[发明专利]一种搅拌摩擦焊焊缝表面质量定量分析方法

权利要求书

1.一种搅拌摩擦焊焊缝表面质量定量分析方法，其特性在于，包括以下步骤：

步骤一、获取焊缝表面：对镁铝异种金属进行搅拌摩擦焊焊接得到焊缝表面；

步骤二、获取焊缝表面三维坐标：将焊缝表面固定在三维形貌分析仪的工作台上，调整参数即可开始扫描，由扫描结果得到焊缝表面三维坐标；使用分析软件对得到的焊缝表面三维坐标进行处理，分别提取焊缝表面横截面曲线坐标以及焊缝表面曲面坐标，焊缝表面曲面坐标为轴肩对母材焊接形成的表面的坐标，焊缝表面横截面曲线坐标为沿焊接方向截取的坐标；

步骤三、对焊缝表面横截面进行分形维数计算：根据扫描采样获得的焊缝表面三维形貌坐标数据，可以分别取得焊接方向及焊缝宽度方向不同位置的横截面曲线，采用变换法计算曲线分维，得到分形维数D，在测量度尺ε的条件下获得覆盖被测焊缝表面所得的数目N(ε)，计算分形维数D值为：

步骤四、对焊缝表面曲面进行分形维数计算：采用变换法计算曲线分维，得到焊缝曲面分形维数；

步骤五、通过分形维数定量分析焊缝表面质量：通过焊缝横截面曲线分形维数、焊缝曲面分形维数的数值进行焊缝表面质量定量分析，分形维数的数值越小，表明焊缝表面光洁程度越高。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊焊缝表面质量定量分析方法，其特性在于，步骤三中采用变换法，通过MATLAB编码程序计算焊缝表面横截面曲线分形维数，具体计算过程如下：利用宽度为ε的矩形覆盖分形曲线，矩形高度由分形曲线在矩形框内的最高点与最低点的厚度方向坐标差值决定，一步步移动矩形框使其完全覆盖分形曲线，将各框的面积相加得到总面积S_ε，系统的改变矩形宽度为ε_i，可得到对应的总面积S_εi，将总面积S_εi除以ε_i²得到盒计数：

式中：L为横截面宽度，S_ε,j为第j个宽度为ε_i的矩形框面积，Z_j为第j个矩形框所覆盖的(ε_i/0.1)+1个扫描点的厚度方向坐标值形成的[(ε_i/0.1)+1]×1阶矩阵，0.1为扫描步长。

3.根据权利要求2所述的搅拌摩擦焊焊缝表面质量定量分析方法，其特性在于，步骤四中具体计算过程如下：将步骤三中宽度ε的矩形换成底面为ε×ε的正方柱，正方柱高度由ε×ε范围内扫描曲面的最高点与最低点厚度方向坐标差值决定，一步步移动正方柱使其完全覆盖焊缝曲面，将各正方柱的体积相加得到总体积Vε；系统地改变正方柱底面宽度为ε_i，可得到对应的总体积Vε_i，将总体积Vε_i除以ε_i³得到盒计数：

式中：L₁、L₂分别为焊接速度方向及焊接宽度方向的扫描宽度，Vε_i,m,n为位置为(m,n)同时底面为ε_i×ε_i的正方柱体积，Z_m,n为该正方柱覆盖范围内以扫描点厚度方向坐标值形成的[ε_i/0.1+1]×[ε_i/0.1+1]阶矩阵，0.1为扫描步长；将上述过程通过MATLAB编写计算程序实现，作出lnN(ε_i)～ln(1/ε_i)的分布曲线，取其线性部分斜率作为焊缝表面曲面分形维数。

4.权利要求1～3任一项所述搅拌摩擦焊焊缝表面质量定量分析方法在对焊缝表面进行定量分析的应用。