢測前應(yīng)對檢測儀器進(jìn)行標(biāo)定。8.3超聲換能器選擇超聲換能器應(yīng)滿足GB/T27664.2的要求，在有清晰超聲反射波或透射波的條件下，盡可能選擇高頻超聲聚焦超聲換能器，以獲得更高的涂層結(jié)合強度狀態(tài)檢測分辨率，以表征結(jié)合界面強度分布細(xì)節(jié)。8.4超聲換能器安裝反射或透射換能器的聲束應(yīng)與樣品表面法向一致，檢測表面耦合液不含氣泡。8.5超聲換能器對焦在A掃模式下，通過調(diào)節(jié)換能器與待檢構(gòu)件表面間的距離使超聲檢測系統(tǒng)接收到的反射或透射信號的幅值達(dá)到最大，使聲束聚焦在結(jié)合界面上，推薦3dB經(jīng)驗原則。8.6檢測區(qū)域選擇應(yīng)在待檢構(gòu)件上選擇與附錄B規(guī)定的結(jié)合強度標(biāo)準(zhǔn)試樣涂層面積大小相當(dāng)?shù)膮^(qū)域進(jìn)行檢測，計算出超聲反射法結(jié)合強度系數(shù)K,或超聲透射法結(jié)合強度系數(shù)K?。8.7涂層結(jié)合強度σ計算由超聲反射法結(jié)合強度系數(shù)K,或超聲透射法結(jié)合強度系數(shù)K,和測定的標(biāo)準(zhǔn)試樣的當(dāng)量結(jié)合強度值σth,根據(jù)式(5)計算出涂層的結(jié)合強度σ。9檢測報告的編寫9.1檢測報告內(nèi)容一般包括下列信息：b)被檢測涂層結(jié)構(gòu)件的材料類型、制備工藝、涂層結(jié)構(gòu)尺寸描述等；c)超聲換能器型號廠商與聲學(xué)參數(shù)；d)標(biāo)準(zhǔn)試樣的當(dāng)量結(jié)合強度值σth;e)超聲反射法結(jié)合強度系數(shù)K,或超聲透射法結(jié)合強度系數(shù)K?;f)結(jié)合強度值σ。9.2客戶若有要求，需要提供原始記錄時，一般包括下列信息：a)掃描橫向和縱向步長；b)分辨率和速度；c)掃描面積(X-Y尺寸);7GB/T38898—2020(規(guī)范性附錄)涂層強度拉伸試驗裝置示意圖A.1涂層強度拉伸試驗裝置涂層強度拉伸試驗裝置示意圖見圖A.1。a)正方形粘接b)圓環(huán)形粘接5——固定螺釘；圖A.1拉伸試驗裝置示意圖A.2涂層強度拉伸試驗裝置設(shè)計原則為使拉力能均勻地作用于試樣的粘接面積上而沒有任何扭曲動作，在與試樣粘接平面垂直的方向上施加拉伸應(yīng)力，準(zhǔn)確得出破壞試樣粘接的拉力。不同涂層強度等級拉伸試樣結(jié)合模式見附錄B。8GB/T38898—2020A.3制備方法盡可能選用與實際應(yīng)用相同類型的材料作為試樣的底材，底材應(yīng)平整且沒有變形。根據(jù)附錄B規(guī)定的不同等級標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣的結(jié)合模式，將粘接體系均勻涂于十級正方形標(biāo)準(zhǔn)粘接拉伸試樣或十級圓環(huán)形標(biāo)準(zhǔn)粘接拉伸試樣的結(jié)構(gòu)中。涂層粘接體系固化后，將粘接的試樣組合置于適宜的拉力試驗機上，粘接的試樣經(jīng)可控的拉力試驗(拉開法試驗),測出破壞涂