于風(fēng)濤 山東賽福特技術(shù)檢測(cè)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(guò)超聲波產(chǎn)生的頻率波動(dòng)轉(zhuǎn)變成電流，經(jīng)過(guò)調(diào)整后對(duì)焊接材料進(jìn)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(duì)超聲波焊接的質(zhì)量檢測(cè)中還存在部分難點(diǎn)，因此需要不斷的進(jìn)行加強(qiáng)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(guò)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(hào)，對(duì)材料或者構(gòu)建進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)，成為聲發(fā)射技術(shù)。聲發(fā)射中最為簡(jiǎn)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(cè)的狀態(tài)上，通過(guò)傳感器接收聲發(fā)射信號(hào)之后，將微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變成電子信號(hào)，經(jīng)前置放大器來(lái)將信號(hào)放大，在利用濾波器將機(jī)械噪音去除，然后由住放大器將信號(hào)進(jìn)一步擴(kuò)發(fā)，一次來(lái)方便對(duì)信號(hào)的處理。處理聲發(fā)射信號(hào)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)用使用脈沖計(jì)數(shù)法。單位時(shí)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(mén)檻以及整形器對(duì)聲發(fā)射信號(hào)設(shè)置門(mén)檻電壓，當(dāng)電壓輸出超過(guò)門(mén)檻設(shè)置的電壓時(shí)將會(huì)產(chǎn)生振鈴脈沖，并整形為方波脈沖，供技術(shù)頻計(jì)和計(jì)數(shù)計(jì)測(cè)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(hào)，有X-Y 記錄儀進(jìn)行記錄。對(duì)于大型構(gòu)建進(jìn)行強(qiáng)度質(zhì)量校核測(cè)驗(yàn)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)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(jì)算機(jī)進(jìn)行整合，以此來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，可以對(duì)裂紋等缺陷產(chǎn)生的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)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(cè)試驗(yàn)中對(duì)應(yīng)力分析的有效工作，在斷裂實(shí)驗(yàn)中，可以利用聲發(fā)射技術(shù)來(lái)檢測(cè)裂紋和腐蝕斷裂的全過(guò)程，以及能夠建設(shè)材料疲勞斷裂擴(kuò)展的過(guò)程等。除此之外，聲發(fā)射技術(shù)還能夠用在評(píng)價(jià)材料或者構(gòu)件完整性的試驗(yàn)中，以此來(lái)對(duì)材料或者構(gòu)建的危險(xiǎn)性進(jìn)行判斷。

在超聲波焊接的過(guò)程中，當(dāng)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(huì)發(fā)揮聲發(fā)射信號(hào)，并被傳感器感應(yīng)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器將所收集到的線管數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，利用計(jì)算機(jī)的分析能力對(duì)波形進(jìn)行全面的分析。聲發(fā)射信號(hào)的主要特點(diǎn)包括幅值、能量、振鈴計(jì)數(shù)、上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間及門(mén)檻電壓等，這些數(shù)值參數(shù)都需要數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行記錄，從而確保參數(shù)的有效性和精準(zhǔn)性。在分析的過(guò)程中，主要會(huì)對(duì)幅度、頻率、空間濾波等方面進(jìn)行鑒別處理，常用的聲發(fā)射特點(diǎn)。通過(guò)特點(diǎn)闡述濾波，找到聲發(fā)射的獨(dú)特信號(hào)之后，需要對(duì)信號(hào)的波形進(jìn)行深入的分析，波形的分析一般會(huì)采用時(shí)域分析和頻域分析兩種方法相結(jié)合的方式進(jìn)行分析。現(xiàn)階段科學(xué)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(duì)FFT 變化計(jì)算進(jìn)行函數(shù)估算，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)變成頻域信號(hào)進(jìn)行波形分析，從而很好的實(shí)現(xiàn)頻域特征的有效分離，判斷聲發(fā)射源目標(biāo)所產(chǎn)生的獨(dú)特頻率和聲發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度，從而判定超聲波金屬焊接材料中是否產(chǎn)生缺陷。對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與破壞性檢驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，建立專業(yè)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集庫(kù)，從而更好的對(duì)超聲波金屬焊接質(zhì)量進(jìn)行在線檢測(cè)和判斷[2]。

二、試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果以及分析

從上述原理來(lái)看，試驗(yàn)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(jìn)行安裝，與焊頭的振動(dòng)方向保持平行，這樣的安裝才是符合標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)對(duì)檢測(cè)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(shí)際焊接的最大功率為2.2kW，焊接時(shí)間為820ms，。從焊接的結(jié)果進(jìn)行分析可以看出，樣品的焊點(diǎn)周圍產(chǎn)生較為嚴(yán)重的變形情況，但是沒(méi)有產(chǎn)生斷裂問(wèn)題[3]。

電腦的數(shù)據(jù)采集信號(hào)特征參數(shù)在初步過(guò)濾后所產(chǎn)生的是時(shí)域信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT計(jì)量計(jì)算，將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號(hào)的結(jié)果主要由圖1 所示。從圖1 的時(shí)域信號(hào)可以看出，聲發(fā)射信號(hào)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(guò)程即將完成時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射的現(xiàn)象，說(shuō)明一般金屬焊接的過(guò)程中缺陷的產(chǎn)生會(huì)在結(jié)尾的階段中。

圖1 聲發(fā)射頻域信號(hào)圖

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)以及對(duì)信號(hào)的分析研究，不斷對(duì)缺陷產(chǎn)生的原因以及不同缺陷的特點(diǎn)進(jìn)行分析。現(xiàn)階段聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在超聲波金屬焊接中的應(yīng)用，正處于初級(jí)的研究階段，在不斷的研究中找尋可以全面落實(shí)的基本對(duì)策，即便現(xiàn)階段聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展空間和應(yīng)用潛力，在今后會(huì)重點(diǎn)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究。