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《攪拌摩擦焊焊縫缺陷的超聲相控陣檢測技術(shù)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、攪拌摩擦焊焊縫缺陷的超聲相控陣檢測技術(shù)余亮陳玉華黃春平柯黎明南昌航空大學(xué)輕合金加工科學(xué)與技術(shù)國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，南昌330063摘要：以常見的鋁合金攪拌摩擦焊焊縫缺陷為研究對象，采用超聲相控陣技術(shù)對不同厚度下的焊縫缺陷進(jìn)行探測。改變相控陣的掃描角度、聚焦深度、焦點(diǎn)尺寸等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對焊縫內(nèi)部缺陷的準(zhǔn)確定量及圖像再現(xiàn),提高聲波對不同缺陷的檢出能力，對缺陷信號(hào)標(biāo)記部位進(jìn)行解剖，觀察缺陷的宏觀形貌。結(jié)果表明：探頭檢測靈敏度高，易于快速分辨焊縫內(nèi)部缺陷，結(jié)合不同的掃查方式直觀給出缺陷三向視圖，可以準(zhǔn)確定位缺陷的位置
2、、尺寸、分布；缺陷形狀直接影響回波的形狀和峰值，小孔洞為單一尖銳波峰，峰值高大；包鋁層和疏松由多簇波峰構(gòu)成，S顯示疏松亮點(diǎn)比包鋁層密集且分布面較大。關(guān)鍵詞：鋁合金攪拌摩擦焊超聲相控陣焊縫缺陷0前言各個(gè)陣元可以看做一個(gè)線性波源，通過改變換能器各陣元的激勵(lì)時(shí)序發(fā)射出波源，根據(jù)惠更斯原理，攪拌摩擦焊作為一種新型的固相焊接技術(shù)，與各個(gè)陣元發(fā)射的超聲子波速在空間中疊加合成，使[8]傳統(tǒng)的焊接方法相比，接頭的拉伸性能、疲勞性能得發(fā)射聲束聚焦或偏轉(zhuǎn)，如圖1(a)、（b）所示。和彎曲性能良好；焊接過程不需要?dú)怏w保護(hù)、無
3、煙與常規(guī)的超聲檢測相比，相控陣的換能器能有效地[1-2]塵及飛濺等優(yōu)點(diǎn)。然而，在焊接過程中，工藝參控制聲束形狀和聲壓分布，使焦點(diǎn)位置、聲束角度數(shù)選擇不當(dāng)或者外界因素的干擾，造成焊縫中極易在掃查面上連續(xù)，動(dòng)態(tài)可控。聲束聚焦增加了實(shí)際產(chǎn)生疏松、包鋁、孔洞等缺陷，由于缺陷具有明顯的聲場強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜構(gòu)件及其盲區(qū)缺陷的準(zhǔn)確[3-4]的緊貼、細(xì)微和位向復(fù)雜特點(diǎn)在一定的程度上增檢測；聲束偏轉(zhuǎn)使合成的波陣面具有一定的指向加了檢測難度，目前，針對FSW焊縫缺陷的無損檢角，不移動(dòng)探頭或少移動(dòng)探頭可掃查復(fù)雜工件的各測技術(shù)
4、還處于探索的階段。個(gè)區(qū)域，提高實(shí)際的掃查范圍，有效地解決了空間超聲相控陣檢測技術(shù)作為無損檢測的一種新限制和聲束可達(dá)性的問題。[5]型的超聲檢測方法，是近幾年來無損檢測的熱點(diǎn)，主要體現(xiàn)在對結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件、深度方向檢測能力、缺陷識(shí)別能力、檢測速度等方面具有突出的優(yōu)勢。目前，超聲相控陣技術(shù)主要應(yīng)用于航空航天、核電站、鍋爐壓力容器、電力、石油管道和鐵軌等檢測中，相控陣技術(shù)在無損領(lǐng)域應(yīng)用具有廣闊的前景[6-7]。常規(guī)檢測方法易受到外界因素和缺陷結(jié)構(gòu)影(a)聲束聚焦響，如滲透檢測易受工件表面狀態(tài)影響，且只能檢測表面開
5、口缺陷，對于未開口的近表面缺陷及其它內(nèi)部缺陷無法檢測；射線檢測成本較高，其中膠片成像檢測對異種材料以及衰減系數(shù)與焊縫材料差異小的界面缺陷檢測效果差，對面積型缺陷容易漏檢；而超聲相控陣檢測相對于以上兩種手段優(yōu)越性為易于發(fā)現(xiàn)工件內(nèi)部微小缺陷及緊密結(jié)合界面和(b)聲束偏轉(zhuǎn)檢測成本低、檢測速度快、準(zhǔn)確定量、安全性高及圖1相控陣聚焦和偏轉(zhuǎn)控制示意圖無污染等優(yōu)點(diǎn)。相控陣檢測對焊縫缺陷定位，通過斜探頭對焊1相控陣檢測原理縫進(jìn)行掃查，在缺陷存在區(qū)域探頭接收到缺陷回波超聲相控陣檢測技術(shù)是通過電子系統(tǒng)控制換信號(hào)，進(jìn)行相應(yīng)的
6、計(jì)算獲得缺陷的相關(guān)參數(shù)。圖2能器陣列中的各個(gè)陣元，按照一定的延遲時(shí)間規(guī)則為檢測掃描示意圖，由圖可知，相控陣相關(guān)的掃查發(fā)射和接收超聲波，從而動(dòng)態(tài)控制超聲束在工件中方式，B掃描(側(cè)視圖):探測儀熒光屏上縱坐標(biāo)的偏轉(zhuǎn)和聚焦來實(shí)現(xiàn)材料的無損檢測方法。換能器表示波的傳播時(shí)間，橫坐標(biāo)表示探頭的水平位由多個(gè)晶片構(gòu)成，每個(gè)晶片受獨(dú)立電磁脈沖激發(fā)，置，反映缺陷的水平延伸情況，B掃能直觀顯示1缺陷在縱截面上的二維特性，獲得截面直觀圖；設(shè)備為自制的龍門式攪拌摩擦焊機(jī)；相控陣超聲波C掃描(頂視圖):缺陷回波在熒光屏上為被檢測檢
7、測設(shè)備為OmniScanMX2便攜式相控陣檢測儀，選對象中缺陷的水平投影位置，但不能確定缺陷用探頭為5L64，耦合劑為機(jī)油。試驗(yàn)過程采用A掃、的深度；S掃描(端視圖)：是超聲數(shù)據(jù)的二維視S掃和C掃，掃查角度為35°～75°，通過調(diào)節(jié)相控圖，顯示在角度扇區(qū)或掃查范圍內(nèi)有聚焦法則陣設(shè)備的聚焦深度、焦點(diǎn)尺寸、相位延遲等參數(shù)對生成的所有A掃描，以生成工件的截面圖。結(jié)攪拌摩擦焊接中的小尺寸、不同取向、多種類的未合各掃查圖所獲得的信息，掃查軸-步進(jìn)軸-超知缺陷進(jìn)行統(tǒng)一檢測，使用與設(shè)備匹配的軟件對試聲軸實(shí)測數(shù)據(jù)，直觀
8、的給出缺陷在空間中的存驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。在位置、尺寸、分布情況。以攪拌摩擦焊典型的疏松、包鋁、孔洞缺陷為研究對象。為了減少試驗(yàn)的重復(fù)性，進(jìn)行前期的模擬，針對不同厚度的鋁合金采用ESBeamTool模擬軟件獲得較合適的參數(shù)，主要包括探頭前沿距焊縫中心距離及初始激發(fā)晶片，使檢測聲波能夠覆蓋整個(gè)焊縫，如圖3所示。實(shí)際檢測中觀察波幅的變化，對焊縫缺陷的檢出部位標(biāo)記、定量，確定缺陷類型。圖2相控陣掃描示意圖圖35L64探頭模擬示意圖2試驗(yàn)材料及方法檢測
