基于超声法的摩擦焊焊件夹具设计及长度测量设计【含CAD图纸、说明书】
【温馨提示】压缩包内含CAD图有下方大图片预览,下拉即可直观呈现眼前查看、尽收眼底纵观。打包内容里dwg后缀的文件为CAD图,可编辑,无水印,高清图,压缩包内文档可直接点开预览,需要原稿请自助充值下载,所见才能所得,请见压缩包内的文件及下方预览,请细心查看有疑问可以咨询QQ:11970985或197216396
毕业设计(论文)外文翻译使用激光超声合成孔径聚焦技术检测厚的焊接接头学生姓名班 级学 号学院名称专业名称指导教师 年5月26日摘要在多层电弧焊的早期阶段,检测厚的对接接头的缺陷对降低成本减少必要的返工时间是很有价值的。作为一种非接触方式,激光超声技术在最终的生产过程对自动检测焊缝是很有潜力的。在本研究中,使用激光超声技术结合合成孔径聚焦技术对25mm和50mm钢的厚的焊缝对接接头进行完全熔透和部分熔透的测试。在多道焊接工艺中,插入2或3mm不同深度的电火花狭缝用来模拟缺乏融合。横向线扫描焊接点与产生和检测激光斑点直接叠加在焊道表面上一起执行。在合成孔径聚焦过程中,利用CCD线摄相机同时获取表面轮廓并进行校正。在调查厚的焊接对接样本里不管是人为缺陷还是实际缺陷都是可视化的,在给定的次数后完全熔透或部分熔透。得到的结果清楚地表明,在制造过程中使用激光超声技术和合成孔径聚焦技术来自动检测电弧焊接或混合激光弧焊是很有潜力的。关键词:厚的焊缝检验 激光超声技术 合成孔径聚焦技术 1 介绍焊接厚的金属板对接接头的结构时需要多次焊接来完全填充两个板之间的空隙。在焊接过程中,孔隙度和缺乏熔合等缺陷可能在任何深度发生。最终,在早期阶段对缺陷进行给定次数的检测和可视化可以降低成本和必要的返工时间。作为一种非接触方式,激光超声技术在最终的生产过程中对自动检测焊缝是很有潜力的。激光超声技术使用激光用于生成和检测超声波1。激光超声技术具有在高温下进行测量的能力和宽带超声产生和检测的优点,以及容易修改激光点来达到足够的分辨率的特点2。此外,激光超声技术可以与合成孔径聚焦技术结合来检测小的不连续性如裂缝,夹杂物和孔隙3-6。最近,激光超声技术结合合成孔径聚焦技术进行在搅拌摩擦焊制造铝板厚度小于3mm厚的搭接和对接接头配置的缺陷检测7-8。最近,该技术用于检查在混合激光弧焊钢板的9mm厚截面内检查内部缺陷的可能性9。初步结果表明,激光超声技术结合合成孔径聚焦技术能够成功地检测和可视化孔隙率、缺乏融合和内部裂纹缺陷的存在。然而在本研究中,用基础的合成孔径聚焦技术对焊根后表面进行检测并叠加生成和检测。最近,在焊接温度超过200的焊接过程中采用激光超声技术结合修改以后的合成孔径聚焦技术来检查150mm的焊接管10。在焊缝上进行超声波生成同时进行在横向方向上远离母材表面上的焊缝的扫描检查。通过使用修改以后的合成孔径聚焦技术,深度为106mm直径为1.5mm的样本的实际焊接缺陷是可以观察到的。然而,这种方法依赖于探测到远离缺陷的小衍射信号和焊缝深度生成点,需要用合成孔径聚焦技术重建来知道。在这项工作中,使用激光超声技术结合合成孔径聚焦技术对25mm和50mm钢的厚的焊缝对接接头进行完全熔透和部分熔透的测试。横向线扫描焊接点与产生和检测激光斑点直接叠加在焊道表面上一起执行。在合成孔径聚焦过程中,利用CCD线摄相机同时获取表面轮廓并进行校正。通过叠加生成和检测,即使存在氧化层的情况下也不需要表面的准备。在多道焊接工艺中,插入不同深度的电火花狭缝用来模拟缺乏融合。伴随着合成孔径聚焦技术的使用首先描述的是样本和激光超声装置,然后对结果进行了介绍和讨论。在调查厚的焊接对接样本里不管是人为缺陷还是实际缺陷都是可视化的,在给定的次数后完全熔透或部分熔透。2标本和检测技术准备好四个钢的对接接头,厚度为T=25mm和50mm,完全熔透和部分熔透。每个样本里,在多道焊接工艺中插入2或3mm不同深度的电火花狭缝用来模拟缺乏融合。图1和图2显示出了具有每个狭缝的识别号的焊接试样的示意图。狭缝的高度和长度尺寸用数字来表示。图3显示所有四个焊接试件的照片。值得注意的是,对于较厚的标本多层焊可能涉及填充存在的V形槽两侧。在这种情况下,进入一侧或两侧进行检查是可接受或可取的。用于非接触离线检测试样的激光超声设置是为了履行在未来在线实施过程中的意图。横向线扫描焊接点与产生和检测激光斑点直接叠加在焊道表面上一起执行。超声波在轻微消融状态(小于1m)和在短脉冲Nd:YAG激光器的二次谐波(532nm波长,6ns脉冲持续时间)中产生以实现高频。使用长脉冲Nd:YAG激光器(1064nm波长,60s脉冲持续时间)和约0.5mm的小光斑尺寸去检测。相位解调器是反射模式下的1米长的共焦法布里-珀罗干涉仪。在上述测试样品中,成功地产生并检测到钢中频率含量高达30MHz。另外还注意到,通过叠加生成和检测,即使存在氧化层的情况下也不需要表面的准备。进行单线长达100mm的机械扫描,以0.25mm的步长进行波形的数据采集。此外,在合成孔径聚焦过程中利用CCD线摄相机同时获取表面轮廓并进行校正。合成孔径聚焦过程采用从焊接区域的每个点同步分散回不同方向的超声信号进行数值聚焦。在保持深度分辨率的同时,合成孔径聚焦技术的重建提高了横向分辨率以及信噪比(SNR)4。深度和横向分辨率的使用方法:(1)其中v是超声波速度,t是超声波脉冲持续时间,a是合成孔径的尺寸,h是表面正常的角度和最大频率f max是最大频率检测。为了评估信噪比,从B扫描图像中提取幅度分布,然后使用以下方法来评估信噪比: (2)其中A是缺陷位置处的最大幅度,是背景值和是在缺陷附近的噪声标准偏差。在焊缝上扫描时,采用SAFT算法考虑到不规则表面上的表面变化被使用5。为了在时域合成孔径聚焦技术版本中进行同步,在位置处对要成像的缺陷位置获取信号的飞行时间的公式是:(3)其中代表在时总检测点的表面高度与母体材料表面有关,并且vL是纵向模式的速度。合成孔径聚焦技术重建以30的光圈角纵波速度为6.0mm/s进行。在上述设置中,空间分辨率估计大于0.2 mm。图4显示出了在垂直线不同深度上具有三个侧钻孔的50mm厚钢基准块对超过100mm的单线扫描的合成孔径聚焦技术重建的性能。具有这种角度范围的合成孔径允许从原始信号中观察到每个洞顶部的双曲线重建。合成孔径聚焦技术处理明显提高了信噪比对缺陷检测和缺陷尺寸分辨率的影响。从上到下,在合成孔径聚焦技术重建后的三个洞里,信噪比分别为34dB,27dB,24dB。图1. 25 mm厚的焊缝样品示意图,(a)已经完成和(b)正在进行。尺寸单位为毫米。图2. 50 mm厚的焊缝样品示意图,(a)已经完成和(b)正在进行。 尺寸单位为毫米。图3厚度为25mm的,厚度为50mm(c)和(d)已经完成和正在进行焊接试样的照片。图5.焊缝样品的顶部表面轮廓T = 25 mm的曲线3激光超声检查结果 上一节描述了有厚度为25mm和50mm;有完全熔透和部分熔透的厚的焊接对接接头,使用激光超声技术结合合成孔径聚焦技术进行了测试。在每种情况下,电火花狭缝存在的区域中直接在焊缝表面上进行横向于焊缝的几条线扫描。3.1样品厚度T = 25 mm图5显示出了在激光超声技术测试25mm厚的对接焊接接头完全熔透期间使用CCD线照相机获取的顶表面轮廓。这种表面轮廓用于在合成孔径聚焦技术处理中使用等式(3)。作为示例,图6显示的是超过50 mm的线扫描且不需要校正顶部轮廓的完全熔透焊缝样本上的B扫描图像。当狭缝32C1被检测到时,合成孔径聚焦技术重建后分辨率没有得到改善,除了突出显示后壁部分是由于上表面的曲率。图7显示了在狭缝32C1和32D1被良好地检测和可视化的情况下,分别在21dB和13dB的信噪比处,在距离顶部的平坦表面约11mm和22mm的深度处校正后的结果(见图1a)。这里没有显示与狭缝32C2和32D2相似的结果。关于正在进行熔焊的T = 25mm的焊接试样,图8显示出了对于顶部轮廓校正的B扫描图像和对于两个狭缝42C1和42D1分别在相对于顶部的平坦表面的约11mm和22mm的深度处13mm的线扫描(见图1b)。模拟缺乏融合,电火花狭缝42C1和42D1分别以16和34 dB的信噪比清晰地显示出来,在焊缝上直接使用激光超声技术和合成孔径聚焦技术进行测试。这里没有显示与狭缝42C2和42D2相似的结果。这些结果显示在经过给定的次数后,焊接过程中进行在线检查的潜力。3.2样品厚度T = 50 mm图9显示出了在激光超声技术测试50mm厚的对接焊接接头完全熔透期间使用CCD线照相机获取的顶表面轮廓。再次注意到对于这种厚的标本,从任何一侧的检查都可能是可接受或可取的,因为多层焊焊接过程涉及两个v槽。这种表面轮廓用于在合成孔径聚焦技术处理中使用等式(3)。图10在对狭缝5E1和5F1的50 mm线,信噪比分别是17dB和20dB处,在距离顶部的平坦表面约为22 mm和35 mm的深度的校正结果(参见 图2a)。在图10a中,在后壁附近存在了一条伪线性指示,这可归因于表面波在有限尺寸的焊缝样品顶部的反射。图11还显示了在后表面上测试的结果,其以21dB的信噪比可视化电火花切割狭缝5F1的两个边缘,以及在图11b中的B扫描图像左上方有一个沿着焊接7mm的实际缺陷远离狭缝中心。关于正在进行熔焊的T = 50mm的焊接试样,图12显示出了对于顶部轮廓校正的B扫描图像和对于两个狭缝62E1和62F1分别在相对于顶部的平坦表面的约22mm和35mm的深度处13mm的线扫描(见图2b)。模拟缺乏融合,电火花狭缝62E1和62F1分别以16dB和34 dB的信噪比清晰地显示出来,在焊缝上直接使用激光超声技术和合成孔径聚焦技术进行测试。此外这是在图12b中的B扫描图像之上存在的真实缺陷。这里未示出,狭缝62F1也可以从后表面的检查来可视化。另外,这里没有显示与狭缝62E2和62F2相似的结果。这些结果显示在经过给定的次数后,焊接过程中进行在线检查的潜力。图4.在具有三个侧钻孔的50mm厚的钢基准块上进行B扫描,(a)原始数据和(b)在合成孔径聚焦技术重建之后。图6.在狭缝32C1(距离顶部11mm的标称深度)上焊接试样T=25mm完全熔透超过50mm的B扫描; (a)原始数据和(b)合成孔径聚焦技术重建后没有校正顶部轮廓。图7.在合成孔径聚焦技术重建后焊缝样品上完全熔透超过50mm的B扫描,在(a)狭缝32C1(标称深度为11mm)和(b)狭缝32D1(标称深度为22mm)。图8.在合成孔径聚焦技术重建之后,焊缝样品上T=25mm正在进行超过13mm熔焊的B扫描,在(a)狭缝42C1(标称深度为11mm顶部)和(b)狭缝42D1(距离顶部的标称深度为22mm)。图9.焊接试样的表面轮廓T=50mm完全熔透,用于从(a)顶部和(b)底部进行检查。图10. 在合成孔径聚焦技术重建之后,焊缝样品上T=25mm正在进行超过13mm熔焊的B扫描,在(a)狭缝5E1(标称深度为22mm)和(b)狭缝处修正轮廓5F1(标称深度35 mm)。图11. 在合成孔径聚焦技术重建后焊缝样品上完全熔透超过50mm的B扫描,在(a)缝隙5F1的中心和(b)超过7mm处的校正沿着焊缝。图12.在合成孔径聚焦技术重建之后,焊缝样品上T=50mm正在进行超过13mm熔焊的B扫描,在(a)狭缝62E1(标称深度为22mm从顶部)和(b)狭缝62F1(距离顶部的标称深度为35mm)。4 结论激光超声技术结合合成孔径聚焦技术对厚度达50 mm的对焊试样进行检测。横向于焊缝的线扫描是通过直接叠加在焊缝表面上的生成和检测激光光斑进行的,而无需任何表面处理。在合成孔径聚焦过程中,利用CCD线摄相机同时获取表面轮廓并进行校正。在多道焊接工艺中,插入2或3mm不同深度的电火花狭缝用来模拟缺乏融合。在调查厚的焊接对接样本里不管是人为缺陷还是实际缺陷都是可视化的,在给定的次数后完全熔透或部分熔透。得到的结果清楚地表明,在制造过程中使用激光超声技术和合成孔径聚焦技术来自动检测电弧焊接或混合激光弧焊是很有潜力的。一个简单的计算表明1 kHz的激光重复率将允许沿着焊缝以1cm/s的速度进行实时检测。参考文献1 C.B.Scruby,L.E.Drain,激光超声:技术和应用,Adam Hilger,Bristol,1990.2J.-P. Monchalin,激光超声:从实验室到工业,D.O.Thompson, D.E. Chimenti (Eds.),,定量进展回顾 非破坏性评估,AIP Conf. Proc., vol. 23A, 2004, pp. 331.3 A. Blouin, D. Lvesque, C. Nron, D. Drolet, J.-P. Monchalin,通过合成孔径聚焦提高激光超声波的分辨率和信噪比Opt. Exp. 2 (1998) 531539.4 D. Lvesque, A. Blouin, C. Nron, J.-P. Monchalin,激光超声F合成孔径聚焦技术成像的性能,超声学40 (2002) 10571063.5 B. Campagne, D. Lvesque, A. Blouin, B. Gauthier, M. Dufour, J.-P. Monchalin, 使用合成孔径聚焦技术加工对钢板进行激光超声波检测,在:D.O.Thompson, D.E. Chimenti (Eds.),定量进展回顾 非破坏性评估 AIP Conf. Proc., vol. 21A, 2002, pp. 340347.6 M. Ochiai, D. Lvesque, R. Talbot, A. Blouin, A. Fukumoto, J.-P. Monchalin,使用激光超声波合成孔径聚焦技术检测和表征不锈钢不连续性,Mater. Eval. (2004) 450459.7 D. Lvesque, L. Dubourg, A. Blouin,用于摩擦搅拌焊接的缺陷检测和残余应力测量的激光超声波,Nondestruct. Test. Eval. 26(2011) 319333.8 C. Mandache, D. Lvesque, L. Dubourg, P. Gougeon ,摩擦搅拌焊缝缺乏渗透的无损检测,Sci. Technol. Weld. Join. 17 (2012)295303.9 D. Lvesque, G. Rousseau, P. Wanjara, X. Cao, J.-P. Monchalin, 复合激光焊接HSLA-65钢激光超声波检测,在:D.O. Thompson, D.E. Chimenti (Eds.), 定量进展回顾NDE, AIP Conf. Proc. 1581, New York, vol. 33, 2014, pp. 405411.10 S. Yamamoto, T. Hoshi, T. Miura, J. Semboshi, M. Ochiai, Y. Fujita, T. Ogawa, S.Asai, 使用焊接过程中的激光超声波检测系统在厚焊缝结构中的缺陷检测,Mater. Trans. 55 (2014) 9981002.15
收藏