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Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 18041 (2022) Citar este artículo

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Utilizamos vibrometría holográfica digital (DHV) como método no destructivo para detectar áreas de desprendimiento en laminados de aluminio y polímero (polilactida, fluoruro de polivinilideno o policarbonato). A bajas frecuencias (hasta 30 kHz) \(A_0\) ondas Lamb se excitaron y la amplitud y los patrones de fase de la vibración de la muestra se registraron simultáneamente para el lado metálico y polimérico del laminado. Sobre la base de estos patrones, se localizaron las áreas de despegado en los laminados. También se estudiaron las propiedades de transmisión a bajas frecuencias en términos de: el rango de frecuencias para el que se han observado ondas Lamb regulares, las amplitudes de las ondas Lamb y la velocidad de propagación de las ondas Lamb en función de la frecuencia. Hemos demostrado que estas propiedades también cambian cuando ocurre un defecto en el laminado. Incluso cuando no pudimos localizar el defecto, aún fue posible detectar si una muestra estaba dañada en función del comportamiento de las ondas Lamb.

El uso de laminados de polímero-metal en los últimos años ha ido ganando popularidad. Esto se debe al hecho de que son más livianos y tienen mejores propiedades físicas, como el módulo de elasticidad, la resistencia a la tracción y la flexión, la tenacidad, etc., en comparación con los componentes de metal puro o polímeros1. Además, se pueden adaptar fácilmente a aplicaciones y necesidades específicas.

Estos laminados se utilizan en diversas industrias, incluidas la aviación, la automotriz, la de equipos médicos, la de electrodomésticos y otras. Cada vez son más las empresas del sector de la automoción que intentan reducir el peso de los vehículos para mejorar sus parámetros de funcionamiento y reducir los costes de producción. La misma tendencia se puede observar en la industria de la aviación y la construcción naval. El metal y el polímero, cuando se crean correctamente, pueden formar un elemento que se puede montar fácilmente en estructuras mecánicas.

La elección de los materiales para ambos socios del laminado debe basarse en propiedades tales como diferencias limitadas en expansión térmica, conformidad con las condiciones ambientales, conductividad eléctrica y térmica, capacidad para amortiguar vibraciones estructurales y otras.

Actualmente, el ensamblaje de ambos materiales se logra directamente durante el procesamiento sin ningún paso adicional, utilizando procedimientos comunes como el moldeo por inyección con insertos metálicos2,3,4,5,6,7. Tales métodos de unión son particularmente atractivos debido a la posibilidad de un reciclaje fácil y completo de los componentes de polímero y metal. Sin embargo, los ciclos de producción breves de las juntas de metal y polímero pueden provocar defectos de conexión.

A pesar de la creciente familiaridad con los métodos de producción de laminados de polímero y metal, la susceptibilidad a la formación de defectos ocultos o apenas visibles sigue siendo una gran preocupación. Dichos defectos pueden aparecer tanto durante la producción como durante la explotación de un determinado elemento y pueden permanecer ocultos por las inspecciones estándar1. Las fallas de este tipo pueden aumentar progresivamente en el transcurso de la operación si no se detectan y, en última instancia, tener consecuencias catastróficas para toda la estructura1.

Si bien los defectos superficiales en tales materiales se pueden localizar con bastante facilidad, los defectos internos (ocultos), cuya presencia puede tener un impacto significativo en la resistencia del producto final, son difíciles de detectar. Incluso si se detecta, su localización también es necesaria para eliminar o reemplazar solo el panel defectuoso o parte de la estructura.

Las pruebas no destructivas (END) son una herramienta útil para verificar componentes individuales en busca de posibles defectos ocultos. Hoy en día se utilizan más de unas pocas técnicas de END, como las pruebas ultrasónicas8,9,10 (incluida la vibrometría ultrasónica11), la radiografía12,13,14, la vibrometría Doppler láser de barrido15,16 y la shearografía, entre otras17,18. Los métodos de prueba no destructivos estándar y bien conocidos que utilizan ondas Lamb se utilizan para objetos grandes y frecuencias de excitación altas, hasta 6 MHz1,19,20. En nuestro trabajo anterior, utilizando vibrometría holográfica21,22, pudimos investigar defectos ocultos en laminados de acero-poliamida unidos con una fina capa de adhesivo epoxi y laminados de aluminio-poliamida conectados solo con adhesivo (sin pegamento). Comparamos los patrones de amplitud y fase en una muestra excitada a vibraciones con frecuencias en el rango de 200 a 30 kHz. En ambos casos, se pudo detectar y localizar un área de desprendimiento midiendo las diferencias en los patrones de vibración en ambos lados de la muestra.

En este estudio, ampliamos nuestro método y llevamos a cabo la observación de ondas Lamb antisimétricas \(A_0\) a diferentes frecuencias de vibración de muestras de laminado de aluminio con tres polímeros diferentes y utilizamos su comportamiento para investigar la presencia de defectos ocultos1,23. La propagación de la onda Lamb en un medio isotrópico está bien definida para frecuencias altas (100 kHz y superiores). Este no es el caso de los laminados y de un rango de frecuencia relativamente bajo (hasta 30 kHz en nuestro caso). Queríamos centrarnos en nuestro estudio en el efecto del defecto en los laminados en el rango de baja frecuencia (incluido el rango de audio) para las vibraciones que ocurren en la vida cotidiana, por ejemplo, en dispositivos de uso común como electrodomésticos como lavadoras24 o repelentes de animales ultrasónicos25 y también en lugares públicos como estaciones de tren o incluso bibliotecas (debido, entre otros, a alarmas de voz de megafonía y transporte25,26,27,28).

Usamos vibrometría holográfica digital (DHV) para determinar la propagación de ondas Lamb simultáneamente en el lado del metal y del polímero del laminado. La observación de ambos lados es muy útil especialmente para laminados. De esta forma se evaluó la calidad de la unión de laminados de mezclas de aluminio y polímeros. Nuestro método nos permite probar muestras con dimensiones adecuadas para más pruebas de resistencia. Esto es útil para pruebas de componentes de rutina en un laboratorio, así como en un entorno de producción industrial.

En el caso de unir materiales con un gran desajuste en los coeficientes de dilatación térmica, como aluminio y polímeros (ver Tabla 1). Yamada et al. han observado que el módulo de Young disminuía cuando aparecía el descementado29.

Hicimos tres juegos de laminados de polímero y metal, conectados solo de forma adhesiva durante el moldeo por compresión. Cada juego contenía muestras con y sin defectos. Los defectos variaron en tamaño: 10 a 15 mm de ancho en todo el ancho de la muestra (ver Fig. 1).

Cada juego contiene muestras con diferentes polímeros:

Polilactida (PLA, Ingeo Biopolymer 6400D): un biopolímero ecológico, biodegradable y biocompatible utilizado para el envasado de productos de vida útil corta y un material prometedor para aplicaciones biomédicas30.

Fluoruro de polivinilideno (PVDF, Arkema Kynar Flex 3312 C): excelentes propiedades piezoeléctricas, resistencia mecánica y estabilidad térmica, buena procesabilidad y resistencia química, aplicable, por ejemplo, en sensores y actuadores, dispositivos de válvula giratoria, materiales magnetoeléctricos, aplicaciones de recolección de energía y tejidos31.

Policarbonato (PC, Lotte Advanced Materials Infino SC-1229UR): se caracteriza por una buena procesabilidad, alta resistencia al impacto y seguridad, utilizado, por ejemplo, en lentes deportivos y gafas de seguridad32.

Vista lateral de una muestra con un defecto indicado; los tamaños están en mm.

Para todos los laminados se utilizó una lámina de aluminio PA11 (AW-5754) de 1 mm de espesor con dimensiones de una sola lámina metálica 100 \(\times\) 10 mm\(^2\) (largo \(\times\) ancho) , un tamaño de muestra estándar para probar laminados.

Previo al proceso de conexión, los granulados de polilactida y policarbonato se secaron a 80 \(\,^{\circ }\text {C}\) durante 24 h, usando un secador de gabinete.

Las láminas de metal se colocaron en la canasta de un limpiador ultrasónico, se sumergieron en acetona durante un ciclo de 15 min, luego se enjuagaron con agua destilada y se limpiaron con alcohol de etileno antes del procedimiento de unión para eliminar la contaminación de la superficie.

Los laminados de metal-polímero se produjeron mediante moldeo por compresión utilizando una prensa hidráulica. Utilizamos un molde rectangular con dimensiones de cavidad de 100 \(\times\) 100 mm\(^2\) y 4 mm de altura para preparar las muestras.

Se colocaron placas de aluminio en la cavidad a una distancia de 10 mm entre sí. Se colocaron tiras de PTFE directamente sobre la placa de metal para implementar defectos de unión metal-polímero en las muestras. El espacio restante se rellenó con gránulos de polímero. Los insertos de metal y polímero se mantuvieron en el molde cerrado durante 10 min a la temperatura de:

200 \(\,^{\circ }\text {C}\) para PLA,

230 \(\,^{\circ }\text {C}\) para PVDF,

280 \(\,^{\circ }\text {C}\) para PC.

A continuación, se aplicó una presión de aproximadamente 15 MPa durante 15 min, seguido de enfriamiento del laminado en el molde bajo presión hasta la solidificación total. Las tiras de PTFE se retiraron durante el procesamiento posterior.

Todas las muestras se midieron con un vibrómetro holográfico digital Optonor Vibromap 100033 para examinar la velocidad de fase de las ondas Lamb. Esta configuración puede registrar las vibraciones de un patrón de 640 \(\times\) 480 puntos simultáneamente.

La configuración que diseñamos nos permitió observar simultáneamente un área de aproximadamente 10 \(\times\) 60 mm\(^2\) de la superficie superior e inferior de la muestra durante una sola medición21 (ver Fig. 2). El vibrómetro holográfico digital es básicamente un interferómetro de Michelson configurado con un láser Nd:YAG con una longitud de onda de 532 nm como fuente de luz. El brazo de referencia es una fibra óptica encerrada en el Vibromap y el brazo de medición utiliza la muestra como reflector. El promedio de varios hologramas se almacena en un archivo .mat, que contiene la amplitud y la fase del holograma. En la Ref.21 se proporciona una descripción detallada de la configuración.

Configuración experimental con el portamuestras y el transductor piezoeléctrico: 1: muestra, 2: transductor piezoeléctrico, 3: portamuestras, 4: Vibromap, A: el espejo que refleja la luz de la superficie superior de la muestra, B: el espejo que refleja la luz de la superficie inferior de la muestra reflejada en el espejo21.

Vista inferior de una muestra con la posición de ambos tipos de transductores piezoeléctricos utilizados: 1: muestra, 2: transductor piezoeléctrico; izquierda: KingState KPE-827, derecha: PI P-010.00P; los tamaños están en mm.

Se colocó un transductor piezoeléctrico (PZT) en el lado del polímero del laminado en contacto directo con la superficie de la muestra y se sujetó junto con la muestra; el laminado se sujetó en ambos extremos. Usamos dos tipos de PZT (ver Fig. 3): un PI P-010.00P (con una frecuencia de resonancia de 129 kHz) y un transductor de audio piezoeléctrico simple KingState KPE-827 que trabaja en un rango de frecuencia de 200 Hz–60 kHz ( ver figura 3). Comparamos los datos obtenidos para ambos tipos de transductor y los resultados que obtuvimos fueron consistentes. Las muestras se excitaron continuamente durante la medición, a una vibración armónica con una amplitud de unos pocos a 50 nanómetros. La frecuencia se varió de 1 a 30 kHz en pasos de 100 Hz. Esto nos permitió observar ondas \(A_0\) Lamb antisimétricas; este tipo de onda es dominante por debajo de 100 kHz34. Con el software de código abierto Dispersion Calculator 2.0 proporcionado por DLR (Centro Aeroespacial Alemán) para calcular las curvas de dispersión, obtuvimos para aluminio y policarbonato resultados similares a nuestros experimentos35.

Se utilizó un software especial, escrito por nosotros en el lenguaje de programación R36, para comparar las oscilaciones de ambos lados de la muestra. El software extrae las matrices de amplitud y fase de los datos sin procesar producidos por el software Vibromap (versión VibroMap_B4_nov15) del vibrómetro y visualiza estos datos de diferentes maneras (ver Figs. 9, 10). También puede filtrar los datos para reducir el ruido, recortar partes relevantes de la imagen y alinear las imágenes de las partes opuestas de las muestras. Además, se invierte el signo de la amplitud del lado inferior. De esta forma, una amplitud positiva indica un movimiento ascendente en ambos lados. El vibromapa define una amplitud positiva hacia el detector, en nuestra configuración lejos del plano central de la muestra. Los datos proporcionados por DHV nos dan la amplitud de una serie de puntos de vibración en la superficie de una muestra, así como la fase de oscilación de cada punto en un momento determinado (arbitrario) del período de vibración. Usando esta información, podemos reconstruir el comportamiento de las ondas Lamb en la superficie.

Probamos, utilizando DHV, muestras de aluminio y polímero únicamente y tres juegos de laminados (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. Investigamos el comportamiento de las muestras vibratorias a bajas frecuencias (hasta 30 kHz) en términos de:

el rango de frecuencia para el cual se pueden observar ondas Lamb regulares,

las amplitudes de onda Lamb,

la velocidad de propagación de la onda Lamb en función de la frecuencia.

También usamos diagramas de amplitud y fase para localizar defectos de unión en los laminados.

Se escaneó todo el rango de frecuencia entre 200 Hz y 30 kHz para todos los tipos de muestras (incluida una placa de aluminio de 1 mm de espesor y una muestra de polímero de 3 mm de espesor. El ancho y la longitud de estas muestras eran las mismas que en las muestras de laminado. El rango de observación de frecuencia de ondas Lamb (LFOR, ver Fig. 4) es el rango de frecuencia para el cual las ondas Lamb eran claramente visibles (ver Figs. 9 y 10). Las muestras con un defecto especial se codificaron con una D en la etiqueta ( ver la primera columna en la Fig. 4 y en las Figs. 6, 7, 8).

Frecuencias para las que se pueden observar ondas Lamb para muestras y laminados de aluminio y polímero únicamente sin y con un defecto.

Solo aluminio resp. polímero solo se probaron antes de la prueba de laminado. Para una placa de aluminio puro, pudimos observar ondas Lamb en todo el rango desde alrededor de 5 kHz hasta 30 kHz. Las muestras de polímero solo tenían una 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 (ver Fig. 4).

Para PVDF, la transmisión de ondas regulares tuvo lugar solo 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 los laminados de polímero y aluminio, notamos que la conexión de polímero puro con aluminio condujo a una ampliación de la LFOR. Las brechas en las LFOR también fueron más pequeñas. Estos efectos fueron bien visibles para los laminados PVDF_Al y PC_Al. Observamos que esas muestras transfieren frecuencias más altas que las de PVDF puro o PC. Sin embargo, para los laminados PLA_Al, la LFOR apenas cambió en comparación con la LFOR de las muestras de PLA puro, pero comenzó desde frecuencias más altas (alrededor de 10 kHz). La presencia de defectos en los laminados disminuyó el LFOR en comparación con los de los laminados completamente adheridos. Hubo una ligera tendencia de LFOR a volver a los rangos observados para los polímeros puros.

Con base en la amplitud de las ondas de Lamb, encontramos las siguientes propiedades de transmisión de muestras puras y laminados. 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 mostró en las muestras de solo aluminio, con la amplitud de vibración más alta de aprox. 20 nm. Para las 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 para los laminados fueron diferentes en ambos lados de la muestra, especialmente para los laminados PLA_Al y PVDF_Al. Las vibraciones de las partes de polímero de PVDF y PLA semicristalino de los laminados fueron resp. alrededor de 10 a 20% y 40 a 50% más débil que para la parte metálica de la muestra. La aparición de un defecto en el laminado aumentaba la desproporción entre las vibraciones del metal y del polímero, incluso hasta un 60-70 % para PVDF_Al_D y hasta un 25 % para PLA_Al_D. Solo en el caso de los laminados de PC_Al, las amplitudes de vibración de la parte de polímero amorfo eran casi iguales a las de la parte de aluminio (máx. 5–10 % de diferencia), incluso para laminados con un defecto (PC_Al_D). Sin embargo, para todos los tipos de laminados con defectos, hubo un cambio de fase entre las vibraciones del metal y la parte de polímero.

También registramos las curvas de velocidad versus frecuencia de la velocidad de fase de la onda de Lamb (véanse las Figs. 5, 6, 7, 8) para verificar cómo un defecto del laminado afecta estas curvas. La velocidad del modo \(A_0\) antisimétrico se determinó usando los gráficos de amplitud 2D de la parte visible de la muestra (aproximadamente 54 mm) (ver Fig. 9). A partir de la Fig. 9b, la amplitud promediada a lo ancho de la muestra, pudimos medir la longitud de onda de Lamb y, como conocemos la frecuencia de excitación, podemos calcular la velocidad.

Usamos un rango de amplitud fijo en nuestra visualización en las Figs. 9 y 10 para comparar fácilmente las imágenes para diferentes frecuencias. En algunos casos, esto hizo que los patrones de amplitud fueran menos visibles debido al pequeño valor de la amplitud. Podríamos haber usado 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 (ver Fig. 9). El uso de un rango de amplitud fijo facilitó 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), pudimos observar que todavía hay una diferencia entre la velocidad de la onda de Lamb para las muestras con y sin un defecto. defecto en todo el amplio rango de frecuencia (ver Figs. 6, 7, 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 Fig. 5, las velocidades de onda están en el rango de frecuencia hasta 30 kHz más bajas en las muestras con semicristalino, PLA y PVDF, que en la muestra amorfa, PC, y en la metálica, que son más cerca el uno del otro.

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

En las Figs. 6, 7 y 8 se presentan los resultados para laminados de metal-polímero sin y con defecto de unión.

Se observó un cambio en el comportamiento de las ondas de Lamb debido al acoplamiento de ondas que se propagan en piezas de metal y polímero posibilitadas por la conexión de adhesión entre ellas. Para muestras sin defectos, las ondas de Lamb están fuertemente acopladas, al contrario que las ondas de Lamb en las muestras con defectos.

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

Para laminados con un defecto especial, las velocidades de onda de Lamb en metal y polímero comienzan a diferir significativamente entre sí en el caso de los laminados PLA_Al_D y PVDF_Al_D (ver Figs. 6, 7). Las mayores diferencias entre las velocidades en la capa de metal y 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 Lamb para laminados PLA_Al sin y con defecto:_D_; errores de medición: \(\Delta\)f = 1 Hz, \(\Delta\)v = 10 m/s. Las velocidades de las ondas Lamb están marcadas: en negro (v_m) para la parte de metal, en rojo (v_p) para la parte de polímero, \(\triangle\) para laminados sin y \(\diamond\) para laminados con defecto.

Velocidades de fase de onda Lamb para laminados de PVDF_Al sin y con defecto:_D_; errores de medición: \(\Delta\)f = 1 Hz, \(\Delta\)v = 10 m/s. Las velocidades de las ondas Lamb están marcadas: en negro (v_m) para la parte de metal, en verde (v_p) para la parte de polímero, \(\triangle\) para laminados sin y \(\diamond\) para laminados con defecto.

Velocidades de fase de onda Lamb para laminados PC_Al sin y con defecto:_D_; errores de medición: \(\Delta\)f = 1 Hz, \(\Delta\)v = 10 m/s. Las velocidades de las ondas Lamb están marcadas: en negro (v_m) para la parte de metal, en azul (v_p) para la parte de polímero, \(\triangle\) para laminados sin y \(\diamond\) para laminados con defecto.

En el caso de los laminados PC_Al_D, no pudimos observar diferencias en la velocidad de fase de la onda Lamb para las partes de polímero y metal. Sin embargo, las diferencias en el comportamiento de los laminados sin y con defecto fueron claramente visibles (ver Fig. 8). Las velocidades de fase de la onda Lamb para una frecuencia dada fueron mayores en el caso de un laminado con un defecto en comparación con uno sin defecto. Observamos para todos los laminados con un defecto que la velocidad de la onda Lamb en la parte del polímero se estaba volviendo 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 de laminado de metal y polímero a frecuencias cercanas a 20 kHz pueden ser una guía suficiente para la detección de defectos de 10 a 15 mm de ancho.

Para detectar y localizar un defecto, se estudiaron los patrones de amplitud y fase de las vibraciones del laminado. Para muestras sin defectos, la vibración del metal y las partes de polímero de la muestra son compatibles, ambos lados de la muestra se mueven juntos y en la misma dirección. Se puede observar una onda Lamb antisimétrica A\(_0\)19,20,23 (un ejemplo se muestra en la Fig. 9b). La onda Lamb se puede representar tanto en amplitud como en patrón de fase.

( a ) Amplitud y patrón de fase de una muestra de laminado PLA_Al sin defecto. (b) Los datos de amplitud de (a), promediados a lo largo de la dirección y; azul—aluminio, rojo—polímero. Las barras de color indican la amplitud en nm, la fase en rad. El tamaño de la parte visible de la muestra es de 54 \(\times\) 9,5 mm\(^2\). El defecto se localiza alrededor de 28 mm.

Pudimos detectar y localizar defectos en todos los laminados medidos por DHV. Para laminados con defecto la onda Lamb pierde su regularidad; en algunos casos se pudo observar vibración torsional en la zona del defecto (ver Fig. 10). La aparición de un defecto puede aumentar adicionalmente las diferencias de amplitud entre las vibraciones del metal y del polímero.

(a) Patrón de amplitud y fase de una muestra de laminado PLA_Al con un defecto de unión. (b) Los datos de amplitud de (a), promediados a lo largo de la dirección y; azul—aluminio, rojo—polímero. Las barras de color indican la amplitud en nm, la fase en rad. El tamaño de la parte visible de la muestra es de 54 \(\times\) 9,5 mm\(^2\).

La LFOR para la que pudimos observar defectos en los laminados 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 observación: los defectos de unos 15 mm se pueden observar entre 13 y 16 kHz y los más pequeños (de unos 10 mm de ancho) se pueden detectar entre 19 y 22 kHz. .

Utilizamos dos polímeros semicristalinos (PLA y PVDF) y un polímero amorfo (PC) como componentes de los laminados.

Los patrones de amplitud y fase permitieron localizar un defecto. La LFOR para la que se puede observar un defecto en el laminado depende del tamaño del defecto más que del material polimérico utilizado.

Para todos los laminados de polímero de aluminio sin defecto, la propagación de la onda Lamb en el polímero sigue a la observada en el metal. Esto indica una buena unión de ambas capas y muestra que todos los polímeros probados se pueden usar con éxito para producir un laminado estable. Debido a que observamos simultáneamente el lado del metal y el del polímero de la muestra, nuestra configuración requiere acceso a ambos lados.

La presencia de un defecto de unión se manifiesta de varias formas. En todos los casos el defecto limita la LFOR. También cambia significativamente las curvas antisimétricas de velocidad de onda de \(A_0\) Lamb versus frecuencia. Las discrepancias en las curvas para el metal y los polímeros semicristalinos se hacen visibles a frecuencias superiores a 10 kHz. A una frecuencia de 15 kHz, la velocidad de la onda de Lamb en la parte de polímero del laminado de PVDF_Al_D con un defecto fue incluso aproximadamente un 40 % más baja que en la capa de aluminio.

La presencia de un defecto en un laminado aumenta la diferencia entre las amplitudes de vibración del metal y del polímero en el caso de los polímeros semicristalinos. Especialmente para PVDF, que muestra la transmisión de vibración más débil entre los materiales probados, esta diferencia puede aumentar de 40 a 50 % (para PVDF_Al) a 60 a 70 % para PVDF_Al_D. Sin embargo, para el PC_Al amorfo no se observaron grandes diferencias en las amplitudes de vibración, incluso para laminados con un defecto. Por lo tanto, el criterio de amplitud puede no ser efectivo en el caso de laminados con polímeros con buena transmisión de vibraciones en el rango de prueba de bajas frecuencias.

Cabe destacar que el método NDT presentado requiere solo un tiempo limitado para probar la calidad de la unión entre los dos materiales de un laminado. El uso de DHV para detectar ondas Lamb es una extensión útil de las pruebas de laminado estándar que también se pueden realizar en una línea de producción.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Jagoda Nowak-Grzebyta, Ewa Stachowska, Frans Meijer y Tomasz Sterzyǹski

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JN-G. y ES escribió el texto principal del manuscrito, JN-G. Higos preparados. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8, Figs. preparadas por FM. 9 y 10. El software fue preparado por FM. Todos los autores revisaron el manuscrito. Damos nuestro consentimiento para la publicación de detalles identificables, que pueden incluir fotografías y/o videos y/o historia clínica y/o detalles dentro del texto que se publicará en los Informes científicos.

La correspondencia es Jagoda Nowak-Grzebyta.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Nowak-Grzebyta, J., Stachowska, E., Meijer, F. et al. Una técnica no destructiva que utiliza vibrometría holográfica digital y ondas Lamb para la determinación de la calidad de laminados de polímeros y metales. Informe científico 12, 18041 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-22853-2

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Recibido: 22 agosto 2022

Aceptado: 20 de octubre de 2022

Publicado: 27 de octubre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-22853-2

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