基于声发射技术的超声波金属焊接质量在线检测研究

于风涛 山东赛福特技术检测有限公司

随着超声波在各行业的不断发展，也让超声波有着全新的应用，超声波金属焊接的技术，主要是通过超声波产生的频率波动转变成电流，经过调整后对焊接材料进行焊接。超声波金属焊接技术属于冷焊接技术的一种，但是焊接原理也奠定着超声波焊接存在一定的存现，目前针对超声波焊接的质量检测中还存在部分难点，因此需要不断的进行加强和研究。

一、声发射技术

（一）声发射技术原理

材料或者构建在受力过程中出现变形或者产生裂缝的情况下，以弹性波形式释放出的应变能现象，可以成为声发射，利用接收声发射信号，对材料或者构建进行动态无损检测的技术，成为声发射技术。声发射中最为简单的声发射仪器为单通道声发射仪，由压电晶体只作为成的传感器耦合在等待检测的状态上，通过传感器接收声发射信号之后，将微弱的机械振动转变成电子信号，经前置放大器来将信号放大，在利用滤波器将机械噪音去除，然后由住放大器将信号进一步扩发，一次来方便对信号的处理。处理声发射信号的过程中，经常会用使用脉冲计数法。单位时间的脉冲数量可以成为声发射技术频率；脉冲的总数也可以成为声发射总数。门槛以及整形器对声发射信号设置门槛电压，当电压输出超过门槛设置的电压时将会产生振铃脉冲，并整形为方波脉冲，供技术频计和计数计测量，再将生放射技术率以及声发射总数转换为直流电压信号，有X-Y 记录仪进行记录。对于大型构建进行强度质量校核测验的过程中，经常会使用多通道的声发射仪定位系统，将声发射源定位系统与计算机进行整合，以此来对数据信息进行处理，可以对裂纹等缺陷产生的位置进行实时定位[1]。

（二）声发射技术应用

声发射技术现阶段已经成为检测试验中对应力分析的有效工作，在断裂实验中，可以利用声发射技术来检测裂纹和腐蚀断裂的全过程，以及能够建设材料疲劳断裂扩展的过程等。除此之外，声发射技术还能够用在评价材料或者构件完整性的试验中，以此来对材料或者构建的危险性进行判断。

在超声波焊接的过程中，当所焊接的金属材料出现断裂、内部断裂纹路或者其余雄狮的应力释放阶段内，金属材料自身会发挥声发射信号，并被传感器感应，通过数据采集器将所收集到的线管数据传输到计算机中，利用计算机的分析能力对波形进行全面的分析。声发射信号的主要特点包括幅值、能量、振铃计数、上升时间、持续时间及门槛电压等，这些数值参数都需要数据采集器进行记录，从而确保参数的有效性和精准性。在分析的过程中，主要会对幅度、频率、空间滤波等方面进行鉴别处理，常用的声发射特点。通过特点阐述滤波，找到声发射的独特信号之后，需要对信号的波形进行深入的分析，波形的分析一般会采用时域分析和频域分析两种方法相结合的方式进行分析。现阶段科学研究的工作中，最常用的波形分析方式是频域分析的方法，使用加窗数据或者与加窗相关的函数对FFT 变化计算进行函数估算，将时域信号转变成频域信号进行波形分析，从而很好的实现频域特征的有效分离，判断声发射源目标所产生的独特频率和声发射信号的强度，从而判定超声波金属焊接材料中是否产生缺陷。对信号进行分析与破坏性检验结果相对比，建立专业系统的经验数据采集库，从而更好的对超声波金属焊接质量进行在线检测和判断[2]。

二、试验检测结果以及分析

从上述原理来看，试验所使用的超声波焊接技术是4kW/20kHz 的声波技术，声发射传感器在焊接底座上进行安装，与焊头的振动方向保持平行，这样的安装才是符合标准的安装，在底座安装声发射传感器主要是减小超声波振动对检测数据结果造成的干扰。焊接样品主要为0.1 毫米厚的铜片，实际焊接的最大功率为2.2kW，焊接时间为820ms，。从焊接的结果进行分析可以看出，样品的焊点周围产生较为严重的变形情况，但是没有产生断裂问题[3]。

电脑的数据采集信号特征参数在初步过滤后所产生的是时域信号，对信号进行FFT计量计算，将信号转变为频域信号的结果主要由图1 所示。从图1 的时域信号可以看出，声发射信号在超声波金属焊接的750ms左右发出，这样的结果也就表明超声波金属焊接过程即将完成时，才会产生声发射的现象，说明一般金属焊接的过程中缺陷的产生会在结尾的阶段中。

图1 声发射频域信号图

三、结束语

通过试验声发射检测系统以及对信号的分析研究，不断对缺陷产生的原因以及不同缺陷的特点进行分析。现阶段声发射无损检测技术在超声波金属焊接中的应用，正处于初级的研究阶段，在不断的研究中找寻可以全面落实的基本对策，即便现阶段声发射无损检测技术处于研究阶段的技术，但是已经能够明显的看出声发射无损检测技术的发展空间和应用潜力，在今后会重点对该项技术进行研究。