解決方案|基于LabVIEW的異種金屬復合構(gòu)件熱-力耦合電檢測系統(tǒng)

　　異種金屬連接構(gòu)件在熱-力耦合工況條件下服役時，在熱、力的作用下異質(zhì)連接界面會發(fā)生應力變形導致連接界面位置產(chǎn)生空洞、裂紋等缺陷。缺陷影響材料的導電性能，可利用電阻分析技術對裂紋的萌生和擴展進行監(jiān)測。基于 LabVIEW編程語言環(huán)境，利用數(shù)據(jù)采集卡及霍爾電流、電壓傳感器、溫度、位移傳感器設計了一套熱-力耦合電檢測系統(tǒng)。結(jié)合鋁/鋼連續(xù)驅(qū)動摩擦焊實例，通過分析動態(tài)電阻和延伸率的變化，得到復合構(gòu)件在服役過程中接頭失效機理。實踐證明，該系統(tǒng)可為異種金屬連接構(gòu)件的實驗研究及現(xiàn)場服役監(jiān)測提供技術支持。

　　1、硬件系統(tǒng)

　　搭建的熱-力耦合實驗平臺如圖1所示。整個實驗平臺包括加熱設備、恒流直流電源、數(shù)據(jù)采集卡和傳感器模塊。加熱設備為采用PID程序控制的立式管式爐，能夠滿足實驗的精度需要。直流電源為艾德克斯IT6832，可提供0~32 V、0~6 A的調(diào)節(jié)范圍，恒流模式下精度為0.2%，設定值+10 mA。采用NI USB-6009數(shù)據(jù)采集卡對熱-電耦合實驗中的電壓信號進行采集，數(shù)據(jù)采集卡提供有8個模擬輸入通道，單通道最大采樣率為48 kS/s，允許的輸入量程為±10 V。傳感模塊包括霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器、溫度傳感器及信號放大電路組成和位移傳感器?；魻栯娏鱾鞲衅鳛镃HB-25NP，通過選擇5 A的量程范圍可以對0±7 A的直流、交流及脈沖電流信號進行測量，輸出與原邊相同波形的電流信號，配合放大電路使其輸出為電壓信號。電壓傳感器選擇CHV-25P，原邊輸入范圍為0±14 mA，輸出端同樣為電流信號，需要配合放大電路轉(zhuǎn)化為電壓信號。溫度傳感器為K型熱電偶搭配AD8495芯片對其進行溫度轉(zhuǎn)換，測量實驗溫度的變化值。DA-5直線位移傳感器分辨率為0.1 μm，可輸出0±5 V范圍的電壓值，測量在熱-力耦合過程中位移的變化范圍。采用立式加熱爐進行加熱，底部砝碼連接夾具施加豎直方向的載荷力。

　　2 軟件系統(tǒng)

　　軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊。軟件系統(tǒng)主要對長時間的熱-力耦合過程施加在復合構(gòu)件上的電流信號，產(chǎn)生的電壓信號、實驗溫度以及縱向位移量等數(shù)據(jù)進行采集、處理和儲存，然后計算出實驗過程中的動態(tài)電阻和延伸率。

　　系統(tǒng)前面板主要由采集路徑設置、通道設置、采樣設置、數(shù)據(jù)顯示界面組成，如圖2所示。實驗時可對文件存儲路徑、采集通道、采樣率等相關參數(shù)進行設置，同時設置均值時間，以滿足不同的精度需求。在軟件系統(tǒng)上主要有DAQmx創(chuàng)建采集通道、采樣時鐘以及讀取設置完成對各路電壓信號的同步采集。數(shù)據(jù)處理模塊要求較高的采樣率以及采樣精度的同時，還需要盡可能產(chǎn)生少的數(shù)據(jù)量。對原始數(shù)據(jù)進行均值化處理可以消除在量綱和數(shù)量上的影響，全面反映出原始數(shù)據(jù)中的變異程度使結(jié)果更加準確。均勻化處理用式（1）表明：

　　式中　P為采樣率；t為均值時間；x1為處理后數(shù)據(jù)。

　　對處理后各通道數(shù)據(jù)增加標簽和相應時間，以文本的形式儲存在計算機中。程序的后面板如圖3所示。

　　總結(jié)

　?。?）利用LabVIEW開發(fā)了一套適合長時間進行異質(zhì)構(gòu)件熱-力耦合實驗的采集系統(tǒng)，系統(tǒng)具有采集精度高、可靠性強等優(yōu)點，通過對動態(tài)電阻的采集分析得出復合構(gòu)件可靠性的評估。

　?。?）通過鋁/鋼連續(xù)驅(qū)動焊接構(gòu)件實例對采集系統(tǒng)進行了驗證。宏觀上構(gòu)件延伸率的增加導致界面位置出現(xiàn)明顯的頸縮現(xiàn)象。微觀上依據(jù)動態(tài)電阻的變化可以分為穩(wěn)態(tài)期、裂紋萌生期、深塑區(qū)裂紋擴展期、界面穩(wěn)定期四個階段。利用電阻檢測技術，揭示了裂紋在鋁鋼復合構(gòu)件深塑區(qū)的演變趨勢。