一種利用電阻點焊過程聲發(fā)射信號能量當量定量檢測熔核裂紋的方法
【專利摘要】一種利用電阻點焊過程聲發(fā)射信號能量當量定量檢測熔核裂紋的方法，包括：實時采集電阻點焊過程的結構負載聲發(fā)射信號，繪制動態(tài)波形圖；提取出裂紋的聲發(fā)射信號；統(tǒng)計幅度分布；將幅度大小分為若干等級Mi，并按超過各幅度等級的聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)Ni分別進行累計，得到振鈴計數(shù)的對數(shù)值log10Ni，得到散點分布圖；進行直線擬合，形成直角三角形，求出面積，即為對應的電阻點焊熔核裂紋的能量當量。設定一能量當量門限值，當能量當量低于該門限值時，判定該聲發(fā)射源為低能量聲發(fā)射源；當高于該門限值時，判定該聲發(fā)射源屬危險性裂紋聲發(fā)射源。本發(fā)明可較為準確地量化評定電阻點焊熔核裂紋缺陷的級別及其大小，實現(xiàn)對熔核裂紋的快速、無損檢測。
【專利說明】—種利用電阻點焊過程聲發(fā)射信號能量當量定量檢測熔核裂紋的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用實時檢測得到的電阻點焊過程聲發(fā)射信號能量當量定量檢測熔核裂紋的無損檢測方法，適用于常用金屬薄板結構材料的電阻點焊熔核質量快速檢測。
【背景技術】
[0002]電阻點焊是一種廣泛應用于作為汽車制造的焊接方法，一部現(xiàn)代轎車上大約有3000-6000個電阻點焊焊點。因此，電阻點焊焊點質量的檢測非常重要，焊接過程中高效率的焊點質量傳感及其檢測評估對于優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率和焊接質量具有重要意義。然而，電阻點焊過程中，熔核的形核過程并不能直接觀測到，這為判斷電阻點焊焊點質量帶來了困難。尤其是藏于電阻點焊熔核內部的裂紋一類缺陷，是電阻點焊質量檢驗中常見的一種焊接缺陷，不但對焊點質量危害大，而且很不容易被檢出。因此，電阻點焊過程中熔核形核質量信息的傳感及其分析對于評價電阻點焊焊點質量具有重要的意義。為此，研究者采用多種方法檢測熔核形核過程以表征熔核形核質量。[0003]中國專利文獻CN1609622A公開的點焊熔核直徑的實時檢測方法采用如下步驟:取與焊接件相同厚度的焊接試樣進行多點點焊，通過測量與計算獲得每點的動態(tài)電阻曲線；進而獲得每點的準穩(wěn)態(tài)電阻值rD ;沿貼合面剖開焊接試樣，測量每個焊點的熔核直徑d? ;根據(jù)每個焊點熔核直徑(1?與準穩(wěn)態(tài)電阻值rD的對應關系，繪制出準穩(wěn)態(tài)電阻值rD與熔核直徑關系曲線；將不同厚度材料的rD-de曲線存儲在計算機系統(tǒng)中，當點焊某種材料時，計算機系統(tǒng)先獲得該焊點的準穩(wěn)態(tài)電阻值rD，再與相同厚度材料的rD-de曲線進行比較可獲得對應的熔核直徑，當熔核直徑小于設定的標準值時，判定焊點質量不合格，實現(xiàn)實時檢測。
[0004]中國專利文獻CN101241001A公開的鋁合金電阻點焊熔核直徑實時檢測方法采用如下步驟:采集點焊過程中的電極位移信號，并繪制出電極位移信號曲線圖；從所得的電極位移信號曲線上提取出膨脹位移和鍛壓位移兩個特征值；將鋁合金焊接試板撕開，對電阻點焊熔核直徑進行實測，建立所提取的特征值與實測的熔核直徑相對應的樣本對，并形成訓練集；建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型，并用所得樣本對對模型依據(jù)BP算法進行訓練，實現(xiàn)從特征值到熔核直徑的映射；人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型是兩個輸入、一個輸出，中間一個隱層，隱層結點的數(shù)目是5的結構，隱層的轉移函數(shù)為Sigmoid函數(shù)，輸出層的轉移函數(shù)為線性函數(shù)；將訓練好的模型用于鋁合金電阻點焊熔核直徑的在線實時檢測。
[0005]中國專利文獻CN1220034C公開的多信息融合技術確定鋁合金板材電阻點焊熔核面積的方法采用如下步驟:依據(jù)小波包變換及其能量譜原理、依據(jù)信息熵原理、依據(jù)模態(tài)分析原理，計算出點焊過程中電極電壓、電流、電極位移和聲音信號的特征量，建立神經(jīng)網(wǎng)絡模型，由特征量和熔核面積對神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行訓練。神經(jīng)網(wǎng)絡模型計算出的熔核面積與實測熔核面積對照，確定誤差值，調整神經(jīng)網(wǎng)絡模型，直至達到誤差要求范圍。[0006]在電阻點焊過程中，隨著電阻點焊工藝、材料屬性發(fā)生變化，能量轉換的規(guī)律將發(fā)生相應的變化。尤其是熔核形核過程中發(fā)生開裂生成裂紋時，材料內部會按照一定規(guī)律釋放出不同能量當量的結構負載聲發(fā)射信號，且生成裂紋大小不同時，因開裂釋放出的結構負載聲發(fā)射裂紋信號能量當量會有相應區(qū)別，這為電阻點焊熔核裂紋信息的實時傳感及快速檢測、評估提供了可能。

【發(fā)明內容】

[0007]為了更加快捷地對電阻點焊熔核中產(chǎn)生的裂紋缺陷進行檢驗，本發(fā)明針對常用金屬薄板結構材料的電阻點焊，提供一種利用電阻點焊過程聲發(fā)射信號能量當量定量檢測熔核裂紋的方法，該方法容易實施，便于評估判斷，屬無損檢測，具有檢測靈敏度高，檢測結果可靠，檢測方法快捷，檢測成本消耗低等優(yōu)點。
[0008]本發(fā)明采取以下技術方案:
[0009]一種利用電阻點焊過程聲發(fā)射信號能量當量定量檢測熔核裂紋的方法，該方法借助電阻點焊過程中實時檢測到的結構負載聲發(fā)射信號檢測電阻點焊熔核裂紋信息，所述檢測方法的步驟如下:
[0010](1)實時采集電阻點焊過程的結構負載聲發(fā)射信號，并繪制出信號的動態(tài)波形圖；
[0011](2)由電阻點焊過程結構負載聲發(fā)射信號動態(tài)波形提取出熔核裂紋的聲發(fā)射信號;
[0012](3)統(tǒng)計裂紋聲發(fā)射信號脈沖的幅度分布；
[0013](4)根據(jù)裂紋聲發(fā)射信號脈沖的幅度分布，將幅度大小分至少五個以上等級Mi;并按超過各幅度等級的聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)隊分別進行累計，得到裂紋聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)隊隨信號脈沖幅度變化統(tǒng)計；
[0014](5)以X軸表示幅度等級值Mi; Y軸表示按超過各幅度等級值％累計得到的聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)的對數(shù)值logK^i，得到散點分布圖；
[0015](6)按照散點分布圖進行直線擬合，得到擬合直線方程；
[0016](7)根據(jù)擬合直線與X軸和Y軸形成的直角三角形，求出該直角三角形的面積，即為對應的電阻點焊熔核裂紋的能量當量。
[0017]所述電阻點焊過程聲發(fā)射信號能量當量定量檢測熔核裂紋的方法，對裂紋定量評定的判斷原則為:設定一能量當量門限值，當熔核裂紋的能量當量低于該門限值時，判定該熔核裂紋聲發(fā)射源為低能量聲發(fā)射源，即屬非危險性裂紋聲發(fā)射源；當熔核裂紋的能量當量高于該門限值時，判定該熔核裂紋聲發(fā)射源為高能量聲發(fā)射源，即屬危險性裂紋聲發(fā)射源。
[0018]所述電阻點焊過程聲發(fā)射信號能量當量定量檢測熔核裂紋的方法，對裂紋尺寸評定的判斷原則為:熔核裂紋能量當量值越大，表明裂紋尺寸越大，即裂紋缺陷的危險性越聞。
[0019]本發(fā)明的創(chuàng)新在于以實時監(jiān)測到的電阻點焊過程中的結構負載聲發(fā)射信號作為信息源，通過檢測裂紋生成的結構負載聲發(fā)射信號，提取裂紋信號的幅度、振鈴計數(shù)等特征參數(shù)，并利用能量當量法量化·裂紋缺陷的級別及其大小，實現(xiàn)對電阻點焊熔核裂紋的快速、無損檢測。
[0020]本發(fā)明適用于實時、快速檢測和評定電阻點焊熔核的裂紋缺陷。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0021](1)僅需要采集電阻點焊過程的結構負載聲發(fā)射一種信號，采集系統(tǒng)容易實現(xiàn)，采集系統(tǒng)設計制造成本較為低廉；
[0022](2)提取的熔核開裂時的結構負載聲發(fā)射裂紋信號幅度、振鈴計數(shù)等特征參數(shù)都是與裂紋變化關系密切的關鍵參數(shù)，使檢測結果可靠性高；
[0023](3)能夠比較快捷地檢測和評定裂紋生成、危險性級別、大小等情況，形成對電阻點焊熔核質量的評價；
[0024](4)檢測效率高，評定方法簡單，適用于電阻點焊過程的實時質量檢測和快速質量評定，適用的材料范圍較廣，尤其是電阻點焊可焊性差的金屬材料，實用性較強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是實施例1檢測到的鋁合金板電阻點焊過程的結構負載聲發(fā)射信號波形。
[0026]圖2是圖1所示結構負載聲發(fā)射信號中提取出的裂紋聲發(fā)射信號波形。
[0027]圖3是圖2所示裂紋信號的脈沖 幅度與分段振鈴計數(shù)對數(shù)值對應的散點分布及擬合直線。
[0028]圖4是實施例1焊接得到的熔核裂紋宏觀形貌。
[0029]圖5是實施例2檢測到的鋁合金板電阻點焊過程的結構負載聲發(fā)射信號波形。
[0030]圖6是圖4所示結構負載聲發(fā)射信號中提取出的裂紋聲發(fā)射信號波形。
[0031]圖7是圖5所示裂紋信號的脈沖幅度與分段振鈴計數(shù)對數(shù)值對應的散點分布及擬合直線。
[0032]圖8是實施例2焊接得到的熔核裂紋宏觀形貌。
[0033]圖中:1實施例1波形中的裂紋信號、2實施例1波形中的裂紋信號。
【具體實施方式】
[0034]下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。
[0035]實施例1:
[0036]待焊接的工件為兩塊厚度2mm的鋁合金板薄板結構的搭接。采用的主要焊接工藝參數(shù)為:焊接電流為22000A，焊接電流持續(xù)時間為8周波，電極壓力為0.15MPa。
[0037]焊接中，實時采集電阻點焊過程的結構負載聲發(fā)射信號，由分析軟件繪出結構負載聲發(fā)射信號動態(tài)曲線圖，如圖1所示。
[0038]由波形圖可以辨識出焊接過程不同階段，提取出裂紋信號1，如圖2所示。
[0039]統(tǒng)計裂紋聲發(fā)射信號脈沖的幅度分布。根據(jù)該分布，將幅度大小分為10個等級，即 M^0.3，M2=0.6，M3=0.9，M4=l.2，M5=l.5，M6=l.8，M7=2.1，M8=2.4，M9=2.7，M10=3.0。按超過各幅度等級的聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)隊分別進行累計，得到裂紋聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)隊隨信號脈沖十個幅度值變化的統(tǒng)計:^=280, N2=174, N3=125, N4=85, N5=58, N6=45, N7=31, N8=24,N9=12, N1q=9。
[0040]以X軸表示十個幅度等級值Μ” Y軸表示與幅度等級值Mi對應的聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)的對數(shù)值10&具，得到散點分布圖，如圖3所示。
[0041]對散點分布圖直線擬合，得到擬合直線如圖3所示，其擬合方程為Y=2.59-0.54Χ。求出擬合直線與X軸和Υ軸形成的直角三角形的面積值為:6.21，即熔核中產(chǎn)生的裂紋的能量當量為6.21。圖4所示為該焊接工藝下所得熔核1/2處橫截面的裂紋宏觀形貌，該截面上的裂紋長度為1.52mm,即該熔核中在1/2橫截面處所產(chǎn)生的1.52mm長的裂紋所對應的能量當量為6.21。
[0042]該結果表明，利用本發(fā)明所述方法可以較為準確快捷地實現(xiàn)電阻點焊過程中產(chǎn)生的熔核裂紋的無損檢測。
[0043]實施例2:
[0044]待焊接的工件為兩塊厚度2mm的鋁合金板薄板結構的搭接。采用的主要焊接工藝參數(shù)為:焊接電流為22000A，焊接電流持續(xù)時間為8周波，電極壓力為0.15MPa。
[0045]焊接中，實時采集電阻點焊過程的結構負載聲發(fā)射信號，由分析軟件繪出結構負載聲發(fā)射信號動態(tài)曲線圖，如圖5所示。
[0046]由波形圖可以辨識出焊接過程不同階段，提取出裂紋信號1，如圖6所示。
[0047]統(tǒng)計裂紋聲發(fā)射信號脈沖的幅度分布。根據(jù)該分布，將幅度大小分為10個等級，即 M^0.3，M2=0.6，M3=0.9，M4=l.2，M5=l.5，M6=l.8，M7=2.1，M8=2.4，M9=2.7，M10=3.0。按超過各幅度等級的聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)隊分別進行累計，得到裂紋聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)隊隨信號脈沖十個幅度值變化的統(tǒng)計 ％=328，N2=182, Ns=130, N4=104, N5=67, N6=57, N7=42, N8=32,N9=25, N1(i=16。
[0048]以X軸表示十個幅度等級值Μ” Y軸表示與幅度等級值Mi對應的聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)的對數(shù)值10&具，得到散點分布圖，如圖7所示。
[0049]對散點分布圖直線擬合，得到擬合直線如圖7所示，其擬合方程為Y=2.56-0.45Χ。求出擬合直線與X軸和Υ軸形成的直角三角形的面積值為:7.28，即熔核中產(chǎn)生的裂紋的能量當量為7.28。圖8所示為該焊接工藝下所得熔核1/2處橫截面的裂紋宏觀形貌，該截面上的裂紋長度為1.74mm,即該熔核中在1/2橫截面處所產(chǎn)生的1.74mm長的裂紋所對應的能量當量為7.28。
[0050]該結果表明，利用本發(fā)明所述方法可以較為準確快捷地實現(xiàn)電阻點焊過程中產(chǎn)生的熔核裂紋的無損檢測。
[0051]比較以上兩個實例可以看出，盡管采用相同的焊接參數(shù)，得到的熔核質量各不相同，且實例1中檢測出的熔核裂紋當量小于實例2中檢測出的熔核裂紋當量，即實例1中的熔核裂紋尺寸小于實例2中的熔核裂紋尺寸。通過對熔核1/2橫截面處產(chǎn)生的裂紋的實際測量得到的裂紋長度數(shù)據(jù)符合這一 能量當量對比結果。這也表明了由本發(fā)明所述方法所具有的快捷性、靈敏性與可靠性。
【權利要求】
1.一種利用電阻點焊過程聲發(fā)射信號能量當量定量檢測熔核裂紋的方法，該方法借助電阻點焊過程中實時檢測到的結構負載聲發(fā)射信號檢測電阻點焊熔核裂紋信息，所述檢測方法的步驟如下:(1)實時采集電阻點焊過程的結構負載聲發(fā)射信號，并繪制出信號的動態(tài)波形圖；(2)由電阻點焊過程的結構負載聲發(fā)射信號動態(tài)波形提取出熔核裂紋的聲發(fā)射信號；(3)統(tǒng)計裂紋聲發(fā)射信號脈沖的幅度分布；(4)根據(jù)裂紋聲發(fā)射信號脈沖的幅度分布，將幅度大小分至少五個以上等級Mi;并按超過各幅度等級的聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)N分別進行累計，得到裂紋聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)N隨信號脈沖幅度變化統(tǒng)計；(5)以X軸表示幅度等級值Mi;Y軸表示按超過各幅度等級值％累計得到的聲發(fā)射信號振鈴計數(shù)的對數(shù)值log1(lN，得到散點分布圖；(6)按照散點分布圖進行直線擬合，得到擬合直線方程；(7)根據(jù)擬合直線與X軸和Y軸形成的直角三角形，求出該直角三角形的面積，即為對應的熔核裂紋的能量當量；(8)設定一能量當量門限值，當熔核裂紋的能量當量低于該門限值時，判定該熔核裂紋聲發(fā)射源為低能量聲發(fā)射源，即屬非危險性裂紋聲發(fā)射源；當熔核裂紋的能量當量高于該門限值時，判定該熔核裂紋聲發(fā)射源為高能量聲發(fā)射源，即屬危險性裂紋聲發(fā)射源。熔核裂紋能量當量值越大，表明裂紋尺寸越大，即裂紋缺陷的危險性越高。
【文檔編號】G01N29/14GK103675103SQ201310482773
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權日:2013年10月15日
【發(fā)明者】羅怡 申請人:重慶理工大學