基于聲發(fā)射技術(shù)的超聲波金屬焊接質(zhì)量在線檢測研究

于風濤 山東賽福特技術(shù)檢測有限公司

隨著超聲波在各行業(yè)的不斷發(fā)展，也讓超聲波有著全新的應(yīng)用，超聲波金屬焊接的技術(shù)，主要是通過超聲波產(chǎn)生的頻率波動轉(zhuǎn)變成電流，經(jīng)過調(diào)整后對焊接材料進行焊接。超聲波金屬焊接技術(shù)屬于冷焊接技術(shù)的一種，但是焊接原理也奠定著超聲波焊接存在一定的存現(xiàn)，目前針對超聲波焊接的質(zhì)量檢測中還存在部分難點，因此需要不斷的進行加強和研究。

一、聲發(fā)射技術(shù)

（一）聲發(fā)射技術(shù)原理

材料或者構(gòu)建在受力過程中出現(xiàn)變形或者產(chǎn)生裂縫的情況下，以彈性波形式釋放出的應(yīng)變能現(xiàn)象，可以成為聲發(fā)射，利用接收聲發(fā)射信號，對材料或者構(gòu)建進行動態(tài)無損檢測的技術(shù)，成為聲發(fā)射技術(shù)。聲發(fā)射中最為簡單的聲發(fā)射儀器為單通道聲發(fā)射儀，由壓電晶體只作為成的傳感器耦合在等待檢測的狀態(tài)上，通過傳感器接收聲發(fā)射信號之后，將微弱的機械振動轉(zhuǎn)變成電子信號，經(jīng)前置放大器來將信號放大，在利用濾波器將機械噪音去除，然后由住放大器將信號進一步擴發(fā)，一次來方便對信號的處理。處理聲發(fā)射信號的過程中，經(jīng)常會用使用脈沖計數(shù)法。單位時間的脈沖數(shù)量可以成為聲發(fā)射技術(shù)頻率；脈沖的總數(shù)也可以成為聲發(fā)射總數(shù)。門檻以及整形器對聲發(fā)射信號設(shè)置門檻電壓，當電壓輸出超過門檻設(shè)置的電壓時將會產(chǎn)生振鈴脈沖，并整形為方波脈沖，供技術(shù)頻計和計數(shù)計測量，再將生放射技術(shù)率以及聲發(fā)射總數(shù)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，有X-Y 記錄儀進行記錄。對于大型構(gòu)建進行強度質(zhì)量校核測驗的過程中，經(jīng)常會使用多通道的聲發(fā)射儀定位系統(tǒng)，將聲發(fā)射源定位系統(tǒng)與計算機進行整合，以此來對數(shù)據(jù)信息進行處理，可以對裂紋等缺陷產(chǎn)生的位置進行實時定位[1]。

（二）聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用

聲發(fā)射技術(shù)現(xiàn)階段已經(jīng)成為檢測試驗中對應(yīng)力分析的有效工作，在斷裂實驗中，可以利用聲發(fā)射技術(shù)來檢測裂紋和腐蝕斷裂的全過程，以及能夠建設(shè)材料疲勞斷裂擴展的過程等。除此之外，聲發(fā)射技術(shù)還能夠用在評價材料或者構(gòu)件完整性的試驗中，以此來對材料或者構(gòu)建的危險性進行判斷。

在超聲波焊接的過程中，當所焊接的金屬材料出現(xiàn)斷裂、內(nèi)部斷裂紋路或者其余雄獅的應(yīng)力釋放階段內(nèi)，金屬材料自身會發(fā)揮聲發(fā)射信號，并被傳感器感應(yīng)，通過數(shù)據(jù)采集器將所收集到的線管數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，利用計算機的分析能力對波形進行全面的分析。聲發(fā)射信號的主要特點包括幅值、能量、振鈴計數(shù)、上升時間、持續(xù)時間及門檻電壓等，這些數(shù)值參數(shù)都需要數(shù)據(jù)采集器進行記錄，從而確保參數(shù)的有效性和精準性。在分析的過程中，主要會對幅度、頻率、空間濾波等方面進行鑒別處理，常用的聲發(fā)射特點。通過特點闡述濾波，找到聲發(fā)射的獨特信號之后，需要對信號的波形進行深入的分析，波形的分析一般會采用時域分析和頻域分析兩種方法相結(jié)合的方式進行分析?，F(xiàn)階段科學研究的工作中，最常用的波形分析方式是頻域分析的方法，使用加窗數(shù)據(jù)或者與加窗相關(guān)的函數(shù)對FFT 變化計算進行函數(shù)估算，將時域信號轉(zhuǎn)變成頻域信號進行波形分析，從而很好的實現(xiàn)頻域特征的有效分離，判斷聲發(fā)射源目標所產(chǎn)生的獨特頻率和聲發(fā)射信號的強度，從而判定超聲波金屬焊接材料中是否產(chǎn)生缺陷。對信號進行分析與破壞性檢驗結(jié)果相對比，建立專業(yè)系統(tǒng)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)采集庫，從而更好的對超聲波金屬焊接質(zhì)量進行在線檢測和判斷[2]。

二、試驗檢測結(jié)果以及分析

從上述原理來看，試驗所使用的超聲波焊接技術(shù)是4kW/20kHz 的聲波技術(shù)，聲發(fā)射傳感器在焊接底座上進行安裝，與焊頭的振動方向保持平行，這樣的安裝才是符合標準的安裝，在底座安裝聲發(fā)射傳感器主要是減小超聲波振動對檢測數(shù)據(jù)結(jié)果造成的干擾。焊接樣品主要為0.1 毫米厚的銅片，實際焊接的最大功率為2.2kW，焊接時間為820ms，。從焊接的結(jié)果進行分析可以看出，樣品的焊點周圍產(chǎn)生較為嚴重的變形情況，但是沒有產(chǎn)生斷裂問題[3]。

電腦的數(shù)據(jù)采集信號特征參數(shù)在初步過濾后所產(chǎn)生的是時域信號，對信號進行FFT計量計算，將信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號的結(jié)果主要由圖1 所示。從圖1 的時域信號可以看出，聲發(fā)射信號在超聲波金屬焊接的750ms左右發(fā)出，這樣的結(jié)果也就表明超聲波金屬焊接過程即將完成時，才會產(chǎn)生聲發(fā)射的現(xiàn)象，說明一般金屬焊接的過程中缺陷的產(chǎn)生會在結(jié)尾的階段中。

圖1 聲發(fā)射頻域信號圖

三、結(jié)束語

通過試驗聲發(fā)射檢測系統(tǒng)以及對信號的分析研究，不斷對缺陷產(chǎn)生的原因以及不同缺陷的特點進行分析?，F(xiàn)階段聲發(fā)射無損檢測技術(shù)在超聲波金屬焊接中的應(yīng)用，正處于初級的研究階段，在不斷的研究中找尋可以全面落實的基本對策，即便現(xiàn)階段聲發(fā)射無損檢測技術(shù)處于研究階段的技術(shù)，但是已經(jīng)能夠明顯的看出聲發(fā)射無損檢測技術(shù)的發(fā)展空間和應(yīng)用潛力，在今后會重點對該項技術(shù)進行研究。