[发明专利]一种搅拌摩擦焊焊缝表面质量定量分析方法

说明书

本发明公开了一种搅拌摩擦焊焊缝表面质量定量分析方法，包括以下步骤：步骤一、获取焊缝表面；步骤二、获取焊缝表面三维坐标；步骤三、对焊缝横截面进行分形维数计算；步骤四、对焊缝曲面进行分形维数计算；步骤五、通过分形维数定量分析焊缝表面质量。本发明提供的搅拌摩擦焊焊缝表面质量定量分析方法利用三维表面形貌仪并结合MATLAB编写计算程序详细研究铝镁异种金属搅拌摩擦焊焊缝表面成形质量，采用焊缝表面分形维数来表征焊缝表面成形质量，能够全面反映焊缝表面成形质量，并能进行定量分析，克服了现有焊缝表面质量分析仅能定性或由于定量分析的局限性造成分析结果失真的缺点。

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦焊焊缝质量分析技术领域，具体涉及一种搅拌摩擦焊焊缝表面质量定量分析方法。

背景技术

铝合金具有塑性好、耐腐蚀性好等特点，镁合金具有密度小、比强度高、传热性等特点，镁合金和铝合金是航空航天、汽车、船舶等工业领域中广泛使用的轻量化材料。由于这两种轻合金材料在物理、化学性能方面存在明显差异，导致在焊接过程中容易产生裂纹、气孔夹杂等焊接缺陷，造成了焊接接头强度低下，甚至出现无法有效连接的现象。搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)是一种新型固相连接技术，主要通过高温金属的塑性流动实现连接，因其具有焊接过程中无烟雾、无弧光、焊前处理简单和焊接变形小等特点，避免了熔化焊接引起的裂纹、气孔夹杂等缺陷，因而成为这两种轻合金材料理想的连接技术。

搅拌摩擦焊焊缝表面成形质量的优劣直接影响了焊接接头性能的好坏。近年来，国内外学者关于搅拌摩擦焊焊缝表面成形质量的判断方法主要是靠肉眼来进行定性判断。例如利用相机拍照的方式，采用肉眼观察的方式对焊缝表面成形质量进行定性判断；也有为了更加直观的观察焊缝表面成形质量，采用三维表面形貌仪对搅拌摩擦焊焊缝表面进行了三维表征；还有研究者对搅拌摩擦焊后的镁合金焊缝表面进行了三维表征后，分别采用焊缝截面纵向和横向某一位置时的表面粗糙度来表示焊缝表面成形质量，这种研究方法只是局部表示了焊缝表面成形质量，而未对整个焊缝表面的成形质量进行定量分析，仍有一定的局限性。

本发明以铝合金和镁合金为研究对象，构建不同焊接工艺参数条件下的焊缝，利用三维表面形貌仪并结合MATLAB编写计算程序详细研究铝镁异种金属搅拌摩擦焊焊缝表面成形质量，提出了一种新的焊缝表面成形质量判断方法，即采用焊缝表面分形维数来表征焊缝表面成形质量。本发明还采用响应面法进一步分析了不同焊接工艺参数对焊缝表面分形维数的影响规律，该结果将对扩大搅拌摩擦焊在铝、镁合金连接领域中的应用奠定一定的理论基础和工程实践意义。

发明内容

针对现有搅拌摩擦焊焊缝表面质量分析中存在的无法定量的问题，本发明提出了一种搅拌摩擦焊焊缝表面质量定量分析方法。

本发明通过下述技术方案来实现：

一种搅拌摩擦焊焊缝表面质量定量分析方法，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，分别提取焊缝横截面曲线坐标以及焊缝曲面坐标，焊缝曲面坐标为轴肩对母材焊接形成的表面(即焊缝表面)的坐标，焊缝横截面曲线坐标为沿焊接方向截取的坐标；

步骤三、对焊缝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，采用盒宽变换法计算得到曲线分形维数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)，计算曲线分形维数D值为：

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