点焊接头超声C扫描图像分析及焊核直径测量

采用超声波扫描显微镜获取了点焊接头C扫描图像,分析点焊接头C扫描图像灰度值的分布特征,提出了一种对焊核边缘、焊核直径进行快速检测分析的方法;对不同焊接工艺参数下的不锈钢点焊接头进行表面检测,对比分析基于C扫描图像的焊点检测结果与实际测量值。结果表明,通过这种测量方法不但可以快速得到焊核边缘及焊核尺寸,而且避免了人为因素的影响;与实际测量结果相对比,两者之间相差较小,证实了该检测方法的可行性。     

基于超声波C 扫描的SUS304 不锈钢板点焊接头质量分析

利用超声波水浸聚焦入射法对1 mm厚的SUS304奥氏体不锈钢板点焊接头进行超声C扫描成像检测;研究了不同焊接工艺参数下获得点焊接头的超声波C扫描图像特征,据此分析了接头的焊核直径,并与焊核切口端面尺寸进行了比较;对点焊接头进行了拉伸—剪切试验,测试了接头的力学性能。结果表明:超声波水浸聚焦入射法能够观测出点焊焊核直径,并能有效地观测出焊核内部形貌特征。当焊接电流为定值(4k A),供给压力为0.15 MPa时,接头出现飞溅、焊穿等缺陷,并且在超声波C扫描图像中能够清晰地反映出来;当供给压力为0.45 MPa时,虽然点焊焊核直径增大,且未出现焊接缺陷,但是过大的供给压力导致接头厚度变小,影响了接头抗拉强度。当供给压力为定值(0.4 MPa),焊接电流为9 k A时,在C扫描图像上同样反映出飞溅、焊穿等典型的焊接缺陷,此时接头的失效载荷及能量吸收值急剧下降。     

钛合金胶接点焊接头的性能检测

研究了不同焊接电流下钛合金板胶接点焊接头的A扫描信号和C扫描图像特征,并进行了拉伸-剪切试验。结果表明:通过观察C扫描图像的特征与A扫描信号的变化,能够划分胶接点焊接头的胶层区、热影响区、熔合区、熔核区以及焊接缺陷;随着电流(7~10 k A)的逐渐增大,接头熔核直径呈递增趋势,相应的失效载荷从7 231.5增加到10 939.0 N;当电流为7 k A时,在C扫描图像上反映出飞溅缺陷,此时接头失效载荷远小于没有出现飞溅的接头,可见飞溅降低了胶接点焊接头的拉剪载荷。     

分流条件下不锈钢交流点焊电流波形的频谱特征与熔核直径的关系

通过对分流条件下不锈钢点焊焊接电流波形进行快速傅立叶变换(FFT),获得了焊接电流波形的幅频图,并将熔核直径与对应的幅频进行了对比分析,发现了一次及三次电流谐波幅值与熔核直径成线性反比关系.利用这一规律,可方便地实现点焊熔核直径的实时无损检测.     

焊接间隙对铝合金薄板磁脉冲点焊接头组织和力学性能的影响

焊接在航空机体制造中处于至关重要的地位,焊接结构的可靠性很大程度上取决于焊接接头的性能,铝合金作为重要的轻量化航空材料,相关焊接技术对促进航空事业发展具有重要影响。提出了一种用于铝合金薄板连接的磁脉冲点焊技术,实现铝合金板–板固相焊接。通过改变焊件的焊接间隙工艺参数,研究工艺参数对铝合金点焊接头焊接质量的影响。通过光子多普勒速度测量(Photonic doppler velocimetry,PDV)系统获取飞板在变形运动过程中的信息,准静态剪切拉伸试验对接头进行了力学性能的评定,并采用光学显微镜、偏光显微镜和扫描电镜(SEM)分析了焊接接头的微观组织特性。结果表明,当焊接间隙从0.9mm增大到1.5mm时,焊件飞板速度和点焊接头的焊合长度都随之增加,对提升点焊接头性能具有积极作用。综合分析得出,1.2mm的焊接间隙为焊件提供了合适的碰撞速度,焊件力学性能表现最佳。     

DP590高强钢双脉冲胶焊连接工艺研究及数值模拟

针对DP590高强钢,设计了一种双脉冲直流点焊波形,开展胶焊工艺试验研究,对比分析单脉冲胶焊与双脉冲胶焊接头的力学性能;建立胶焊仿真模型,分析双脉冲胶焊温度场的演变规律。结果表明:双脉冲电流的引入能有效降低飞溅的产生,提高接头质量的稳定性,其接头的力学性能优于单脉冲胶焊;其次,双脉冲胶焊工艺熔核区存在两次焊核增长过程,热循环曲线呈现"双峰"特征,且热输入量高于单脉冲胶焊;双脉冲胶焊接头焊核直径的模拟值和实际值均大于单脉冲胶焊接头,仿真的焊核直径分别为6.42、5.97 mm,对应的实际焊核直径分别为6.61、5.77 mm。     

复合材料超声检测复合缺陷多层成像实验分析

传统的超声B扫描和C扫描检测,并不能完全地展现复合材料复合缺陷的全貌,具有一定的局限性。本文通过实验的方法,对人工预制缺陷试样进行了水浸超声C扫描成像检测。在超声C扫描底波幅值成像原理的基础上,通过一次扫描,获取不同层深位置的超声反射信号进行切片C扫描成像,利用不同层深位置的切片C扫描图像观察材料内部的缺陷。实验结果表明,利用超声A、B、C扫描成像与切片C扫描成像相结合的方法对复合材料中的复合缺陷进行多角度成像,能够对复合材料内部的复合缺陷进行全方位的清晰显示。     

复合材料紧固孔分层激光超声量化表征试验

提出解决飞机复合材料结构紧固孔分层检测问题的途径。基于激光超声技术,进行复合材料紧固孔分层的量化表征试验。制备碳纤维增强复合材料紧固孔试样,根据复合材料中激光超声的激发参量选取原则,利用材料受脉冲激光辐照作用产生的热弹效应激发超声波,提取表征紧固孔区域分层缺陷的超声信号;分析影响缺陷表征准确度的关键因素,发现脉冲激光光斑尺寸（直径1~5 mm）变化对紧固孔分层的表征不产生显著影响;基于穿透法和脉冲反射法进行激光超声C扫描检测,得到紧固孔区域分层缺陷的形状、尺寸和位置特征。研究结果表明,利用激光超声技术的非接触式激发、接收和高分辨力特点,可以准确测得紧固孔区域分层缺陷导致的波反射和衰减,有效表征飞机复合材料结构的紧固孔分层缺陷。     

胶接点焊接头拉伸声发射信号分析及其损伤模型北大核心CSCD

基于Box-Behnken Design响应面法开展胶接点焊工艺试验,分别采集了胶接点焊、点焊、粘接三种接头拉伸过程的声发射信号,采用小波包对信号进行分解重构,分析了三种接头的信号特征,同时结合撞击计数历程图对焊核失效断口进行了分析,并通过累计撞击计数建立了试件的损伤模型。结果表明:三种接头在屈服阶段和断裂阶段的声发射信号较为丰富;胶层失效和焊核拔出失效可以通过声发射信号特征进行区分,其中胶层失效时其声发射信号频率主要集中在0~62.5 kHz,焊核拔出失效时其声发射信号频率主要集中在31.25~281.25 kHz;声发射撞击计数历程图可以从总体上反映焊核失效过程;建立的损伤模型可以较好地表征试件损伤状态。     

2A14 铝合金TIG-FSW交叉接头组织与力学性能

针对6 mm厚2A14铝合金采用先钨极氩弧焊（TIG）后搅拌摩擦焊（FSW）的工艺进行焊接得到TIG-FSW丁字交叉接头。通过对交叉接头进行组织分析,可以发现接头左侧为熔焊区域,上部可见明显气孔缺陷,右侧搅拌摩擦焊接区域呈“碗状”分布,焊缝成形良好;硬度测试结果表明：熔焊区显微硬度值明显低于搅拌摩擦焊接区域,且焊核区右侧硬度值呈现“U”型分布;对交叉接头沿熔焊方向进行拉伸,断裂位置位于M态母材处,断口呈现典型韧性断裂特征。     

超声 C 扫描在 C/ SiC 复合材料与钛合金薄板钎焊质量中的应用

通过超声水浸脉冲法对C/SiC复合材料的声阻抗进行测定,结果表明,其声阻抗介于(4.0~4.7)×106kg/m2s之间;未焊合时界面反射系数约为1,焊接良好时界面反射系数介于0.71~0.74之间。为使未焊合时界面反射信号幅度比焊接良好时至少相差6 d B,C扫描检测时应监测二次以上界面反射信号幅度,并采用金相的方法对C扫描结果进行验证,二者一致性较好。     

环形阵列超声换能器的全聚焦成像方法及其应用

在检测高衰减的大厚度构件时，相控阵超声声束在非聚焦区域的声能量损失严重，采用线阵或矩阵超声换能器的检测精度和最大检测深度常难以满足要求。首先，建立了合成声束三维声场分布模型，分析了不同阵列超声换能器的空间声场能量分布特点，发现环阵超声换能器在相同聚焦深度处的声场特性更好，同时具有阵元数量少、声束焦斑沿轴线中心完全对称等特点。然后，建立了一种采用环阵超声换能器的全聚焦方法（TFM，Total Focusing Method），并基于试样群速度测量结果对各向异性材料中的聚焦算法进行了优化。在这种方法中将所采集到的全矩阵数据沿换能器中心轴线进行重建，可实现沿深度方向的逐点无穷聚焦。最后，利用所研制的阵列超声C扫描自动检测系统对预埋有缺陷的3D打印钛合金试样进行了对比检测实验，结果表明采用全聚焦成像算法的环阵超声换能器能实现55 mm试样内部直径0.8 mm、深度5.0 mm平底孔和横孔缺陷的精确检测，相对于常规的动态聚焦算法有更高的检测信噪比和定量精度。     

固体火箭发动机多层粘接结构超声图像诊断

针对固体火箭发动机的钢壳、绝热层、衬层、推进剂多层粘接结构的粘接质量检测问题,利用聚焦探头采用斜声束液浸反射回波法,选用往返透射率高的板波模式,特别是采用了双模式检测技术以提高检测信号能量,获得有效检测信号,并开发出了检测系统。通过一次C扫描获得了双层包覆三个界面粘接质量诊断图像,其脱粘检测分辨率≤Φ5 mm。采用聚集探头双模式检测技术实现了固体火箭发动机多层粘接结构超声图像诊断。     

塑料超声波焊接质量影响因素的研究进展

从焊接材料、工艺参数、焊接面连接形式等方面综述了塑料超声波焊接对焊接质量的影响规律。低熔点、高表面摩擦系数的材料容易进行焊接，焊接质量主要受焊接时间、压力等因素的影响，导能筋及连接层的引入有利于提高焊接质量，并指出了塑料超声波焊接的发展方向。     

超声冲击对TA15 钛合金焊接接头的影响

研究了TA15钛合金氩弧焊焊接接头超声冲击前后的组织及力学性能,并对接头拉伸断口进行了观察。结果表明,焊接后焊缝区和热影响区的组织与母材的组织差别很大,表现为魏氏组织特征;超声冲击前后母材和接头的组织均变化不大。冲击处理使焊缝区和母材区的强度和伸长率均有所增加。冲击前后的焊缝及母材的室温拉伸断口均属于韧窝型断口。冲击后接头的表面和断面显微硬度均得到了提高。     

激光点焊工艺参数对止推箔片轴承接头组织与性能的影响

止推箔片轴承是航空陀螺仪中的重要支撑元件,为了提高支承面的耐磨性及耐腐蚀性,通常会在支承面涂覆特氟龙涂层,该涂层的添加给后续的制造工艺带来不确定性。研究激光点焊工艺参数对止推箔片轴承接头组织与性能的影响,利用光学显微镜、扫描电镜、电子精密拉伸仪、超声检测等分析方法,对焊缝表面成形、接头显微组织及力学性能进行分析。结果表明:焊点表面直径随脉冲功率的增加而增大,而抗拉剪力随热输入量的增加先增大后减小;激光点焊制造的优化工艺参数为脉冲功率百分比22%、脉冲宽度5.0ms,抗拉剪力达最大值63.0N;超声波浸液检测能够精确测定搭接界面的尺寸,但抗拉剪力与界面尺寸不完全成正比关系,接头的抗拉剪力主要与接头的断裂机制有关。     

金属薄板超声无损检测

介绍了金属薄板的缺陷类型，建立了超声喷水穿透C扫描系统和检测方法。检测试验结果表明：采用建立的系统和方法能够检测出厚度≤6mm金属薄板中的分层性缺陷。     

大厚度扩散焊NLU成像检测技术

针对钛合金大厚度扩散焊,基于非线性超声(Non-linear ultrasonic,NLU)原理,构建了一种NLU成像方法和检测系统,设计制备了不同的大厚度扩散焊试件,进行了NLU成像检测试验分析。检测结果表明,采用NLU成像检测方法,可实现钛合金大厚度扩散焊的超声可视化检测,最大检测厚度可达70mm。