一种对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法技术

本发明专利技术公开了一种对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法，包括以下步骤：步骤一、获取焊接过程中主轴三向力实时数据；步骤二、获取焊接过程中主轴三向振动加速度实时数据；步骤三、构建主轴动态性能评价模型；步骤四、模型验证。本发明专利技术提供的评价方法通过建立主轴动态性能评价模型对焊接质量进行评价，无需传统的破坏性试验，直接对焊接过程中主轴动态性能实时观测即可评价焊缝质量，为铝/镁异种材料FSLW在汽车工业领域中的应用提供了理论基础和科学依据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法


[0001]本专利技术涉及搅拌摩擦焊焊缝质量评价
，具体涉及一种对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法。

技术介绍

[0002]汽车工业生产对环境保护、节能减排等要求日益提高，而汽车轻量化作为汽车节能减排的重要手段，愈来愈得到世界各国的高度重视。铝合金和镁合金因具有高阻尼能力、高比强度、重量轻和优良的成形性能，作为一种最具理想的轻量化材料在汽车工业领域中得到广泛应用。然而，铝合金和镁合金异种材料连接技术的最大挑战是铝/镁异种材料焊接接头组织中会形成金属间化合物相Al
x
Mg
y
，容易导致焊缝出现裂纹。近年来，研究人员尝试采用钎焊、扩散焊、超声波焊、激光焊、电阻焊、电弧焊等各种工艺方法来连接铝/镁异种材料，但这些方法各自都存在很多问题。作为一种新型固相连接技术，搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)因其在焊接过程中焊接热输入低，母材在搅拌头作用下只发生塑性流动而不发生熔化，可以有效抑制金属间化合物的产生；且借助FSLW具有高应变率和大变形量特征，有效改善金属间化合物的分布等特点，而成为这两种轻合金材料的理想连接技术。
[0003]搅拌摩擦焊焊缝成形分为表面成形和横截面成形。表面形状直接影响FSW焊缝的性能。到目前为止，研究人员已经进行了大量有益的工作来研究焊接工艺参数(如焊接和转速)对焊缝形成的影响机理。研究表明，转速过高或过低都会降低焊缝表面质量。在FSW焊接过程中，异种金属在机械主轴高速旋转的驱动下，在刀具的作用下形成一个牢固的接头。一些学者从主轴性能的角度分析了成形FSW焊缝的质量，并观察焊接过程中主轴轴向力的变化。他们的研究表明，随着轴向力的增加，焊接热输入增加，焊接材料的流动性增加，焊缝表面的光滑度提高。也有研究结果表明，主轴上的轴向力对焊缝的形成起主导作用，但主轴侧向力的增加会降低焊缝内部的物流稳定性，导致表面缺陷和粗糙度。总的来说，这些研究已经解决了焊接参数对焊缝表面形成的影响，或者仅仅是主轴力对焊缝成形的影响，但是仍然存在一些突出的问题。例如，主轴动态性能(主轴力和振动)与焊接工艺参数之间的内在关系以及主轴动态性能对异种铝/镁搅拌摩擦焊组织和性能的影响尚待研究。
[0004]基于此，本专利技术提供的对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法以铝合金和镁合金为研究对象，构建不同参数条件下的搅拌摩擦搭接焊(friction stir welding,FSLW)接头，利用三分量切削测力系统、测振仪研究焊接工艺参数(旋转速度ω)、(焊接速度ν)对FSLW主轴动态性能(三向力、振动)的影响，运用TOPSIS法对FSLW主轴动态性能进行综合评价，研究FSLW主轴动态性能对焊缝力学性能的影响，为铝/镁异种材料FSLW在汽车工业领域中的应用提供了理论基础和科学依据。

技术实现思路

[0005]针对现有搅拌摩擦焊中主轴动态性能对焊缝影响的问题，本专利技术提出了一种对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法。
[0006]本专利技术通过下述技术方案来实现：
[0007]一种对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、获取焊接过程中主轴三向力实时数据：将镁铝异种金属板材放置在三分量切削力系统Kistler9257B采集器上方，测力台通过压板及螺栓固定在工作台上，通过传感线与电荷放大器连接，调整参数，开始焊接的同时开始采集数据，通过采集工控机将数据传输到计算机上，得到焊接过程中的三向力实时数据；将焊接过程中搅拌头与试样作用过程分为四个阶段，插入阶段(Ⅰ)、保持阶段(Ⅱ)、进给阶段(III)、拔出阶段(Ⅳ)，以进给阶段(III)主轴力-时间曲线分析焊接工艺参数随主轴力的变化趋势，对主轴三向力数据进行正态拟合，取其均值进行分析；
[0009]步骤二、获取焊接过程中主轴三向振动加速度实时数据：将1A314E型IEPE压电式三向加速度传感器固定在主轴上，向加速度传感器X、Y、Z方向灵敏度分别为104.2mv/g、100.1mv/g和99.3mv/g，频率范围为0.5-7000Hz；三向加速度传感器与DH5922D动态信号采集仪相连接，后者通过USB 3.0线与计算机连接，通过DHDAS动态信号采集分析系统实时监测焊接过程中主轴X、Y、Z三个方向振动加速度随时间的变化情况；取上述进给阶段(III)的三向振动加速度均值进行分析；
[0010]步骤三、构建主轴动态性能评价模型：运用综合评价法对主轴动态性能进行等级划分和量化评价，建立主轴动态性能评价模型；
[0011]步骤四、模型验证：随机从中选出不同的主轴动态性能参数下的焊缝进行分析，观察不同主轴动态性能下的宏观组织、显微硬度与拉伸剪切强度，验证该评价模型的可靠性。
[0012]进一步地，步骤三中综合评价法具体为：采用层析分析法和TOPSIS正负理想解法，通过MATLAB编程计算并对工艺参数进行优劣排序：首先，统一指标类型后，由公式(1)对不同工艺参数条件下所测量的主轴动态性能数据进行标准化处理得到评价矩阵R；
[0013][0014]然后建立层次结构图，根据已知各评价指标确定目标层O、准测层C、子准测层D和方案层P等层次，利用层次分析法，基于表1按照1～9的标度a
ij
来度量任意两个层级的相对重要性。
[0015]表1标度a
ij
的含义
[0016][0017]构造各层级之间的比较矩阵，用和法计算可得各矩阵的最大特征根和对应的归一
化特征向量。结合子准则层D对准测层C各因素的相对权重的列向量构成矩阵W
(3)
和准则层C对目标层O的相对权重w
(2)
。由w
(3)
＝W
(3)
w
(2)
计算得到各评价指标对主轴动态性能的组合权重。
[0018]最后，结合评价矩阵R和各参数对主轴动态性能的组合权重，利用公式(2)
[0019]z
ij
＝w
j
y
ij
ꢀꢀꢀ
(2)
[0020]构造加权评价矩阵，确定正理想解S*和负理想解S-，再由公式(3)
[0021][0022]计算各参数到正理想解和负理想解的距离，再通过计算各参数对理想主轴性能的相近度B，根据相对接近度B对各个参数的主轴性能按优劣次序排列及等级划分。
[0023]本专利技术所述对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法在汽车工业领域中的应用。
[0024]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0025](1)本专利技术提供的对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法能够全面反映主轴动态性能(主轴力和振动)与焊接工艺参数之间的内在关系以及主轴动态性能对异种铝/镁搅拌摩擦焊组织和性能的影响；
[0026](2)本专利技术提供的对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法以铝合金和镁合金为研究对象，构建不同参数条件下的搅拌摩擦搭接焊焊缝，通过焊接过程中主轴工作信号(主轴力、振动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、获取焊接过程中主轴三向力实时数据：将镁铝异种金属板材放置在三分量切削力系统Kistler9257B采集器上方，测力台通过压板及螺栓固定在工作台上，通过传感线与电荷放大器连接，调整参数，开始焊接的同时开始采集数据，通过采集工控机将数据传输到计算机上，得到焊接过程中的三向力实时数据；将焊接过程中搅拌头与试样作用过程分为四个阶段，插入阶段(Ⅰ)、保持阶段(Ⅱ)、进给阶段(III)、拔出阶段(Ⅳ)，以进给阶段(III)主轴力-时间曲线分析焊接工艺参数随主轴力的变化趋势，对主轴三向力数据进行正态拟合，取其均值进行分析；步骤二、获取焊接过程中主轴三向振动加速度实时数据：将1A314E型IEPE压电式三向加速度传感器固定在主轴上，三向加速度传感器与DH5922D动态信号采集仪相连接，后者通过USB 3.0线与计算机连接，通过DHDAS动态信号采集分析系统实时监测焊接过程中主轴X、Y、Z三个方向振动加速度随时间的变化情况；取上述进给阶段(III)的三向振动加速度均值进行分析；步骤三、构建主轴动态性能评价模型：运用综合评价法对主轴动态性能进行等级划分和量化评价，建立主轴动态性能评价模型；步骤四、模型验证：随机从中选出不同的主轴动态性能参数下的焊缝进行分析，观察不同主轴动态性能下的宏观组织、显微硬度与拉伸剪切强度，验证该评价模型的可靠性。2.根据权利要求1所述的对搅拌摩擦焊焊缝质量的评价方法，其特征在于，步骤三中综合评价法具体为：采用层析分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亚东，陈晓，康博，张海潇，罗亚龙，何洋洋，路尧文，张志鹏，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：发明
国别省市：