[发明专利]一种基于扭矩对搅拌摩擦焊焊缝质量动态检测的方法

说明书

本发明公开了一种对于搅拌摩擦焊焊缝质量动态监测的方法。首先用力学测试装置以及采样装置和示波器对扭矩进行高频采样，通过对扭矩进行高频采样，用示波器对扭矩变化进行展示，然后将两个波峰之间的扭矩定义为一个周期，对扭矩每个周期的变化情况进行采样分析,每个周期分为两部分，波峰降到波谷时间为A与波谷升到波峰为B，最后对A/B进行计算分析，对关系式0.8A/B1.3进行分析，从而判断焊缝是否产生缺陷。本发明是基于扭矩变化对搅拌摩擦焊缝质量进行动态监测，方法简易；成本低廉，无需大型监测设备投入；无需进行破坏性实验。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊焊缝质量分析领域，具体提供了一种基于扭矩变化情况对搅拌摩擦焊焊缝质量实时监测的方法。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)是利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进，通过搅拌头与工件的摩擦产生热量，摩擦热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使待焊件压焊为一个整体。与传统的焊接方法相比，搅拌摩擦焊有接头质量高、焊接变形小、残余应力小、焊接过程无污染等优点，是铝、镁等轻合金的优选焊接方法，因此自1991 年英国焊接研究所(The WeldingInstitute)发明这一固相焊接技术以来，搅拌摩擦焊广泛用于航空航天，轨道运输，海洋船舶等领域。搅拌摩擦焊有熔焊不可比拟的工艺稳定性优势，但当工艺参数等出现差错时会导致缺陷的产生。

目前，搅拌摩擦焊缺陷常见的被分为表面缺陷和内部缺陷。表面缺陷具有直观、易于观察的特点，能够通过肉眼直接的检测出来，而对于内部缺陷的检测比较繁琐。当前对内部缺陷的检测有破坏性检测和无损检测，破坏性检测需要通过对焊件进行损坏来进行检测在实际生产中并不可取。因此，无损检验就对搅拌摩擦焊的实际生产运用就具有重要意义。当前无损检验的手段有目视检测、射线检测、涡流检测、渗透检测、超声检测。但是这些检测方法都有着各自的缺陷，涡流和渗透检测可以有效检测焊缝表面缺陷，但不适用于检测焊缝内部缺陷(如隧道型缺陷、疏松等)。射线检测对尺寸较大的隧道型缺陷检测效果较好，但是不能检测细微的疏松、未焊透和紧贴型缺陷。超声无损检测可以检测出隧道型缺陷、未焊透缺陷以及细微的疏松，但是设备较为昂贵(参见卢佳,徐薇,郑兴伟.搅拌摩擦焊焊缝缺陷检测研究进展[J].热加工工艺，2017(13):23-25.)。而且，以上提到的检测方法都是只能在焊接完成后才能对焊缝进行检测，并不能对焊接过程进行一个动态的实时监控。

因此针对于目前的情况发明一种能够在焊接过程中对焊缝进行实时监测的无损检测方法有重要意义。本方法是通过搅拌摩擦焊扭矩周期性特征(参见Xiong J T,Zhang XC,Li P,et al.Characterisation of periodic variation in torque occurred infriction stir welding process[J].ScienceTechnology of WeldingJoining, 2014,19(4):350-354)来进行对其焊接质量实时监测，本发明从缺陷的产生条件来进行判断缺陷是否产生，因此，能够方便和准确检测出缺陷的产生，而且能够在焊接进行的同时对焊缝进行动态监测。

发明内容

针对现有的技术弊端，本发明基于搅拌摩擦焊的周期性特点并根据扭矩等物理参数与表面弧纹和洋葱环等组织的周期性具有高度的一致性这一特点。在搅拌摩擦焊过程中通过对扭矩变化情况进行分析，从而对搅拌摩擦焊焊缝质量进行实时监测，而且扭矩是搅拌摩擦焊接过程众多物理量中便于测量的量。这是根据体积型(孔洞型)缺陷的产生本质来进行检测。由于搅拌摩擦焊扭矩变化情况在高频采样之下，变化规律形似周期函数图形，因此基于该情况提出了该监测方法