一种双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及涉及搅拌摩擦焊缝缺陷检测领域，具体涉及一种双轴肩搅拌摩擦焊缝 孔洞缺陷检测方法。
【背景技术】
[0002] 搅拌摩擦焊（FSW)由英国焊接研宄所（TWI)于1991年提出的一种固态连接方法。 与传统的熔化焊接方法相比较，搅拌摩擦焊具有晶粒细小，疲劳性能、拉伸性能和弯曲性能 良好、无尘烟、无气孔、无飞溅、节能、无需焊丝、焊接时不需使用保护气体、焊接后残余应力 和变形小等优点。搅拌摩擦焊最初用于铝合金，随着研宄的深入，搅拌摩擦焊不仅可以用于 铝合金的焊接。还可用于铜、钛等其他金属以及不同金属之间的焊接。
[0003] 但搅拌摩擦焊缝并非十全十美，也会产生各种缺陷，如常见的孔洞缺陷、隧道缺 陷、表面飞边等。对存在于表面的孔洞缺陷，可用目测检验；对存在于焊缝内部的孔洞或隧 道缺陷，目前可采用X射线检测、超声探伤等无损检测手段，或者将焊缝直接截断检查。采 用无损检测手段虽能实现检测目的，但操作较为繁琐，如采用截断检查，如截断检查，则更 为繁琐，且将焊缝彻底破坏了。
[0004] 因此，如何改进或提出新的无损检测方法，是焊接工作者一直的追求。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双轴肩搅拌摩擦焊 缝孔洞缺陷检测方法，根据低频信号和周期振荡信号的幅值变化情况来判断焊缝孔洞缺 陷，方法简易。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检 测方法，针对搅拌摩擦焊接过程中搅拌头所承受的扭矩，分别提取扭矩信号中的低频信号 和周期振荡信号，然后检测低频信号幅值和周期振荡信号的幅值变化情况，当低频信号的 幅值出现拐点和极小值、且周期振荡信号幅值超过阀值时，可判断此时焊接出现了弱连接， 由此判断焊缝内部存在孔洞缺陷。
[0007]所述的双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测方法，具体包括以下步骤：
[0008] 第一步：根据搅拌头的旋转速度w(单位为rpm)确定修正系数k，k= 0. 00274 ?-〇. 0689；
【主权项】
1. 一种双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测方法，其特征在于：针对搅拌摩擦焊接过程 中搅拌头所承受的扭矩，分别提取扭矩信号中的低频信号和周期振荡信号，然后检测低频 信号幅值和周期振荡信号的幅值变化情况，当低频信号的幅值出现拐点和极小值、且周期 振荡信号幅值超过阀值时，可判断此时焊接出现了弱连接，由此判断焊缝内部存在孔洞缺 陷。
2. 根据权利要求1所述的双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测方法，其特征在于包括以 下步骤： 第一步：根据搅拌头的旋转速度ω确定修正系数k，k = 0. 00274 ω-〇. 0689 ; 第二步：确定周期振荡信号的频率f的范围，.
第三步：通过滤波器提取原始焊接扭矩信号T中的低频信号IY和周期振荡信号T。，对 ?Υ、Τ。的序列的总长进行修正，使?\、Τ。的序列的总长为L的整10倍，L是对60*f 3/ω的取 整，fs是原始焊接扭矩信号T的的采样频率，分别从?\、Τ。的列首开始，分别取一段长度的 信号组成s。，作为初始搜索数据源，信号长度为IOL ; 第四步：搜索^的拐点Ae，对低频信号^的离散信号求取一阶导数和二阶导数，当两者 均为零且对应一阶导数由负变正的时刻所对应的点为拐点Ae，如有，则转下一步，如没有， 转入第七步； 第五步：搜索极小值Amin，拐点Ae出现后，继续检测与A e相邻的极小值点，当一阶导数 为零、二阶导数大于零的点为极小值点Amin，判断Amin是否小于或等于低频信号的阀值A F1， 如果Amin小于或等于A F1，则进行第六步；如果大于Afi，则至第七步； 第六步：对周期振荡信号s。进行求解一阶导数和二阶导数，当一阶导数为零、二阶导数 大于零的点为极小值点，搜索s。中出现的极小值，取算术平均的绝对值AM，判断Am是否大于 或等于周期振荡信号s。的阀值A F2，如是，则判定此处为缺陷可能发生点，并记录，用于后续 复查；如Am小于A F2，则视为正常点； 第七步：判断?Υ是否已经读取完毕，如果已经读取完毕，转入第九步；如果未读取完 毕，转入下一步； 第八步：保持搜索源s。段长IOL不变，向列尾方向按序移动，移动长度为L，组成新 的搜索数据源，转入第四步； 第九步：检测结束。
3. 根据权利要求2所述的双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测方法，其特征在于：所述 第三步中滤波器包含低通滤波器，低通滤波器的截止频率为3Hz，原始焊接扭矩信号T通过 所述低通滤波器提取出低频信号?Υ。
4. 根据权利要求2所述的双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测方法，其特征在于：所 述第三步中滤波器包含带通滤波器，带通滤波器的上截止频率为下截止频率为 k为修正系数，原始焊接扭矩信号T通过所述带通滤波器提取出周期振荡信号 T〇〇
5. 根据权利要求2所述的双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测方法，其特征在于：所述 第一步中，根据搅拌头的旋转速度ω确定修正系数k时，应该处于正常匀速焊接阶段；在于 双轴肩搅拌摩擦焊接开始阶段，搅拌头会将部分金属挤出焊缝，检测方法无效；双轴肩搅拌 摩擦焊接收尾阶段，焊缝形成U形开口时，检测方法无效。
【专利摘要】本发明公开了一种双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测方法，首先根据原始焊接扭矩信号T，从中提取扭矩低频信号TL和周期振荡信号To，最后根据低频信号TL的幅值AL、周期振荡信号To的幅值Ao极小值变化情况，判断孔洞缺陷的可能存在时刻。本发明的一种双轴肩搅拌摩擦焊缝孔洞缺陷检测方法，基于双轴肩搅拌摩擦焊接扭矩的频谱，根据低频信号和周期振荡信号的幅值变化情况来判断焊缝孔洞缺陷，方法简易；成本低廉，无需x射线检测等方法设备的大量投入；不对焊缝进行破坏，适合于低连接强度要求、无需破坏焊缝检测的场合。
【IPC分类】G01N19-08
【公开号】CN104655564
【申请号】CN201510024502
【发明人】王鹏浩, 陈书锦, 王丽珠, 张峰, 方伟强, 李 浩
【申请人】江苏科技大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月16日