本發(fā)明屬于異種金屬焊接結(jié)構(gòu)檢測
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種針對異種金屬焊縫而形成的內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測的方法，尤其是對該內(nèi)部缺陷的三維形貌及應(yīng)力特征進(jìn)行無損檢測。
背景技術(shù)：
：金屬焊縫時，由于焊接工藝原因，金屬的焊接區(qū)域總會不可避免地產(chǎn)生各種微觀缺陷，其中，微觀孔洞是焊接結(jié)構(gòu)中存在的主要缺陷形式，而這些微觀孔洞會造成結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)在外載荷作用下，其內(nèi)部微觀孔洞不斷發(fā)生演化，并會最終導(dǎo)致構(gòu)件及整體結(jié)構(gòu)的破壞。微觀孔洞體積和位置分布都具有隨機(jī)性，其發(fā)展過程為微觀孔洞到宏觀結(jié)構(gòu)缺陷的多尺度損傷演化過程。材料與結(jié)構(gòu)內(nèi)部在小尺度上的不連續(xù)性往往會對其宏觀性能產(chǎn)生明顯影響。此外，由于異種金屬焊接過程中產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，在異種金屬焊縫中存在了不同的化合物，其不同的物理性能對整體焊縫在力學(xué)性能上的表現(xiàn)產(chǎn)生巨大的影響。為了能準(zhǔn)確地建立異種金屬焊縫內(nèi)部缺陷的三維模型，研究不同的工藝參數(shù)對孔洞空間分布及孔洞三維形態(tài)的影響，及孔洞對整體焊縫力學(xué)性能的影響，同時區(qū)分出不同焊接化合物對整體焊縫力學(xué)性能的影響，必須要發(fā)展一種新型的檢測手段，既能檢測出異種金屬焊縫內(nèi)部缺陷的三維信息，又能在不破壞試件的前提下分析得到試樣的力學(xué)性能。目前，針對非透明金屬物質(zhì)的無損檢測方法，有超聲波檢測，磁粉檢測，渦流檢測等方法，但這些方法在檢測過程中，由于金屬焊縫內(nèi)部缺陷的不連通性、材質(zhì)性能等原因，影響測試結(jié)果，造成檢測結(jié)果不精確或只能檢測表面形貌的問題；傳統(tǒng)的切片檢測方法，其檢測精度高，但其對檢測材料有不可修復(fù)的損壞，并且檢測過程所需消耗的時間長，而且需要大量人力勞作，再者，對實(shí)驗(yàn)材料也造成了很大的浪費(fèi)；同時檢測后的試驗(yàn)樣品無法應(yīng)用于其他應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，對研究材料缺陷與應(yīng)力關(guān)系的研究有巨大影響。經(jīng)過上述檢測方法檢測后，再進(jìn)行異種金屬焊縫的三維模型重構(gòu)，用于應(yīng)力特征分析?？傊?，上述檢測方法存在不可行或者需要更多人工測量操作更長時間消耗等問題，且無法保證模型的準(zhǔn)確性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種金屬焊縫內(nèi)部缺陷的三維形貌及應(yīng)力特征的無損檢測方法，該方法結(jié)合X射線計算機(jī)斷層掃描技術(shù)和有限元分析技術(shù)，可以在不破壞試件的條件下，檢測出異種金屬焊縫內(nèi)部孔洞缺陷的三維形貌、應(yīng)力特征，該方法還可以得出異種金屬焊縫內(nèi)部孔洞缺陷的的空間分布，孔洞體積，孔隙率和孔尺度分布演化規(guī)律，以及孔的拓?fù)湫阅?，如連通性，曲折度等信息。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種金屬焊縫內(nèi)部缺陷的三維形貌及應(yīng)力特征的無損檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：①制樣：根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計獲得不同參數(shù)條件下經(jīng)過激光焊接的鋼鋁異種金屬焊接待測試件，將待測試件通過線切割獲得所需測試部位的試驗(yàn)樣件，所述參數(shù)條件包括焊接速度、焊接功率、離焦量、保護(hù)氣體；②掃描：選取所述試驗(yàn)樣件進(jìn)行X射線全方位識別計算機(jī)斷層掃描，分別記錄掃描圖像與對應(yīng)異種金屬的焊接參數(shù)；③信息處理：利用軟件VGStudioMAX2.0對步驟②中的斷層掃描信息進(jìn)行分析，獲得內(nèi)部缺陷三維參數(shù)信息，所述內(nèi)部缺陷三維參數(shù)信息包括三維孔洞體積、孔隙率、孔尺度分布、三維孔洞空間分布與異種金屬焊接參數(shù)的影響規(guī)律；④信息處理：利用軟件VGStudioMAX2.0針對步驟③獲得的信息進(jìn)行分析，異種金屬在焊接過程中會在焊縫位置形成不同的金屬化合物，而不同的金屬化合物的物理性能不同，引起X射線衰減程度也不同，針對步驟③的信息分析后，甄別焊縫區(qū)域的不同缺陷與不同金屬化合物，提取焊縫缺陷信息，消除不同金屬化合物對目標(biāo)信息獲取的干擾，然后得到焊縫缺陷單一信息的分布規(guī)律；焊縫缺陷信息包括經(jīng)軟件分析后得到的關(guān)于焊縫區(qū)域的關(guān)于缺陷和不同金屬化合物的信息，目標(biāo)信息則是針對焊縫缺陷的信息；⑤模型重構(gòu)：利用軟件VGStudioMAX2.0對步驟②中獲得的信息進(jìn)行三維模型重建，獲得可視化的焊縫模型；⑥應(yīng)力分析：將重構(gòu)的三維模型導(dǎo)入hypermesh軟件，利用獲得的焊接區(qū)域內(nèi)不同組成成分的不同物理性能進(jìn)行網(wǎng)格劃分并定義物質(zhì)物理特性，并利用有限元分析軟件ansys進(jìn)行模型力學(xué)分析；⑦試驗(yàn)驗(yàn)證：將上述實(shí)驗(yàn)樣件分批次進(jìn)行應(yīng)力拉伸實(shí)驗(yàn)、高周疲勞實(shí)驗(yàn)等傳統(tǒng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證有限元分析的可靠性。進(jìn)一步的，所述參數(shù)條件包括焊接速度、焊接功率、離焦量、保護(hù)氣體，其中，焊接速度選取范圍為1200瓦～2000瓦，焊接速度選取范圍為15mm/s～45mm/s，離焦量選取范圍為-1mm～2mm。采用上述方案，本發(fā)明可以無損檢測出異種金屬焊縫內(nèi)部缺陷的三維形貌，可以保證測試試樣的完整性，有利于后期力學(xué)性能驗(yàn)證。同時，避免了試件試件切片所引入的損傷，保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步的，不僅可以得出異種金屬焊縫表面形貌，還可以得出焊縫內(nèi)部缺陷的三維空間分布，孔洞體積，孔隙率和孔尺寸分布規(guī)律，以及孔的拓?fù)湫阅?，如連通性，曲折度等信息。而且，同時能準(zhǔn)確重構(gòu)出可用于有限元分析的三維可視化模型，有益于進(jìn)一步理解異種金屬焊縫內(nèi)部缺陷三維形貌。再者，可以在不損壞測試試樣的前提下，獲得試樣力學(xué)性能，大大節(jié)約了實(shí)驗(yàn)過程中消耗的人力物力及時間，并為建立壽命預(yù)測模型、探索焊縫內(nèi)部缺陷與力學(xué)性能的影響關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。附圖說明附圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例焊縫孔洞三維重構(gòu)模型。具體實(shí)施方式本發(fā)明的具體實(shí)施例是針對異種金屬焊縫而形成的內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測的方法，尤其是對該內(nèi)部缺陷的三維形貌及應(yīng)力特征進(jìn)行無損檢測。該檢測方法主要由X射線計算機(jī)斷層掃描儀，異種金屬焊接試樣，VGStudioMAX軟件，ansys軟件四部分組成；其中X射線計算機(jī)斷層掃描儀探測器類型為Y.XRD0820，探測器單元數(shù)為1024，像素數(shù)為1024×1024。異種金屬焊接試樣形狀任意，一般情況以扁平長方體為主，尺寸不宜太大，因?yàn)槌叽缭叫?，三維重構(gòu)圖像的分辨率越高。分析軟件采用VGStudioMAX2.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。有限元分析軟件采用hypermesh和ansys軟件進(jìn)行分析處理。下面，結(jié)合表格說明本發(fā)明的異種金屬焊縫內(nèi)部缺陷三維形貌及應(yīng)力特性檢測方法的一個實(shí)施例。本發(fā)明以鋼鋁異種金屬激光焊接試樣為例，激光參數(shù)如表1所示，即焊接速度選取范圍為1200瓦～2000瓦，焊接速度選取范圍為5mm/s～55mm/s，離焦量選取范圍為-1mm～2mm。按照上述激光焊接參數(shù)，分別焊接100×50×1的鋼板與鋁板，獲得異種金屬焊縫試樣。表1激光焊接參數(shù)及性能參數(shù)實(shí)驗(yàn)表將上述試樣通過線切割切取所需尺寸，進(jìn)行X射線計算機(jī)斷層掃描并記錄對應(yīng)試樣焊接參數(shù)信息。利用軟件VGStudioMAX2.0對上述斷層掃描信息進(jìn)行分析，得出三維孔洞體積、孔隙率、孔尺度分布，三維孔洞空間分布與異種金屬焊接參數(shù)的影響規(guī)律,如表1所示；區(qū)別出金屬焊接成型物質(zhì)各部位的不同組成成分，如表2所示，是以試樣1為例得到的不同組成成分，消除焊接區(qū)域不同物質(zhì)的物理性能不同對焊縫缺陷檢測的影響后，對上述斷層掃描信息進(jìn)行三維模型重建，獲得可視化的焊縫模型，如圖1所示。表2化學(xué)成分(％)CuSiFeZnTiMgAl0.50.3400.40.50.4bal將重構(gòu)的三維CAD模型導(dǎo)入hypermesh等軟件，利用上述獲得組成成分區(qū)域不同的物理性能進(jìn)行網(wǎng)格劃分并定義物質(zhì)物理特性；利用ansys等有限元分析軟件進(jìn)行模型力學(xué)分析獲得焊縫的力學(xué)性能，如表1所示。本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施例及變形例，而是在所附的權(quán)利要求書中所記載的范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)為多種形態(tài)的實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明精神的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員所能做到的變形范圍，毋庸置疑也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3