Большинство методов и средств НК клеевых соединений позволяет выявлять главным образом дефекты типа полного отсутствия склеивания (непроклей). Оче­видно, что оптимальным решением задачи является количественная оценка прочно­сти соединения. При этом непроклей можно рассматривать как частный случай дефектов с нулевой прочностью.

Прочность клеевого соединения оп­ределяется физико-механическими свой­ствами клеевого шва, характером его на­гружения, толщиной клеевой пленки и другими факторами. Различают адгезион­ную и когезионную прочности склеивания. Первая обусловлена силами сцепления на границах раздела клея с соединяемыми элементами конструкции, вторая - силами сцепления между молекулами клея. Соот­ветственно, разрушение шва по границе раздела с элементом конструкции назы­вают адгезионным, разрушение по самому клею - когезионным. Обычно адгезионная прочность выше когезионной. Описывае­мые ниже методы разработаны для оценки когезионной прочности, поэтому под прочностью склеивания в дальнейшем понимается когезионная прочность.

Для НК прочности склеивания ис­пользуют корреляцию прочности с дос­тупными для оценки параметрами клеево­го шва. Корреляционная связь зависит не только от выбора измеряемого параметра шва, но и от дополнительных факторов: свойств клея, особенностей технологии и

т. п. Это усложняет дело. Поэтому извест­ные методы оценки прочности склеивания пока несовершенны и не получили широ­кого применения. Рассмотрим возможно­сти некоторых из этих методов.

Ультразвуковой резонансный ме­тод контроля клеевых соединений, опи­санный в разд. 2.4.2.2, используют не только для обнаружения их дефектов, но также для оценки прочности клеевых швов. Это, в частности, одно из основных назначений разработанных голландской фирмой Fokker нескольких моделей при­боров типа "Bondtester" [207; 208; 394; 406].

Рассмотрим возможности этих при­боров применительно к оценке прочности. "Bondtester" имеет два режима работы. Один из них (режим А) используют для контроля листовых клееных конструкций, другой (режим В) - конструкций с легки­ми заполнителями, особенно сотовых па­нелей. Считается, что в листовых конст­рукциях клеевое соединение работает на сдвиг, в конструкциях с легкими заполнителями - на отрыв.

При контроле листовых клееных кон­струкций в режиме А информативным па­раметром служит изменение резонансной частоты Д/ нагруженного на ОК пьезоэле­мента преобразователя по сравнению с частотой fo при нагрузке только на наруж­ный слой (обшивку) ОК (рис. 7.33). При

прочих равных условиях значение Д/ оп­ределяется параметрами клеевого шва. Так как масса шва мала по сравнению с мас­сами наружного и внутреннего элементов конструкции, а его толщина / много меньше длины волны, то величина Af оп­ределяется в основном удельной гибко­стью НЕ клеевой пленки.

Считается, что с ростом модуля уп­ругости клея прочность соединения рас­тет. Однако непостоянство I приводит к неоднозначности связи резонансной час­тоты с модулем упругости. Поэтому дос­товерная оценка прочности соединения возможна только при постоянстве массы клея на единицу поверхности [208], когда увеличение толщины клеевого шва (на­пример, вследствие плохой подгонки склеиваемых элементов) сопровождается непроклеями или появлением пористости (рис. 7.34). В последнем случае гибкость шва увеличивается как в результате роста его толщины, так и вследствие вызванного пористостью уменьшения модуля упруго­сти. То и другое снижает прочность со­единения. Таким образом, теснота корре­ляционной связи прочности соединения с показаниями прибора определяется точно­стью, с которой выдерживается постоян­ство массы клея на единицу поверхности. Первые обнадеживающие результаты оценки прочности, полученные фирмой "Fokker", можно объяснить тем, что при­меняемая ей технология удовлетворяла этому условию.

При контроле в первом режиме ин­дикатором А служит электронно-лучевая трубка. Непроклей легко регистрируется по более резкому изменению резонансной частоты.

Второй режим используют для оцен­ки прочности на отрыв между обшивкой и легкими заполнителями (в том числе сото­выми). Мерой прочности служит измене­ние добротности системы пьезоэлемент - ОК. За начальную величину принимают добротность пьезопреобразователя, на­груженного на обшивку, не приклеенную к заполнителю. С увеличением прочности соединения возрастает доля энергии, пе­решедшей в клеевой шов и заполнитель, т. е. большей прочности соответствует меньшая добротность рассматриваемой системы. Снижение добротности регист­рируют стрелочным или цифровым инди­катором (индикатор В) по уменьшению амплитуды резонансного пика.

Для перевода показаний прибора "Bondtester" в значения прочности склеи­вания пользуются тарировочными графи­ками, построенными путем сопоставления показаний индикаторов (А или В) с ре­зультатами разрушающих механических испытаний значительного числа образцов.

Режимы А и В реализованы во всех приборах "Bondtester". В последних их моделях ("Bondtester 80" и "Bondtester 90") использованы элементы цифровой техни­ки. Эти приборы применяют не только в Нидерландах, но и на крупнейших авиа­ционных фирмах США.

С. А. Филимонов исследовал влияние упругих свойств и толщины клеевого шва на собственные частоты системы пьзоэле- мент-ОК и разработал отечественные приборы, используемые в авиационной промышленности страны. Существенно усовершенствованы преобразователи при­бора: ослаблены помехи преобразователя и создана закрытая конструкция преобра­зователя, пригодная для плавного скани­рования ОК (в приборах "Bondtester" пье­зоэлемент не имеет протектора, поэтому плавное сканирование невозможно). В отличие от голландских аналогов, в разра­ботанных С. А. Филимоновым приборах "Фенол-2" и "АД-21Р" предусмотрен толь­ко режим А и цифровая индикация резуль­татов контроля.

Многочисленными исследованиями в различных странах установлено, что резо­нансный метод не обеспечивает достовер-

Прибор "АД-21Р" характеризуется следующими данными:

Диапазон толщин контролируемых

листовых конструкций, мм.................................................. 0,3 ... 5,0

Номинальные частоты, МГц.............................................. 0,11,0,15,0,21,0,30,0,45

Диаметр минимального выявляемого

дефекта, мм.............................................................................. 6 ... 25

Питание.................................................................................... Сетевое и автономное

Масса с источником питания, кг..........

Диапазон рабочих температур, °С......

ной оценки прочности клеевых соедине­ний [328; 370; 371; 386]. Однако он обна­руживает дефекты типа нарушений соеди­нений, особенно в листовых конструкци­ях. Отметим, что в описании последней модели прибора "Bondtester 90" оценка прочности вообще не упоминается. В оте­чественных аналогах приборов "Bond - tester" - АД-2 IP и "Фенол-2" - контроль прочности также не предусмотрен.

Интересная возможность автомати­ческой классификации дефектов много­слойной клееной конструкции при ее кон­троле прибором "Bondtester" с использо­ванием специальной компьютерной про­граммы, основанной на спектральном ана­лизе сигналов [422, с. 349], позволяла оп­ределять характер дефектов типа наруше­ний сплошности, однако оценка прочно­сти клеевых соединений авторами даже не рассматривалась.

Эхометод контроля прочности ос­нован на корреляции прочности шва с удельным волновым сопротивлением (z) клея для продольных волн [93]. Значение

z, пропорциональное, оценивают по

коэффициенту отражения УЗК на границе раздела обшивка - клей или (реже) клей - внутренний элемент конструкции. Пред­полагается, что уменьшение z снижает прочность соединения. Коэффициент от­ражения определяют по амплитуде перво­го полупериода эхосигнала от границы раздела. Для контроля используют эходе- фектоскопы, работающие недетектиро-

....................... 1,5

....................... -10...50

ванными импульсами с несущими часто­тами не менее 4,2 МГц.

Метод разработан для контроля клее­вых соединений металлов, армированных и неармированных пластмасс и других материалов, хорошо проводящих УЗК, с внутренними элементами из любых мате­риалов. Автор [93] указывает, что упругие свойства клеев крайне непостоянны, их разброс может достигать двух и более раз.

Результаты контроля прочности склеивания эхометодом оказались недос­таточно достоверными Кроме того, наря­ду с общими недостатками традиционных УЗ-методов (необходимость смачивания контролируемых изделий, трудность про­верки конструкции с криволинейными поверхностями) рассматриваемый способ в ряде случаев нечувствителен к дефектам типа нарушения соединения клея с внут­ренним элементом. В результате метод не нашел практического применения в про­мышленности.

Импедансный метод с совмещен­ным преобразователем, использующий непрерывные изгибные колебания, позво­ляет обнаруживать зоны пониженной прочности соединения обшивки с сото­вым заполнителем [203; 249]. Обычно снижение прочности склеивания обуслов­лено плохой подгонкой размеров соеди­няемых элементов.

На участках доброкачественного со­единения соты прорезают клеевую пленку и упираются в обшивку (рис. 7.35). В ос­лабленных зонах между сотовым блоком и

обшивкой существует заполненный клеем зазор, который уменьшает жесткость опо­ры обшивки, а значит, и модуль механиче­ского импеданса конструкции. Однако это изменение меньше, чем в зонах непрокле - ев. К сожалению, получить надежную корреляцию прочности с показаниями импедансного дефектоскопа и в этом слу­чае не удается.

Реверберационно-сквозной метод

применяют за рубежом для оценки проч­ности клеевых соединений. При этом наи­лучшие результаты дает применение ко­личественного счетного параметра SWF (см. разд. 2.1.4 и 2.3.8) с использованием только информативных гармоник спектра сигнала [394].

Возможности контроля процесса на­копления усталостных повреждений в клеевом соединении с помощью ревербе­рационно-сквозного и акустико-эмиссион­ного методов исследованы в работе [425, с. 325/473]. Объект испытания - нахле­станное клеевое соединение листа из алюминиевого сплава толщиной 3 мм и 16-слой-ного листа углепластика с одно­направленным армированием. Площадь клеевого соединения - 25,4 х 25,4 мм.

При контроле обоими методами кон­тактные преобразователи располагали на листах по разные стороны от зоны их со­единения. Образец растягивали на гидрав­лической испытательной машине 4 раза в секунду. Растягивающая нагрузка состав­ляла 10 % от номинальной разрушающей для клеевого соединения.

При контроле РСкв-методом в алю­миниевый лист вводили УЗ-импульсы с центральной частотой 650 кГц. При ис­пользовании АЭ-метода оба приемных преобразователя, соединенных электриче­ски параллельно, подключали к регистри­рующей аппаратуре. После первых 300 000 циклов нагружения сигналы РСкв метода практически не менялись. Замет­ное изменение их амплитуды (на 33 %) и спектра наблюдалось лишь после 340 000 циклов и увеличивалось до разрушения при 380 000 циклах.

Результаты, полученные РСкв-мето­дом, коррелируют с данными контроля АЭ-методом. В последнем случае рост амплитуды сигналов АЭ и их энергетиче­ского спектра наблюдался при тех же цик­лах нагружения. Оба опробованных мето­да пригодны для исследования процесса усталостного разрушения клеевого соеди­нения.

Прочие методы. Исследовались так­же способы оценки прочности склеивания по изменению условий прохождения ВОЛН Лэмба, изменению спектрального состава эхосигналов и другие [394]. Однако пока они не вышли из стадии лабораторных испытаний.

Таким образом, задачу неразрушаю­щего контроля прочности клеевых соеди­нений пока нельзя считать решенной.