Page 43 - 《应用声学）》2023年第5期

第 42 卷 第 5 期 宋寿鹏等： 纳米填充硅橡胶超声干耦合特性 935

的载荷也逐渐增大，原因是填充量高的硅橡胶硬度 0.9
也越高，对于载荷的要求也越高。相对于未填充纳 0.8 1 mm
2 mm
0.7 3 mm
米填料的硅橡胶干耦合剂，使用二氧化硅填充量为 4 mm
0.6 5 mm
5%的填充型硅橡胶干耦合剂对试块进行超声检测， 0.5
在预载荷达到 200 kPa时试块的底面回波的稳态相 ڀฉᄱࠫࣨϙ/% 0.4
对幅值提高了18.0%。 0.3
通过对制备的不同干耦合材料进行检测，发现 0.2
填充质量分数为 5% 纳米二氧化硅的硅橡胶在适当 0.1
0
的预压条件下，声波的传播性能最好。因此，后文将
-0.1
对制备的 5% 二氧化硅硅橡胶进行进一步性能分析 0 50 100 150 200
ᣒᕳ/kP a
以及相关测试。
图 8 不同厚度干耦合剂干耦合检测效果
2.3.2 干耦合材料厚度对声能传输的影响
Fig. 8 Different thickness of dry coupling agent
干耦合检测时，干耦合剂厚度的选择关系着
detection results
检测的效果。检测时如果接触面比较粗糙、干耦
合剂太薄会导致耦合效果较差。同时干耦合剂也 2.3.3 超声波频率对耦合性能的影响
需要一定的厚度，以防检测时干耦合剂破损，造成 为了验证制备的干耦合材料在不同超声波中
探头损坏。干耦合剂太厚则会导致声衰减迅速增 心频率下的声学性能，选取1 MHz、2.5 MHz、5 MHz
大，造成声波能量的损失。试验中选取1 ∼ 5 mm的 以及 10 MHz 作为超声波中心频率，分别测定了不
5% 二氧化硅填充型硅橡胶作为干耦合剂，分别测 同中心频率下的回波幅度。试验中钢试块厚度为
试在不同载荷下的回波信号幅值，测试结果如图 8 20 mm。考虑到被测试件表面平整度等的影响，为
所示。 了保证在预压下干耦合材料的变形贴合度，测试
可以看出，在1 ∼ 5 mm 的范围内，厚度越薄的 中选用干耦合材料厚度为 2 mm。4 种中心频率信
干耦合剂的检测效果越好，随着厚度的增大，回波幅 号激励下的回波波形如图 9 所示，其中 T 是始波，
值也越来越低。因此实际检测时在粗糙度等条件满 S1、S2 分别是试块的上表面回波，B1 是试块的底面
足的情况下，干耦合剂的厚度应越薄越好。 回波。

5 5

ႃԍ/V 0 S2 B1 ႃԍ/V 0 B1

T S1 T S1 S2
-5 -5
0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
௑ᫎ/µs ௑ᫎ/µs
(a) 1 MHz˗ॷᮠဋηՂ (b) 2.5 MHz˗ॷᮠဋηՂ

5 5
ႃԍ/V 0 B1 ႃԍ/V 0 S2

S1 S2 T S1
T
-5 -5
0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
௑ᫎ/µs ௑ᫎ/µs
(c) 5 MHz˗ॷᮠဋηՂ (d) 10 MHz˗ॷᮠဋηՂ
图 9 干耦合检测超声回波信号

Fig. 9 The ultrasonic echo signal was detected by dry coupling