【摘要】：伴隨城市軌道交通的快速發(fā)展，作為主流車型之一的不銹鋼城軌客車，其制造業(yè)亦得到了迅猛發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)輕量化等設(shè)計(jì)目標(biāo)，不銹鋼城軌客車車體制造主要采用電阻點(diǎn)焊焊接技術(shù)。電阻點(diǎn)焊過程加熱強(qiáng)度大、時(shí)間短，易產(chǎn)生飛濺、虛焊、脫焊等焊接缺陷，影響焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響不銹鋼車體的制造質(zhì)量。同時(shí)，點(diǎn)焊接頭熔核的形成過程處于封閉狀態(tài)不能直接觀測，給點(diǎn)焊質(zhì)量控制造成了很大困難。因此，點(diǎn)焊質(zhì)量控制及評估技術(shù)的研究一直是被重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域，隨著軌道車輛高速化及對制造質(zhì)量要求的不斷提高愈顯其重要的意義。 國內(nèi)外常用的電阻點(diǎn)焊接頭質(zhì)量評估方法主要有兩種：第一種方法是基于焊接過程參數(shù)的在線評估，主要是通過建立電阻點(diǎn)焊焊接電流、電極間電壓、電極壓力、動(dòng)態(tài)電阻、電極位移等特征信息與接頭質(zhì)量關(guān)系的數(shù)學(xué)模型來預(yù)測焊點(diǎn)質(zhì)量。然而，由于電阻點(diǎn)焊是一個(gè)非線性、多變量耦合作用且大量不確定因素相互影響的復(fù)雜過程，上述方法只能提供部分可靠的質(zhì)量信息，并不能完全準(zhǔn)確地對點(diǎn)焊質(zhì)量進(jìn)行評估。并且由于設(shè)定的試驗(yàn)條件苛刻或所建立的數(shù)學(xué)模型過于理想化，該方法的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，無法應(yīng)用于實(shí)際焊接生產(chǎn)；第二種方法是焊后破壞性檢測，該方法需要對焊點(diǎn)進(jìn)行剝離、扭轉(zhuǎn)等破壞，獲得熔核直徑和接頭強(qiáng)度的大致信息，再參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對點(diǎn)焊試件質(zhì)量進(jìn)行評估。目前企業(yè)在點(diǎn)焊工藝規(guī)范調(diào)試、點(diǎn)焊生產(chǎn)過程的自檢和抽檢中，多采取該方法。但該方法效率低，同時(shí)也造成了材料的浪費(fèi)，增加了人力及生產(chǎn)成本，不適合作為電阻點(diǎn)焊接頭質(zhì)量的在線檢測手段。近年來，許多學(xué)者開始研究電阻點(diǎn)焊質(zhì)量的無損檢測技術(shù)。相比于其他無損檢測方法，超聲波檢測具有靈敏度高、檢測范圍廣、檢測速度快、安全性能好、易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場操作等優(yōu)點(diǎn)，備受各國學(xué)者關(guān)注。 目前，電阻點(diǎn)焊質(zhì)量超聲波檢測技術(shù)仍存在亟需解決的問題：如何區(qū)分熔核和塑性環(huán)，獲得準(zhǔn)確的熔核直徑尺寸，提高檢測精度；如何快速地對點(diǎn)焊質(zhì)量進(jìn)行評估，提高檢測效率；如何實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊缺陷的智能化檢測等，，這些都大大地限制了該技術(shù)在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。為了滿足人們對車體安全、高質(zhì)量的需求，推動(dòng)電阻點(diǎn)焊超聲波無損檢測技術(shù)的發(fā)展，本文針對不銹鋼電阻點(diǎn)焊質(zhì)量超聲波定量及智能化無損檢測技術(shù)進(jìn)行了研究，具有重要的理論和工程應(yīng)用意義。 本文成功研發(fā)了便攜式專用電阻點(diǎn)焊全自動(dòng)超聲波檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)不但操作簡單、便攜可靠，而且實(shí)現(xiàn)了對電阻點(diǎn)焊接頭的接觸式自動(dòng)超聲掃描檢測及檢測信號(hào)自動(dòng)分析、C掃描圖像自動(dòng)生成等功能，為點(diǎn)焊質(zhì)量超聲波定量及智能化檢測提供了可靠的數(shù)據(jù)來源。 本文通過研究超聲波在介質(zhì)中的傳播特性，構(gòu)建了超聲波在介質(zhì)中傳播反射系數(shù)模型，揭示了在一定的間隙厚度范圍內(nèi)，聲壓反射系數(shù)表現(xiàn)出依賴頻率的變化特性，為檢測點(diǎn)焊缺陷提供了思路，特別是為區(qū)分焊合與弱結(jié)合奠定了理論依據(jù)。分別在時(shí)域、頻域和時(shí)頻域上對點(diǎn)焊接頭超聲A回波信號(hào)進(jìn)行了深入地分析，研究發(fā)現(xiàn)：超聲回波信號(hào)特征值與點(diǎn)焊接頭內(nèi)部熔合狀態(tài)存在一定的對應(yīng)關(guān)系。通過提取能夠表征熔核區(qū)域的特征信號(hào)，利用小波包變換分離出超聲回波高頻信號(hào)，并根據(jù)其頻譜特性，可以對點(diǎn)焊熔核和塑性環(huán)進(jìn)行區(qū)分，獲得更加精確的熔核直徑尺寸。 本文選擇了1000μm的掃描步長對點(diǎn)焊試件進(jìn)行步進(jìn)式機(jī)械掃描檢測，利用小波包變換提取可以表征接頭內(nèi)部熔合狀態(tài)的頻率為16MHz的高頻信號(hào)，獲得整個(gè)掃描區(qū)域的低分辨率C掃描圖像。采用雙三次圖像插值的方法對該C掃描圖像進(jìn)行細(xì)分重建，在增強(qiáng)圖像分辨率的同時(shí)，檢測效率提高了14倍，使實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊超聲波C掃描快速檢測成為可能，在實(shí)際工程應(yīng)用領(lǐng)域具有非常積極的意義。針對插值后的C掃描圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、邊緣檢測處理，可獲得清晰的熔核邊界形貌，進(jìn)一步突出了熔核特征，而且大大降低了運(yùn)算數(shù)據(jù)量。通過等效直徑算法程序，自動(dòng)獲取了點(diǎn)焊熔核尺寸，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)焊接頭質(zhì)量超聲波檢測的自動(dòng)化、定量化的快速評估。通過金相試驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)檢測獲得的熔核直徑尺寸和實(shí)測值吻合良好，且相對誤差正態(tài)分布的均值和方差均很小，該檢測方法具有非常高的精度和穩(wěn)定性，可以用來評價(jià)電阻點(diǎn)焊質(zhì)量，而且比單一的拉伸破壞性試驗(yàn)更加可靠。 本研究利用有限元技術(shù)對不銹鋼電阻點(diǎn)焊超聲檢測過程進(jìn)行了仿真計(jì)算，揭示了超聲波在點(diǎn)焊接頭內(nèi)部的傳播特性及散射規(guī)律，為探索熔核邊緣識(shí)別和熔核直徑定量計(jì)算方法提供理論依據(jù)。針對點(diǎn)焊熔核中容易出現(xiàn)的氣孔缺陷進(jìn)行了模擬，研究不同深度的氣孔缺陷對超聲波傳播特性的影響，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所采用仿真方法及模型的正確性及有效性。為檢測過程中波形分析提供了非常有用的信息，同時(shí)也為缺陷識(shí)別提供了檢測樣本。 本研究利用所開發(fā)的超聲檢測系統(tǒng)對開焊、虛焊、縮孔及合格接頭等不銹鋼電阻點(diǎn)焊試件進(jìn)行了檢測，提取了能夠反映不同點(diǎn)焊類別的特征信號(hào)，并通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對特征信號(hào)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別及分類，正確識(shí)別率達(dá)到了96%以上，實(shí)現(xiàn)了不銹鋼電阻點(diǎn)焊質(zhì)量超聲波智能化檢測。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG441.7

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2470340