基于相控阵超声的铝合金焊接监测方法.pdf
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1、 第 卷 第 期江苏船舶.年 月.基于相控阵超声的铝合金焊接监测方法闵少松朱志洁陆雷俊孟庆旭(.海军工程大学 舰船与海洋学院湖北 武汉.上海船舶工艺研究所上海)摘 要:针对小型高速艇船体修造过程中铝合金薄板极易出现焊接变形的问题提出了基于相控阵超声的焊接过程规范性监测方法 结果表明:该方法通过监测焊接过程及焊后质量检测可实现铝合金焊接质量综合管控保证铝合金薄板的焊接质量 该方法可为铝合金薄板焊接相控阵检测工艺标准奠定基础并为船厂开展铝合金船体结构修造作业提供参考关键词:相控阵超声检测铝合金薄板热输入量焊接监测中图分类号:.文献标志码:./.引言铝合金材料在各类中小型高速艇中得到了大量的应用 相
2、对于钢质船体材料铝合金薄板在焊接过程中极易产生变形需要严格按照焊接工艺规范施工 但是依靠人工经验判断很难保证焊接工艺规范的严格执行 焊接过程中铝合金薄板焊缝会产生气孔和未熔合等常见缺陷常用的焊缝质量检测手段也容易出现漏检问题 对此类缺陷射线检测灵敏度不高常规超声检测由于壁厚较薄无法进行准确识别给准确评判焊接质量带来困难 由此导致铝合金船体结构的焊接质量难以得到保障进而对铝合金船体结构的修造质量和船舶安全使用带来隐患为有效解决这一问题需要从焊接过程及焊后检测 个方面来保证铝合金薄板焊接质量 在铝合金焊接过程监测方面:王蕤等利用点焊过程中熔核质量信息构建了以焊接磁场、焊接电压和电极位移为焊接质量评
3、定特征信息的铝合金点焊质量监测系统于鹏基于焊接电流信号和焊接准稳态温度场温度信号开发了铝合金焊接监测系统张志芬研究了焊接电信号、电弧声信号、电弧光谱信号及熔池图像的多信息钨极惰性气体保护焊()焊接监测系统白韶军等构建了基于虚拟仪器技术的电弧焊参数和电弧物理形态的高速摄像测试系统收稿日期:基金项目:国家自然科学基金()作者简介:闵少松()男博士副教授从事舰艇健康监测工作并采用多传感器数据融合技术对焊接过程进行质量控制李玉龙等采用数值模拟和试验结合的方法分析了铝合金超声波焊接过程中不同焊接参数对焊接界面温度的影响规律 上述研究可有效监测铝合金焊接过程但现阶段修船厂难以对铝合金焊接过程的工艺参数进行
4、实时采集与预警为此还需要更具广泛应用价值的监测手段 在焊后质量检测方面:等采用金相法观察 铝合金搅拌摩擦焊焊后的材料流动建立了三维数值模型并基于该模型计算了搅拌针附近塑性材料流动加速度分布吴振成等发现涡流阵列检测技术可用于铝合金等材料搅拌摩擦焊焊缝表面及近表面缺陷的检测洪宇翔等提出了支持向量机模型对熔池稳定状态进行识别的方法进而对铝合金爬坡钨极惰性气体保护焊熔池失稳状态进行检测闫中广等采用激光结构光视觉检测方法分析了铝合金焊缝各种缺陷在深度图像和灰度图像中的表现结果验证了该方法在铝合金焊缝缺陷检测方面中的可行性李小欣等采用自聚集探头和常规探头进行相控阵检测方法对铝合金焊接接头焊接质量进行检测结
5、果表明就缺陷检出率和缺陷定量精度而言探头的选择与铝合金焊接接头的厚度有密切关系 上述铝合金焊接质量检测方法研究为铝合金焊接后质量检测提供了技术支撑相对于其他的检测方法相控阵超声检测从安全性、准确性和操作性方面具有显著的优势 但现阶段相控阵超声技术用于铝合金薄板的研究相对较少相关工艺参数尚未明确在实际工程应用中还存有不足 为此本文从焊接过程监测和焊接质量 江 苏 船 舶第 卷检测 个方面提出了以热输入量为指标的焊接过程工艺规范性监测方法和基于相控阵超声的焊后质量检测方法对相应方法的可行性进行了验证后基于焊接过程监测方法和焊后质量检测方法给出了铝合金焊接质量综合管控方法 基于相控阵超声的铝合金焊接
6、质量管控.铝合金薄板焊接质量相控阵超声检测相控阵超声检测技术是常规超声检测在计算机、孔径合成和相位延迟技术上发展起来的超声检测技术将按一定规律排列的相控阵探头中的多个晶片按预先规定的设置(延时、增益、振幅等)激发被激发的晶片发射(或接收)偏转和聚焦的声束检测工件中的缺陷情况并对缺陷进行成像具有纵向声束可调等优点能克服常规超声检测单角度扫查、前沿较长等技术局限性 相控阵超声检测焊接缺陷的原理示意图见图 图 相控阵超声检测声波激发原理图.焊接工艺参数监测铝合金焊接过程中存在诸多因素影响焊接质量如:原材料因素、焊接设备因素、焊工因素、焊接环境因素、焊接过程因素、质量检验因素等 由于焊接过程热输入量的
7、变化对焊接质量具有显著的影响通常以焊接过程中的热输入量作为焊接变形的关键参数依据这就需要获取实际焊接电流、电压及焊接速度 个关键工艺参数 实际焊接电流和电压信息的准确采集和记录极其困难目前主要依据焊机显示的电流和电压参数由人工事后填写施工记录表 这种做法存在以下问题:()人工记录的参数数据与实际焊接电流和电压之间存在较大的差异焊接热输入量的计算结果亦存在较大误差()焊接速度通常由施工人员在焊接施工完成后大致估算一个速度值或者在工艺给定的速度范围估计一个速度值并作为后期焊接热输入量的计算参数输入存在较大的人为误差因此焊接热输入量的计算结果存在较大的累积误差()焊接过程中缺乏相应的记录手段如焊接过
8、程中出现热输入量超限(以实际焊接电流、电压和焊接平均速度计算得出)时无法及时预警和调整只有在焊接完成后通过事后检验手段才能发现焊接过程的不足()整个焊接过程无实时数据记录无法追溯无法为改进施工工艺和提高焊工水平提供参考为保证铝合金船体结构焊接质量采用相应的焊接过程监测手段对焊接电流、电压等工艺参数进行实时监测采集和处理并根据焊接时长及焊缝长度计算每道焊缝的平均速度进而得出该道焊缝的焊接热输入量作为判断焊接质量的辅助依据为了能够及时、清晰地采集焊接过程的焊接参数(焊接长度、平均电流、平均电压、平均焊接速度、实际热输入量)并进行分析输出使用焊接全过程质量追踪与分析系统对采集记录的焊接质量数据自动提
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