原创《探头位置偏差对点焊质量超声检测影响和》：该文是关于点焊论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
摘 要：高效率和自动化无损检测是汽车车身点焊质量检测的发展方向,然而点焊检测过程中的探头位置偏差对检测结果评估有重要影响.文章以薄板点焊超声无损检测为研究对象,建立了存在探头位置偏差下的熔核尺寸测量误差的理论计算公式,在COMSOL软件中建立了含位置偏差的点焊超声检测仿真模型,获得了不同位置偏差下的声压幅值波形图,研究了位置偏差对熔核直径计算结果的影响规律,通过点焊超声无损检测和金相实验,验证了理论分析和仿真结果的正确性,最后提出了存在探头位置偏差情况下的点焊超声检测探头规格选择方法.研究结果对于点焊超声自动化检测具有指导意义.
关键词：点焊质量；超声无损检测；熔核尺寸；探头位置偏差
中图分类号：TG409 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0062-05
引言
电阻点焊占据车身焊接工作量的90%以上,是车身装配中最主要的连接方式.点焊过程中,电极压力、焊接电流和焊接时间等波动极易对点焊质量产生影响,进而威胁到汽车可靠性和行驶安全性.目前,点焊质量检测普遍采用破坏性抽样测试,无法全面反映车身整体焊接质量.超声无损检测是所有点焊质量检测中比较有前景的技术,它是通过超声在焊点中传播的波形变化及衰减程度来判断点焊质量[1-5].
目前,车身电焊大量采用工业机器人进行自动化焊接,因此,采用工业机器人进行点焊质量自动化检测是比较高效和便捷的方法.目前关于点焊检测系统,刘静、郝永魁等人设计开发了一种基于超声C扫的单焊点质量超声检测装置及数据评估专家系统[6,7],宋雨柯设计了一种基于超声A扫的车身点焊质量超声自动检测评估系统[8].然而,由于工业机器人等自动化设备均不可避免地存在运动误差,导致点焊焊接以及随后的超声检测存在偏差.由于焊点位置偏差、自动化设备制造和定位精度等因素,导致在点焊超声检测过程中,探头相对于焊点中心存在一定的位置偏差,其位置偏差情况如图1所示.而探头位置偏差引起的检测数据的变化可能对我们对焊点质量的判断有所影响,因此研究探头位置偏差对点焊超声检测的影响并判断影响的大小以及对减小位置偏差影响的对策研究有重大意义.
1 探头位置偏差对点焊熔核直径计算的影响
超声波的一个极其重要的特点是它几乎能穿透任何材料.超声波在薄板、焊核间传播时,必然携带具有焊点内部缺陷等的回波信息,超声无损检测就是通过提取和分析这些信息,对回波信號进行处理,进而对焊点的性能进行综合评价.由于熔核直径大小是点焊熔核质量的决定性因素[9],因此熔核直径越大,表示板间连接面积越大,相应的焊接强度越高,焊点质量也就越好.所以本文主要研究探头位置偏差对点焊超声检测下熔核直径计算值的影响.
根据Song, Y等人的研究可知熔核直径的计算公式为[8]：
其中：D为探头直径；p1和p2分别表示第二和第三个超声检测回 峰的幅值；r1表示的是声波从楔块传入第一层板时的反射率,那么根据以上公式即可计算出等厚两层板熔核的直径.
如图2是探头偏差不同距离时延迟块和熔核相对位置的示意图,其中R表示楔块半径,r表示熔核半径,s表示楔块和熔核轴线间的距离.假设不考虑声波传播过程中的散射、衍射等作用,声波的反射能量和反射面积成正比,则图2中两圆重合面积即代表实际检测到的熔核面积,根据偏差量的大小,重合面积Sr满足：
2 点焊超声检测的探头位置偏差仿真研究
点焊超声无损检测是将点焊构件置于超声波声场中检测,得到不同回波的过程.通过建立低碳钢等厚双层板的存在探头位置偏差时的点焊超声无损检测有限元模型,找出点焊在不同位置偏差下超声无损检测过程中的声场、声压的变化规律并得到最后的回波图,为探头位置偏差对点焊的超声无损检测的影响的深入研究提供理论依据.
2.1 探头位置偏差下的等厚双层板点焊超声无损检测的有限元建模
本文采用COMSOL Multiphysics软件声场模块对低碳钢等厚两层板的焊点的超声无损检测过程进行有限元模拟,研究在不同探头位置偏差下的点焊超声无损检测的声场和声压的变化规律,最终得到的声压随时间变化的波形图,根据声压值和熔核直径的关系,计算相应情况下的焊点的熔核直径计算值.
由于探头偏差后不具有轴对称结构,且3D模型网格过多难以完成计算,故采用2D结构进行仿真计算.根据焊点超声无损检测原理,对探头、板材和焊点进行简化,采用二维平面模型.因为探头、板材和焊核是连通的,可以将板材和焊核部分等效成一个沿超声波方向传播的圆柱体,探头位置偏差的点焊超声检测模型示意图如图3所示.通过调整熔核直径d和误差量s即可得到不同直径和误差量下的瞬态声压图和A扫波形图.
此模型中将焊核和母材的材料参数均取低碳钢的材料参数.芯片下的延迟块采用有机玻璃PMMA,母材部分两板间间隙除焊核外的部分和第二层板下面的部分都为空气.各种材料的性能参数如下表1所示.
2.2 探头位置偏差下的等厚板点焊超声检测的仿真结果
当母材两层板厚度均为1.6mm,熔核直径为4mm,偏差量为3mm时的瞬态声压图如图4所示.
图5是等厚板在不同探头偏差量下的有限元模拟结果,当熔核直径d等于4mm,板厚h1等于1.6mm,h2等于1.6mm固定不变时,将探头分别偏差1,2,3,4,5,6mm,进行模拟,得到相关的随时间变化的声压值,截取其中时间为t等于9.00us-10.05us的波形图.
如图5所示,当熔核直径d等于4mm,板厚h1等于h2等于1.6mm固定不变时,随着探头偏差量的增加,探头接收到的回波声压值也有所不同.从上图可以看出当探头偏差量小于2mm,t等于9.12us和t等于9.75us时,探头接收到的声压值p1和p2的值随着探头偏差量的增加基本保持不变；当探头偏差量大于2mm时,当t等于9.12us,探头接收到的声压值p1的值随着探头偏差量的增加而增加,而当t等于9.75us时,探头接收到的声压值p2的值随着探头偏差量的增加而减小；当探头偏差量大于6mm左右时,探头接收到的声压值p1大于p2,即声波在第一层板底部发生全反射,两层板间没有连接,全为空气,即为单层板的波形,此时熔核直径为零.
点焊论文参考资料：
结论：探头位置偏差对点焊质量超声检测影响和为适合点焊论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关电焊技术基本手法图开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
