作者：Lisa Logan，PVA TEPLA的SAM应用经理

工业、航空航天和医疗领域的制造商越来越多地转向基于超声波的扫描声学显微镜（SAM）技术，通过检查其内部结构、界面和表面来确保器件的良好附着力和机械完整性。由于潜在的缺陷可能出现在不同的层中，因此需要更先进的设备来同时检查每一层。

许多人都选择外包SAM服务，而不是在内部进行质量检测。外包为制造商提供了关键优势，包括节省SAM系统的资本成本、获得图像管理和分析方面的专业知识，以及诊断和分解材料缺陷的能力。“客户通常来找我们进行SAM测试以满足三个需求中的一个，”位于加利福尼亚州桑尼维尔的PVA TePla America的SAM应用经理Lisa Logan说，他们为PVA TePla Analytical和OKOS提供合同服务和销售，而这两个部门设计并制造先进的扫描声学显微镜。“作为产品研发的一部分，工程团队可能正在评估焊接、键合或粘合剂的有效性。当产品投入生产时，我们可能会被要求扫描零件托盘以进行质量保证测试。我们还可以使用SAM测试来调查特定部件失效的原因。”

“通常，当客户来找我们时，他们不知道自己遇到了什么问题。如果它相对容易解决，则无需投入时间和费用在内部安装SAM系统，”她补充道。

外包SAM服务也可以更好地适应那些一次性的项目。

“客户的项目可能是有限的，”Logan说。“他们可能只需要扫描10,000个零件，然后项目就完成了。在这种情况下，外包工作更具成本效益。”

“便利也是一个重要的因素，”Logan补充道。“将零件交给值得信赖的合作伙伴进行评估会更简单。当我们的客户无法分析出问题，并要求我们利用我们的专业知识为他们确定问题时，他们通常会给我们一个零件进行分析。”

解决问题

位于加利福尼亚州纽瓦克的加州钎焊公司（California Brazing）使用SAM检测来验证和认可其客户要求的工艺，并符合美国焊接协会关于铝、不锈钢和铜等材料的钎焊规范。在钎焊过程中，通过将填充材料熔化并流入接合处，而不熔化工件，从而将金属连接在一起。

“钎焊规范规定了使用无损检测分析内部不连续性的公认质量要求，”加州钎焊公司总经理Jeff Ager说。

“根据我们的经验，超声波[SAM]为我们提供了最高分辨率的图像，而且与X射线技术相比，它们也更容易解释。”

“我们使用SAM技术来验证和认可我们的流程是否始终符合规范。这种测试最初是在零件的首件上进行的，特别是对于我们的航空航天和国防客户，因为他们有独特的要求。这些部件可以是各种尺寸——从1×1英寸到30×30英寸不等。”

他补充说：“当我们有潜在的钎焊失效需要调查时，我们首先会去PVA TePla的Lisa和她的团队进行测试，以确定它发生的确切位置。如有必要，我们也会进行破坏性测试，但前提是我们使用SAM确定了失效的精确位置。”

卓越的无损检测

SAM使用声波与样品弹性特性的相互作用来对不透明材料的内部进行成像。换能器是SAM系统的核心，将聚焦的声音引导到目标物体的一个小点上。撞击物体的声音要么被散射、被吸收、被反射（以180度散射），要么被传播（以0度散射）。通过检测散射脉冲的方向和“飞行时间”，可以确定边界或物体的存在及其间距。

要使用SAM生成图像，需要逐点逐行扫描样本。扫描模式范围从单层视图到托盘扫描和横截面。多层扫描可包含多达50个独立层。

显微图像的分辨率取决于声频、材料特性和换能器的孔径。换能器发挥着如此重要的作用，以至于PVA TePla等制造商设计和制造了大量的不同的换能器，用于其承包的测试服务。超声波信号的频率可以增加到GHz范围，这使得检测亚微米范围内的缺陷成为可能。

在PVA，他们的合同测试服务仅在公司制造的设备上进行，即300HD2、302HD2、500HD2和501HD2扫描仪。这些扫描仪使用高达400MHz的换能器提供从200μm×200μm到500mm×500mm的扫描范围。PVA的专有换能器提供高图像分辨率来评估每个部件的完整性。鉴于它扮演的关键角色，深入了解可用的高级软件功能是另一个重要的优势。

“购买设备的SAM测试机构可能只熟悉该软件的某些功能，”Logan说。“作为制造商，我们则必须了解所有功能，甚至可以在需要时要求定制。”

解释图像

设备的质量及其使用知识只是SAM测试的一个因素。操作SAM系统需要训练有素的技术人员，更重要的是，需要有配置设备和解释扫描图像的经验。设置扫描和解释图像类似于放射科医生读取内科患者的核磁共振扫描。

“想象一下，如果您做了核磁共振，”Logan说。“您一定想让您的医生拥有尽可能清晰的图像以做出最佳医疗决定。当您意识到未检测到的缺陷会对零件产生灾难性影响时，质量检测也是如此。”

SAM系统专家知道如何使用三种不同的成像模式A、B和C。A模式是X、Y或Z点，并提供有关零件内部发生的所有回波的信息。这些回波为材料分析、飞行时间成像、振幅和极性提供了宝贵的见解。必须适当解释A扫描，以生成准确的B或C扫描，并与客户共享。

“操作人员需要解释、聚焦和改变A扫描的体积，并调整某些方面以使图像准确，”Logan说。“重要的是要确保图像不会传达虚假的信息。”

根据Logan的说法，PVA TePla通常测试的产品范围从最小的电子元件到50磅重的铝制零件。“非常小和非常薄的部分增加了解释的难度，因为界面的回声变得非常小而且靠得很近，”Logan说。“它会导致回声重叠，你最终不得不调整使用的频率。随着频率增高，管理换能器就变得更加困难。”

根据加州钎焊公司的Ager的说法，“我们曾考虑过在公司内进行超声波检测，但要做到这一点，我们需要有人可以读取图像并帮助解释它们。找到具有这种深度经验的人并不容易。”“我们与PVA TePla有着非常好的工作关系，”Ager说。“因为Lisa非常熟悉我们的工艺和我们制造的产品类型，因此，几乎不需要过多互动。我认为他们最大的优势——对我们的工艺有深刻的理解。”

“我们通常会在几天内从PVA TePla获得结果，”Ager说。“我们可能会就进一步关注特定区域或某个层进行对话，之后Lisa会回去专注于那个区域或者层。”

寻找您的SAM合作伙伴

在选择SAM合作伙伴外包进行质量检测和失效分析时，制造商应考虑SAM设备与其测试需求的匹配程度，以及测试团队经验的广度和深度。

对SAM设备的深入了解对于优化图像分辨率至关重要。理想的情况是在声学显微镜制造及其软件开发方面拥有工厂级的经验。有了强大的SAM外包合作伙伴，制造商可以有效地添加强大的资源来解决他们的质量检测和失效分析挑战。