一种基于动态电阻曲线的电阻点焊焊点质量检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电阻点焊焊点质量检测技术，适用于常用金属薄板结构材料的焊点质 量评估，尤其适用于生产现场在线质量检测。
【背景技术】
[0002] 电阻点焊是一种广泛应用于汽车制造的焊接方法，在现代轿车的车身金属结构焊 接中得到了大量应用。因此，电阻点焊焊点质量的检测非常重要，焊接过程中高效率地对焊 点质量进行传感和检测评估对于提高生产效率和焊接质量、节约生产成本具有重要意义。 然而，电阻点焊过程中，焊点的形成隐藏于工件之中，并不能被直接观测到，这为对焊接质 量进行实时传感以及在线评估焊点质量带来了困难。因此，在生产企业中，通常情况下均在 焊后根据质量检验，需要对生产的焊接结构产品抽取一定比例，并进行破坏性实验检测。检 测主要针对焊点直径与焊点最大承载力这两个重要指标。其中，检测焊点直径需要撕开焊 点焊接结构，测量其宏观尺寸；检测焊点最大承载力，需要进行拉剪强度测试。这样的检测 方法不但效率低下，增加了生产成本，且不能保证未检测产品的质量可靠性。因此，电阻点 焊过程中焊点质量信息的传感对于利用无损检测方法在线评估电阻点焊焊点质量具有重 要的意义。为此，研宄者采用多种方法检测焊点以表征其质量。
[0003] 中国专利文献CN1609622A公开的点焊熔核直径的实时检测方法采用如下步骤： 取与焊接件相同厚度的焊接试样进行多点点焊，通过测量与计算获得每点的动态电阻曲 线；进而获得每点的准稳态电阻值r D;沿贴合面剖开焊接试样，测量每个焊点的熔核直径d $根据每个焊点熔核直径d ^与准稳态电阻值rD的对应关系，绘制出准稳态电阻值r D与熔 核直径dtt关系曲线；将不同厚度材料的rD-d tt曲线存储在计算机系统中，当点焊某种材料 时，计算机系统先获得该焊点的准稳态电阻值rD，再与相同厚度材料的r D-dtt曲线进行比较 可获得对应的熔核直径，当熔核直径小于设定的标准值时，判定焊点质量不合格，实现实时 检测。
[0004] 中国专利文献CN101241001A公开的铝合金电阻点焊熔核直径实时检测方法采用 如下步骤：采集点焊过程中的电极位移信号，并绘制出电极位移信号曲线图；从所得的电 极位移信号曲线上提取出膨胀位移和锻压位移两个特征值；将铝合金焊接试板撕开，对电 阻点焊熔核直径进行实测，建立所提取的特征值与实测的熔核直径相对应的样本对，并形 成训练集；建立人工神经网络模型，并用所得样本对对模型依据BP算法进行训练，实现从 特征值到熔核直径的映射；人工神经网络模型是两个输入、一个输出，中间一个隐层，隐层 结点的数目是5的结构，隐层的转移函数为Sigmoid函数，输出层的转移函数为线性函数； 将训练好的模型用于铝合金电阻点焊熔核直径的在线实时检测。
[0005] 中国专利文献CN1220034C公开的多信息融合技术确定铝合金板材电阻点焊熔核 面积的方法采用如下步骤：依据小波包变换及其能量谱原理、依据信息熵原理、依据模态分 析原理，计算出点焊过程中电极电压、电流、电极位移和声音信号的特征量，建立神经网络 模型，由特征量和熔核面积对神经网络模型进行训练。神经网络模型计算出的熔核面积与 实测熔核面积对照，确定误差值，调整神经网络模型，直至达到误差要求范围。
[0006] 在电阻点焊过程中，依靠焊接电流所提供的能量使待焊接材料界面形核，随着熔 核的成核和长大，焊点的动态电阻产生实时变化，这一变化也在很大程度上受到焊接热效 应的影响。而焊接热效应主要由流过二次回路的焊接电流产生，随着焊点形成过程变化，焊 点两端的电极电压也会发生相应的变化。因此，利用焊接电流和电极电压的时间累积效应 即可计算得到焊点形成过程的动态电阻变化。如式（1)所示：
【主权项】
1. 一种基于动态电阻曲线的电阻点焊焊点质量检测方法，该方法借助电阻点焊焊接过 程中实时检测到的电极电压信号曲线和焊接电流信号曲线计算获得焊点形成过程的动态 电阻变化曲线，利用动态电阻曲线的形态以及平均动态电阻值实现对电阻点焊焊点尺寸和 焊点最大承载力的检测和评估，所述检测方法的步骤如下： (1) 对不同材料不同厚度，分别设定不少于十组焊接电流、焊接电流持续时间、电极压 力参数进行电阻点焊，对每一焊接过程实时采集电阻点焊机次级回路中的电阻点焊过程焊 接电流信号和电极电压信号； (2) 在计算机系统中绘制出焊接电流和电极电压随时间变化的信号波形，检查波形的 波动幅值和周期的可靠性； (3) 利用计算机系统对电极电压信号和焊接电流信号波形作除法运算，进而绘制得到 焊点形成过程动态电阻变化曲线，并计算获得焊点形成过程平均动态电阻数值； (4) 通过截取焊点横截面检测获得上述各组焊接工艺参数焊接所得焊点的直径，通过 拉剪力学性能实验获得焊点最大承载力； (5) 以计算得到的平均动态电阻数值为X轴，以检测得到的焊点直径或最大承载力为 Y轴，利用计算机系统绘制出关系曲线，并拟合得到平均动态电阻-焊点直径数学模型或平 均动态电阻-焊点最大承载力数学模型； (6) 制作不同厚度、不同材料的标准动态电阻曲线，并在计算机系统中根据上述步骤建 立不同厚度、不同材料的电阻点焊焊点质量数学模型数据库； (7) 根据采用的质量检验标准，设定不同厚度、不同材料的电阻点焊焊点直径参考阈值 和最大承载力参考阈值； (8) 在实际焊接过程中，将检测获得的动态电阻变化曲线与标准动态电阻曲线进行比 对，以判断焊点成核情况； (9) 在数据库中调用相应的数学模型，输入检测得到的平均动态电阻数值，计算机系统 即计算并输出待检测焊点直径值和最大承载力值。
2. 根据权利要求1所述的基于动态电阻曲线的电阻点焊焊点质量检测方法，其特征在 于，所述标准动态电阻曲线的获得方法如下： (1) 选择与待检测焊点的工件材料与厚度相同的焊接试片，设定一组成熟的焊接工艺 参数，包括焊接电流、焊接电流持续时间、电极压力等参数进行电阻点焊，对焊接过程实时 采集电阻点焊机次级回路中的电阻点焊过程焊接电流信号和电极电压信号； (2) 在计算机系统中绘制出焊接电流和电极电压随时间变化的信号波形； (3) 利用计算机系统对电极电压信号和焊接电流信号波形作除法运算，进而绘制得到 焊点形成过程标准动态电阻曲线。
3. 根据权利要求2所述的基于动态电阻曲线的电阻点焊焊点质量检测方法，其特征在 于：标准动态电阻曲线应包括焊点成核初始阶段、生长阶段和稳定阶段三部分。
4. 根据权利要求2所述的基于动态电阻曲线的电阻点焊焊点质量检测方法，其特征在 于：与标准动态电阻曲线相比对，如待检测焊点动态电阻曲线仅有焊点成核初始阶段，则判 定焊点为未成核；如待检测焊点动态电阻曲线仅有焊点成核初始阶段、生长阶段，则判定焊 点为未充分成核；如待检测焊点动态曲线有显著的焊点成核初始阶段、生长阶段和稳定阶 段三部分，则判定焊点为充分成核。
5.根据权利要求3所述的基于动态电阻曲线的电阻点焊焊点质量检测方法，其特征在 于：在判定焊点为充分成核的前提下，如计算机系统计算输出的焊点直径值或最大承载力 值小于相应的设定阈值，则该焊点被判定为不合格。
【专利摘要】一种基于动态电阻曲线的电阻点焊焊点质量检测方法，该方法借助电阻点焊焊接过程中实时检测到的焊接电流信号、电极电压信号和焊接电流持续时间计算焊点形成过程的动态电阻变化曲线和平均动态电阻，并基于计算得到的平均动态电阻和对应焊点破坏性检测到的焊点直径、焊点最大承载力绘制关系曲线，从而建立平均动态电阻-焊点直径数学模型和平均动态电阻-焊点最大承载力数学模型。在实际焊接过程中，将检测获得的动态电阻曲线与标准动态电阻曲线进行比对，以判断焊点成核情况。在数据库中调用相应的数学模型，输入检测得到的平均动态电阻，计算机系统即计算并输出焊点直径值和最大承载力值，如小于相应的设定阈值，该焊点被判定为不合格。利用本发明可以快速实现对电阻点焊焊点直径、最大承载力的非破坏检测和评估，尤其适合焊接生产现场在线质量检测。
【IPC分类】G01N27-00
【公开号】CN104730109
【申请号】CN201510091730
【发明人】罗怡, 刘伟, 樊红军, 段钰婷, 章璇, 高飞
【申请人】重庆理工大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月28日