法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2017-04-26
授权
授权
2015-06-24
实质审查的生效 IPC(主分类):G01N19/08 申请日:20150116
实质审查的生效
2015-05-27
公开
公开
技术领域
本发明涉及涉及搅拌摩擦焊缝缺陷检测领域,具体涉及一种双轴肩搅拌摩擦焊缝孔 洞缺陷检测方法。
背景技术
搅拌摩擦焊(FSW)由英国焊接研究所(TWI)于1991年提出的一种固态连接方法。 与传统的熔化焊接方法相比较,搅拌摩擦焊具有晶粒细小,疲劳性能、拉伸性能和弯曲 性能良好、无尘烟、无气孔、无飞溅、节能、无需焊丝、焊接时不需使用保护气体、焊 接后残余应力和变形小等优点。搅拌摩擦焊最初用于铝合金,随着研究的深入,搅拌摩 擦焊不仅可以用于铝合金的焊接。还可用于铜、钛等其他金属以及不同金属之间的焊接。
但搅拌摩擦焊缝并非十全十美,也会产生各种缺陷,如常见的孔洞缺陷、隧道缺陷、 表面飞边等。对存在于表面的孔洞缺陷,可用目测检验;对存在于焊缝内部的孔洞或隧 道缺陷,目前可采用x射线检测、超声探伤等无损检测手段,或者将焊缝直接截断检查。 采用无损检测手段虽能实现检测目的,但操作较为繁琐,如采用截断检查,如截断检查, 则更为繁琐,且将焊缝彻底破坏了。
因此,如何改进或提出新的无损检测方法,是焊接工作者一直的追求。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种双轴肩搅拌摩擦焊缝 孔洞缺陷检测方法,根据低频信号和周期振荡信号的幅值变化情况来判断焊缝孔洞缺 陷,方法简易。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明的一种双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测 方法,针对搅拌摩擦焊接过程中搅拌头所承受的扭矩,分别提取扭矩信号中的低频信号 和周期振荡信号,然后检测低频信号幅值和周期振荡信号的幅值变化情况,当低频信号 的幅值出现拐点和极小值、且周期振荡信号幅值超过阀值时,可判断此时焊接出现了弱 连接,由此判断焊缝内部存在孔洞缺陷。
所述的双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测方法,具体包括以下步骤:
第一步:根据搅拌头的旋转速度ω(单位为rpm)确定修正系数k, k=0.00274ω-0.0689;
第二步:确定周期振荡信号的频率f的范围,
第三步:通过滤波器提取原始焊接扭矩信号T中的低频信号TL和周期振荡信号 To,对TL、To的序列的总长进行修正,使总长为L的整10倍,L是对60*fs/ω的取整,fs是原始焊接扭矩信号T的的采样频率,从TL、To的列首开始,分别取一段长度为10L的 信号组成sL、so,作为初始搜索数据源;
第四步:搜索sL的拐点AG,对低频信号sL的离散信号求取一阶导数和二阶导数, 当两者均为零且对应一阶导数由负变正的时刻所对应的点为拐点AG,如有,则转下一 步,如没有,转入第七步;
第五步:搜索极小值AMIN,拐点AG出现后,继续检测与AG相邻的极小值点,当一 阶导数为零、二阶导数大于零的点为极小值点AMIN,判断AMIN是否小于或等于低频信 号的阀值AF1,如果AMIN小于或等于AF1,则进行第六步;如果大于AF1,则至第七步;
第六步:对周期振荡信号so进行求解一阶导数和二阶导数,当一阶导数为零、二 阶导数大于零的点为极小值点,搜索so中出现的极小值,取算术平均的绝对值AM,判 断AM是否大于或等于周期振荡信号so的阈值AF2,如是,则判定此处为缺陷可能发生 点,并记录,用于后续复查;如AM小于AF2,则视为正常点;
第七步:判断TL是否已经读取完毕,如果已经读取完毕,转入第九步;如果未读 取完毕,转入下一步;
第八步:保持搜索源sL、so段长10L不变,向列尾方向按序移动,移动长度为L, 组成新的搜索数据源,转入第四步;
第九步:检测结束。
作为优选,所述第三步中滤波器包含低通滤波器和带通滤波器,低通滤波器的截止 频率为3Hz,原始焊接扭矩信号T通过所述低通滤波器提取出低频信号TL,带通滤波器 的上截止频率为下截止频率为k为修正系数,原始焊接扭矩信号T通 过所述带通滤波器提取出周期振荡信号To。
在本发明中,对sL的离散信号求取一阶导数和二阶导数,当两者均为零且对应一阶 导数由负变正的时刻所对应的点为拐点AG;拐点AG出现后,继续检测与AG相邻的极 小值点,当一阶导数为零、二阶导数大于零的点为极小值点AMIN,本发明中,低频信号 sL大于零。
在本发明中,对so的离散信号求取一阶导数和二阶导数,当一阶导数为零、二阶导 数大于零的点就为极小值点;由于so为周期振荡信号、且关于时间轴对称,极大或极 小值的绝对值就是信号的幅值,因此可检测so出现的极小值,取这些极小值的算术平 均的绝对值,即为幅值平均值,记为AM。
本发明的方法,适用于正常匀速焊接阶段,在于双轴肩搅拌摩擦焊接开始阶段,搅 拌头会将部分金属挤出焊缝,导致扭矩信号不稳定,所述检测方法无效;双轴肩搅拌 摩擦焊接收尾阶段,即焊缝形成U形开口时,扭矩信号同样不稳定,所述检测方法无 效。
有益效果:本发明的双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测方法,具有以下优点:
(1)基于双轴肩搅拌摩擦焊接扭矩的频谱,根据低频信号和周期振荡信号的幅值变 化情况来判断焊缝孔洞缺陷,方法简易;
(2)该方法成本低廉,无需x射线检测等方法设备的大量投入;
(3)该方法不对焊缝进行破坏,适合于低连接强度要求、无需破坏焊缝检测的场合。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明涉及的焊接扭矩原始信号的采集,已有相关技术公开,可直接采用。
以搅拌头的旋转速度为600rpm、厚度为6mm型号为6061的铝合金、原始扭矩信号的 采样频率fs为50Hz为例,检测流程请参见图1:
Step1:根据旋转速度ω=600rpm,k=0.00274ω-0.0689,确定修正系数 k=1.5751;
Step2:根据算式确定周期振荡信号的频率f范围为 [18.54Hz,20Hz];
Step3:设计低通滤波器,截止频率为3Hz;
Step4:设计带通滤波器,上截止频率为20Hz,下截止频率为18.54Hz;
Step5:以原始焊接扭矩信号T为低通滤波器、带通滤波器的输入,则分别记录相 应的输出低频信号TL、周期振荡信号To;
Step6:对TL、To的序列的总长进行修正,使总长为L(L=5)的整10倍;分别从 TL、To的列首开始,取一段长度的sL、so的信号作为初始搜索数据源,信 号长度为10L;
Step7:搜索搜索源sL的拐点AG,如有,则转下一步,如没有,转入Step10;
Step8:搜索极小值AMIN,判断AMIN是否小于或等于低频信号的阀值AF1(此时设定 AF1=15),如果AMIN小于或等于AF1,则进行Step9;如果大于AF1,则至 Step10;
Step9:搜索搜索源so中所出现的极小值的算术平均,并取绝对值AM,判断AM是否大于或等于周期振荡信号的阈值AF2(此时设定AF2=5),如是,则判 定此处为缺陷可能发生点,并记录;如AM小于AF2,则视为正常点。
Step10:判断TL是否已经读取完毕,如果已经读取完毕,转入Step12;如果未读 取完毕,转入下一步。
Step11:保持搜索源sL、so段长10L不变,向列尾方向按序移动,移动长度为L, 组成新的搜索数据源,转入Step7。
Step12:检测结束。
在第十一步中,原有的搜索源向原有的信号的列尾移动,移动长度为L,作为新的 搜索源sL、so,新的搜索源sL被用在第七步、第九步中;转入第七步时,搜索sL的新拐 点Ao;第九步中,计算新的周期振荡信号so所有的极小值,并计算所有极小值算术平 均值,并取平均值的绝对值。
在上述步骤完成后,即可完成双轴肩搅拌摩擦焊接过程中孔洞缺陷的检测;这种检 测方法,特别提取了扭矩信号中低频和高频成分的信息,更真实全面地反映了缺陷特征, 同时检测方式简单易行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员 来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
机译: 具有非周向凸肩的搅拌摩擦焊接工具和方法
机译: 具有非周向凸肩的搅拌摩擦焊接工具和方法
机译: 用于实现搅拌摩擦焊接销工具的销对肩工具分离的设备和方法