Probamos, utilizando DHV, solo muestras de aluminio y polímero y tres juegos de portaobjetos (consulte la sección «Materiales»). En total, se analizaron 30 muestras y cada muestra se analizó varias veces, dependiendo de la muestra, pero al menos tres veces. Hemos estudiado el comportamiento de muestras vibratorias a bajas frecuencias (hasta 30 kHz) en términos de:

• El rango de frecuencia en el que se pueden observar ondas convectivas uniformes,

• amplitud de onda de carga,

• La velocidad de propagación de una onda de carga depende de la frecuencia.

También usamos gráficos de amplitud y fase para identificar defectos de unión en los cortes.

Rango de control de frecuencia de onda de carga

Se escaneó el ancho de banda completo entre 200 Hz y 30 kHz para todos los tipos de muestras (incluida la placa de aluminio de 1 mm de espesor y la muestra de polímero de solo 3 mm de espesor, el ancho y la longitud de estas muestras eran los mismos que los de las muestras de laminación. El Rango de control de frecuencia de onda de carga (LFOR, ver Fig. 4) es el rango de frecuencia en el que las ondas convectivas eran claramente visibles (ver Figs. 9 y 10). Los especímenes con el defecto especial fueron codificados con D en la etiqueta (ver la primera columna en la Fig. 4 y en las Figs. 6, 7 y 8).

Las frecuencias a las que se pueden observar las ondas Lamb solo para muestras de aluminio y polímeros y para chips sin defectos.

Aluminio solo res. El polímero se probó solo antes de la prueba de laminación. Para una placa de aluminio puro, podemos observar ondas Lamb en todo el rango desde aproximadamente 5 kHz a 30 kHz. Solo las muestras de polímero tienen un LFOR diferente según el material, cubriendo solo alrededor de 20 kHz: 10-28 kHz para PLA, 3-22 kHz para PVDF y 5-25 kHz para PC (consulte la Figura 4).

En cuanto a la transmisión por PVDF de ondas normales, solo ocurría para frecuencias cercanas a 5 kHz, 15 kHz o 20 kHz. Para las muestras de PLA y PC, las brechas en LFOR fueron mucho menores.

En el caso de las tiras de polímero-aluminio, observamos que el contacto del polímero puro con el aluminio condujo a la expansión de LFOR. Las brechas en LFOR también fueron menores. Estos efectos fueron bien visibles para los segmentos PVDF_Al y PC_Al. Observamos que esas muestras transmiten frecuencias más altas que las de PVDF puro o PC. Para los chips PLA_Al, LFOR apenas cambió en comparación con LFOR para muestras PLA puras, pero comenzó desde frecuencias más altas (~ 10 kHz). La presencia de defectos en las laminillas reducía el LFOR respecto al de las lamas totalmente laminadas. Hubo una ligera tendencia de LFOR a volver a los rangos observados para polímeros puros.

Con base en la amplitud de las ondas de carga, encontramos las siguientes propiedades de transporte de muestras puras y en escamas. El transductor piezoeléctrico se colocó en el lado del polímero como se menciona en la sección «Métodos» y la excitación fue siempre la misma. Como era de esperar, la mejor transmisión de vibraciones se demostró solo con muestras de aluminio, con una amplitud de vibración aproximadamente máxima. 20 nm. Para muestras de polímero únicamente, las amplitudes de vibración fueron respectivamente de 12 nm para PLA, 5 nm para PVDF y 15 nm para PC.

Las amplitudes de onda Lamb de los chips fueron diferentes en ambos lados de la muestra, especialmente para los chips PLA_Al y PVDF_Al. Las vibraciones de las fracciones de polímero semicristalino PLA y PVDF de los portaobjetos fueron respectivamente. Aproximadamente un 10-20% y un 40-50% más débil que la parte metálica de la muestra. El defecto en las placas aumentaba la desproporción entre las vibraciones metal-polímero, hasta un 60-70% para PVDF_Al_D y hasta un 25% para PLA_Al_D. Solo en el caso de las escamas de PC_Al las amplitudes de vibración de la fracción de polímero amorfo eran casi iguales a las de la fracción de aluminio (máximo 5-10% de diferencia), incluso para las virutas defectuosas (PC_Al_D). Para todos los tipos de segmentos defectuosos, hubo un cambio de fase entre las vibraciones del metal y la fracción de polímero.

velocidad de la onda de carga

También registramos las curvas de velocidad versus frecuencia de la velocidad de fase de la onda de carga (ver Figs. 5, 6, 7, 8) para verificar cómo el defecto de la placa afecta estas curvas. Velocidad de contador simétrica \(A_0\) La moda se determinó utilizando diagramas de amplitud 2D para la parte visible de la muestra (alrededor de 54 mm) (ver Fig. 9). De la Figura 9b, la amplitud promedio en el ancho de la muestra, podemos medir la longitud de onda de la carga y, como conocemos la frecuencia de excitación, podemos calcular la velocidad.

Usamos un rango de amplitud constante en nuestra visualización en las Figs. 9 y 10 para comparar fácilmente imágenes de diferentes frecuencias. En algunos casos, esto hizo que los patrones de capacitancia fueran menos perceptibles debido al pequeño valor de la capacitancia. Podríamos usar rangos de amplitud variable, pero también cuando la amplitud era pequeña en comparación con el rango de amplitud, el patrón de fase indicaba que podíamos usar los datos de amplitud (consulte la Figura 9). El uso de un rango de amplitud constante facilita la comparación de diferentes mediciones.

Aunque no siempre es posible calcular la velocidad de la onda de Lamb para las frecuencias en las que el defecto es visible (ver Fig. 10), podemos notar que todavía hay una diferencia entre la velocidad de la onda de Lamb de muestras con y sin defecto en el amplio rango de frecuencias (véanse las Figs. 6 y 7). y 8).

La figura 5 muestra las curvas de velocidad frente a frecuencia para muestras de polímero puro (3 mm de espesor). Además, se proporciona una curva para una muestra de aluminio puro (1 mm de espesor). Como puede verse en la Figura 5, las velocidades de onda en el rango de frecuencia hasta 30 kHz son menores en las muestras semicristalinas, PLA y PVDF, en comparación con la muestra amorfa, PC y la muestra metálica, que están más cerca unas de otras. otro.

Comparación de las velocidades de fase de onda de carga de muestras de polímero y aluminio puro.

en la Fig. Los resultados 6, 7 y 8 se presentan para hojuelas de polímero metálico sin defecto de unión.

Se observa un cambio en el comportamiento de las ondas convectivas como resultado del acoplamiento de las ondas dispersas en las partes metálicas y poliméricas posibilitado por la unión de adhesión entre ellas. Para muestras sin defecto, la onda de carga está fuertemente acoplada al opuesto de las ondas de carga en las muestras con defecto.

Para láminas de aluminio y polímero sin defectos de adherencia, observamos que la velocidad de las ondas convectivas está determinada principalmente por la parte metálica de la muestra y depende solo ligeramente del tipo de polímero utilizado.

Para los chips con un defecto especial, las velocidades de onda de carga de metal-polímero en el caso de los chips PLA_Al_D y PVDF_Al_D comienzan a diferir significativamente entre sí (ver Figs. 6, 7). Las mayores diferencias entre las velocidades en la capa de metal-polímero se observan para PVDF_Al_D. Esto es consistente con los resultados que obtuvimos de la comparación de amplitudes de vibración.

Velocidades de fase de onda de carga de chips PLA_Al sin defecto: _D_; Errores de medición: \(\delta\)f = 1 Hz, \(\delta\)V = 10 m/s. Las velocidades de las ondas de carga están marcadas: en negro (v_m) para la parte metálica, en rojo (v_p) para la parte polimérica, \(\triángulo\) para chips sin y \(\Diamante\) Para chips con defecto.

Velocidades de fase de onda de carga de obleas de PVDF_Al sin defecto: _D_; Errores de medición: \(\delta\)f = 1 Hz, \(\delta\)V = 10 m/s. Las velocidades de las ondas de carga se indican: en negro (v_m) para la parte metálica, en verde (v_p) para la parte polimérica, \(\triángulo\) para chips sin y \(\Diamante\) Para chips con defecto.

Velocidades de fase de onda de carga de chips PC_Al sin defecto: _D_; Errores de medición: \(\delta\)f = 1 Hz, \(\delta\)V = 10 m/s. Las velocidades de las ondas de carga se indican: en negro (v_m) para la parte metálica, en azul (v_p) para la parte polimérica, \(\triángulo\) para chips sin y \(\Diamante\) Para chips con defecto.

En el caso de los chips PC_Al_D, no pudimos observar las diferencias en la velocidad de fase de la onda Lamb de las partes de metal y polímero. Sin embargo, las diferencias en el comportamiento impecable de los chips eran claramente visibles (ver Fig. 8). Las velocidades de fase de la onda de carga de una frecuencia dada fueron mayores en el caso de un defecto de laminado que sin un defecto. Observamos para todos los chips con el defecto que la velocidad de la onda de carga en la fracción de polímero se volvió similar a la velocidad en el polímero puro (ver Fig. 5).

Desde un punto de vista práctico, las mediciones de velocidad en ambas partes de una muestra laminar de metal-polímero con frecuencias cercanas a 20 kHz pueden ser evidencia suficiente para detectar defectos de 10 a 15 mm de ancho.

localización de defectos

Para detectar y localizar el defecto, se estudiaron la amplitud y las fases de las vibraciones de la placa. Para muestras sin el defecto de vibración de las partes de metal y polímero de la muestra compatible, ambos lados de la muestra se mueven juntos y en la misma dirección. Cordero asimétrico onda A\ (_ 0 \)^{19, 20, 23} se puede observar (un ejemplo se muestra en la Figura 9b). La onda de carga se puede representar tanto en amplitud como en patrón de fase.

(a) La capacitancia y el patrón de fase de la muestra de laminado PLA_Al sin defecto. (Bdatos de capacitancia dea), promediado a lo largo de la dirección y; Azul – aluminio, rojo – polímero. Las barras de color indican la capacitancia en nanómetros, la fase en rad. El volumen de la porción visible de la muestra es 54 \ (veces \) 9,5 mm\(^2\). El defecto se encuentra a unos 28 mm.

Pudimos detectar e identificar defectos en todos los cortes medidos por DHV. Para chips con defecto, la onda de carga pierde su regularidad; En algunos casos se puede observar vibración torsional en la región de falla (ver Figura 10). La aparición de un defecto puede aumentar las diferencias de amplitud entre las vibraciones metal-polímero.

(a) El patrón de amplitud y fase de la muestra de laminado PLA_Al con un defecto de unión. (B(Datos de capacidad de)a), promediado a lo largo de la dirección y; Azul – aluminio, rojo – polímero. Las barras de color indican la capacitancia en nanómetros, la fase en rad. El volumen de la porción visible de la muestra es 54 \ (veces \) 9,5 mm\(^2\).

El LFOR con el que podemos observar defectos en chips varía más dependiendo del tamaño del defecto que del material polimérico utilizado. En general, cuanto más pequeño es el defecto, mayor debe ser la frecuencia de excitación para permitir la monitorización: se pueden observar defectos de unos 15 mm en el rango de 13 a 16 kHz y defectos más pequeños (unos 10 mm) se pueden detectar alrededor de los 19 –22kHz.