王麗萍 石永佳 那敬

摘要：超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)由于其實(shí)用性高、操作便捷且設(shè)備投入也相對(duì)較低的特點(diǎn)，在無(wú)損檢測(cè)方面發(fā)揮著十分重要的作用。本文將結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭的超聲波檢測(cè)進(jìn)行探究，并且結(jié)合AR功率譜來(lái)提高超聲波檢測(cè)在低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭檢測(cè)中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：低碳鋼;非理想結(jié)合;摩擦焊接頭;超聲波檢測(cè)

引言：

和其他檢測(cè)方式相比，利用超聲波對(duì)工件進(jìn)行檢查，能夠在不破壞工件原有的形態(tài)和保持工件使用性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)工件內(nèi)部的檢查，然而在利用超聲波對(duì)低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)常規(guī)的超聲波檢測(cè)難以發(fā)現(xiàn)低碳鋼摩擦焊接頭中的一些缺陷，在這種情況情況下可以結(jié)合AR功率譜進(jìn)行缺陷的識(shí)別和分析，進(jìn)而保證檢測(cè)的效果。

1 低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭超聲波檢測(cè)的試驗(yàn)背景

超聲波檢測(cè)的基本工作原理是，對(duì)超聲波與工件相互作用下反射、投射和散射的波進(jìn)行分析，從而通過(guò)數(shù)據(jù)分析對(duì)被檢測(cè)物的缺陷狀態(tài)進(jìn)行判斷。超聲波無(wú)損檢測(cè)在對(duì)焊接質(zhì)量的檢測(cè)中發(fā)揮著十分重要的作用，但是受到一些客觀因素的影響，超聲波檢測(cè)在面對(duì)到低碳鋼摩擦焊接頭的一些特殊缺陷時(shí)，檢測(cè)的效果較差，難以對(duì)低碳鋼非理想結(jié)合摩擦頭的弱結(jié)合、未熔合和灰斑等問(wèn)題進(jìn)行有效識(shí)別，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品可能存在一定的安全隱患。

本文在對(duì)低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭的超聲波檢測(cè)進(jìn)行簡(jiǎn)要探究時(shí)，將主要結(jié)合信號(hào)處理技術(shù)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理和分析，從而對(duì)超聲波檢測(cè)在低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭的應(yīng)用中存在的不敏感缺陷進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)是在某公司生產(chǎn)的型號(hào)為C4-Ⅰ的連續(xù)驅(qū)動(dòng)式摩擦焊接機(jī)上完成的，所選用的焊接材料是A3鋼，摩擦焊的焊接接頭直徑是14mm，為了保證試驗(yàn)效果，在完成焊接之后，將焊接接頭加工為60mm長(zhǎng)的試樣，并且保證焊接的界面處在試樣的中心位置，同時(shí)將焊接飛邊去除。此外，通過(guò)改變摩擦焊接過(guò)程中的工藝參數(shù)來(lái)獲得不同的試樣，圖表1為摩擦焊過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的具體數(shù)值。

2.2 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)所選擇的超聲波檢測(cè)設(shè)備是CTS-21型超聲波探傷儀，簡(jiǎn)要試驗(yàn)流程如圖表二所示。

本次低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭超聲波檢測(cè)中使用的是單發(fā)單收的模式，試驗(yàn)過(guò)程中超聲波檢測(cè)設(shè)備探頭中心的頻率為5MHz的寬頻帶，使用的是采樣頻率為20MHz的A/D轉(zhuǎn)換器，本次試驗(yàn)所采取的檢測(cè)方法為水浸法。具體檢測(cè)流程為將超聲波檢測(cè)設(shè)備的探頭通過(guò)專(zhuān)門(mén)的夾具固定在水中，將回波信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換器采集并儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)之中

為了驗(yàn)證超聲波檢測(cè)的結(jié)果，在檢測(cè)完成后將試驗(yàn)過(guò)程中所使用試樣的焊接接頭結(jié)合面開(kāi)一個(gè)淺槽，隨后在液氮溫度下打斷，進(jìn)而對(duì)焊接接頭的結(jié)合面情況進(jìn)行觀察采集，并且使用求積儀對(duì)焊接接頭的缺陷進(jìn)行測(cè)量和記錄。

3 試驗(yàn)結(jié)果

在本次低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭的超聲波檢測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中，在試樣不同的情況下，所采集到的反射信號(hào)之間的差別較小，這也就意味著無(wú)法直接通過(guò)對(duì)反射信號(hào)的分析來(lái)判斷摩擦焊接頭的結(jié)合面是否存在著缺陷，以及該缺陷的類(lèi)型和面積，這證明了超聲波檢測(cè)法在對(duì)低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭的檢測(cè)中存在著一定的不足。

結(jié)合AR功率譜對(duì)本次試驗(yàn)過(guò)程中儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的回波信號(hào)進(jìn)行分析處理之后，則能夠通過(guò)AR功率譜來(lái)獲取能夠反映焊接接頭缺陷的特征量。從圖表3中可以發(fā)現(xiàn)，AR功率譜的特征能夠準(zhǔn)確地反映出摩擦焊接接頭結(jié)合面是否存在發(fā)藍(lán)未熔合、未發(fā)藍(lán)未熔合、灰斑這三種缺陷。

圖表3的記錄證明了AR功率譜能夠有效反映出缺陷是否存在，而對(duì)圖表4進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，AR功率譜的特征值與摩擦焊接接頭結(jié)合面存在的缺陷的尺寸有一定的聯(lián)系，并且能夠形成一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，甚至在一定程度上，能夠通過(guò)對(duì)AR功率譜形狀的分析來(lái)知曉低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭存在的缺陷形狀。

在低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭的超聲波檢測(cè)中結(jié)合AR功率譜，主要是基于缺陷存在的情況下，所反射的回波頻率組成與無(wú)缺陷情況下所反射的回波頻率組成有一定的變化，因此通過(guò)AR功率譜對(duì)反射回波信號(hào)的波譜進(jìn)行分析能夠獲得缺陷的特征。

4 試驗(yàn)結(jié)論

在低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭的超聲波檢測(cè)中，超聲波對(duì)一些缺陷不敏感的原因主要在于一些缺陷的厚度和尺寸較小，且介質(zhì)差異也較小，或者存在缺陷為不連續(xù)點(diǎn)結(jié)合的現(xiàn)象，在這些情況下利用超聲波進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，所反射的回波波幅小，因此難以對(duì)缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。

通過(guò)本次低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭的超聲波檢測(cè)試驗(yàn)，可以得到三個(gè)試驗(yàn)結(jié)論，首先是接頭中的未熔合和灰斑屬于超聲波不敏感缺陷，使用常規(guī)超聲波進(jìn)行檢測(cè)難以進(jìn)行有效檢測(cè);其次是利用AR功率譜對(duì)特征量進(jìn)行分析，可以有效地對(duì)不敏感缺陷進(jìn)行識(shí)別;最后，AR功率譜的特征值和缺陷的尺寸之間具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

結(jié)束語(yǔ)：

焊接的質(zhì)量是影響產(chǎn)品質(zhì)量中十分關(guān)鍵的因素，因此必須加強(qiáng)對(duì)焊接質(zhì)量的檢測(cè)，作為一種無(wú)損檢測(cè)方法超聲波檢測(cè)得到了十分廣泛的應(yīng)用，但受到一些客觀因素的影響，超聲波檢測(cè)也存在一定的不足，尤其是在低碳鋼非理想結(jié)合摩擦焊接頭的超聲波檢測(cè)中，一些超聲波不敏感缺陷不容易被檢測(cè)出來(lái)，可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量埋下一定的安全隱患，由此應(yīng)該不斷優(yōu)化超聲波檢測(cè)的方法，提高超聲波檢測(cè)的效率。

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（作者單位：中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司）