不锈钢电阻点焊超声波可视化监测技术研究

【摘要】：科学技术的进步及人们出行需求的增长促进了城市轨道交通的快速发展,不锈钢城轨客车以其绿色、轻量化以及耐腐蚀等优点得到了广泛应用。电阻点焊是影响不锈钢车体制造质量的关键焊接工艺,不断提高、完善不锈钢电阻点焊质量监测技术水平具有重要意义。本文针对不锈钢轨道客车车体制造常用的SUS301L不锈钢材料,研究了其电阻点焊过程实时超声波检测信号的变化特征,实现了基于实时超声波信号的点焊过程可视化技术及基于M型显示图的点焊质量评估技术。建立了电阻点焊过程实时超声波检测信号采集系统,在点焊过程中,置于电极内的超声探头实时向工件内部发射超声脉冲,超声检测系统通过软件自动、连续地采集、存储超声回波信号。利用COMSOL Multiphysics有限元模拟软件对点焊不同阶段被焊工件内部超声场瞬态分布情况进行了仿真,重点研究了点焊预压阶段、通电初始阶段以及熔核形成及长大阶段工件内部超声波声场特性及传播规律,为相关试验的开展提供了一定理论基础。对点焊过程实时A型超声波信号处理,生成了M型超声波显示图像。M型超声波图像将点焊进程,尤其是熔核固-液界面扩展及凝固的过程以图像的形式动态、直观地展示出来,实现了点焊熔核在封闭空间下形成过程的可视化。为提高M型超声显示图图像质量,本文基于移动平均滤波及小波去噪等信号处理方法分别对A型回波信号进行了滤波处理。分析结果表明,选用db5小波基对信号进行三层分解,利用重构信号生成M型显示图并进行图像增强处理,可一定程度地提高M显示图的视觉效果,更有效地获取图像特征。对虚焊、内部喷溅等常规超声波检测较难识别的点焊缺陷的M型超声图像特征进行了研究,提出了基于M型显示图的虚焊、内部喷溅等点焊缺陷的识别方法。研究了M显示图中焊接电流断开一刻熔核界面回波声程差T与熔核直径D及熔核高度H的关系,利用金相试验实测数据获得了D-T、H-T的线性关系方程分别为:D=39.078T+39.917、H=8.986T+304.950,其相关系数(r~2)分别为0.98946、0.99077。与传统虚焊焊点、内部喷溅焊点识别及熔核尺寸测量方法相比,基于M显示图特征的点焊质量评估方法效率高、无需复杂的信号处理技术,可实现对焊点的100%检测。同时焊接过程原位获取超声波信号还避免了一般超声波检测时焊点表面压痕对于耦合效果及检测信号的影响。