雙相鋼電阻點焊熔核特征分析及質(zhì)量檢測方法研究.pdf

1、節(jié)能和環(huán)保一直是現(xiàn)代汽車工業(yè)迫切要求突破的技術(shù)難題。在滿足碰撞安全的前提下,降低車身重量是平衡車輛安全與節(jié)能環(huán)保的有效方法之一。其中,采用先進(jìn)高強(qiáng)鋼板替代傳統(tǒng)的低碳鋼板,對提高汽車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及降低車身重量具有重要意義。在使用的先進(jìn)高強(qiáng)鋼板中,雙相鋼(Dual Phase Steel)因其強(qiáng)度和塑性兼優(yōu)的綜合特性,在輕量化車身制造中的應(yīng)用最為普遍。在采用的連接工藝方法中,傳統(tǒng)電阻點焊由于低成本、高效率的優(yōu)點,目前仍是雙相鋼材料的主要連接工藝

2、。考慮到由鐵素體和少量馬氏體組成的雙相鋼,在電阻點焊過程中熔核區(qū)域易出現(xiàn)縮孔、裂紋等。當(dāng)進(jìn)行點焊接頭拉剪測試時,易出現(xiàn)熔核界面撕裂,并存在鋼板鍍鋅層與電極端面的合金化作用帶來的電極表面不規(guī)則等問題,因此,如何對雙相鋼點焊熔核的內(nèi)部和表面特征進(jìn)行有效識別和評價,進(jìn)而實現(xiàn)雙相鋼點焊接頭質(zhì)量的在線檢測,是亟待解決的重要問題。
　　基于上述背景,本文以雙相鋼材料為研究對象,首先開展了點焊接頭拉剪強(qiáng)度及熔核斷裂的試驗研究,提出表征雙相鋼點焊

3、熔核的特征參數(shù);針對熔核表面缺陷的檢測問題,采用圖像模式識別方法來評判焊核表面質(zhì)量;遴選超聲回波波形特征,確定點焊接頭缺陷對應(yīng)的超聲回波特征值最優(yōu)范圍,建立基于支持向量機(jī)的雙相鋼點焊熔內(nèi)部缺陷智能識別方法;利用伺服焊槍位置反饋特性,建立基于焊點壓痕的點焊接頭質(zhì)量評價模型,實現(xiàn)雙相鋼點焊接頭質(zhì)量的在線檢測。
　　本文主要開展的研究工作如下:
　　(1)雙相鋼點焊接頭質(zhì)量的試驗研究及熔核特征分析
　　雙相鋼電阻點焊保持階段

4、由于冷卻速度較快,易形成淬硬馬氏體,將增加點焊接頭脆性并產(chǎn)生熔核界面撕裂等問題。本章首先基于建立的伺服電阻點焊實驗系統(tǒng),獲取雙相鋼在不同工藝參數(shù)下的工藝窗口,其次采用靜態(tài)拉剪實驗研究不同工藝參數(shù)的組合對焊點拉剪強(qiáng)度的影響規(guī)律,并利用多元線性回歸給出了焊接工藝參數(shù)與焊點最大拉剪力的定量關(guān)系。最后分析了雙相鋼焊點熔核區(qū)及熱影響區(qū)在點焊快速冷卻過程的微觀組織和硬度變化規(guī)律,確定了點焊接頭不同斷裂模式及點焊過程中易產(chǎn)生的缺陷,對其進(jìn)行了歸類和成

5、因分析。研究結(jié)論表明,針對點焊缺陷引起的接頭質(zhì)量問題有必要進(jìn)行熔核表面及內(nèi)部缺陷的識別和檢測。
　　(2)雙相鋼點焊熔核表面特征的數(shù)字圖像模式識別方法
　　針對雙相鋼點焊熔核表面易出現(xiàn)的點蝕等特征,提出采用數(shù)字圖像模式識別方法實現(xiàn)熔核表面質(zhì)量的有效檢測。根據(jù)熔核表面特征的圖像特點與精度要求,設(shè)計了基于CCD的圖像采集系統(tǒng),在獲得原始圖像的基礎(chǔ)上,利用修改軟閾值的方法對獲得的熔核表面圖像進(jìn)行降噪、缺陷特征的圖像分割及基于面積幾

6、何特征的點蝕缺陷特征的定量分析。設(shè)計了基于Matlab的熔核表面缺陷特征圖像模式識別程序,實現(xiàn)基于圖像特征的熔核表面質(zhì)量的評價。
　　(3)基于支持向量機(jī)的焊點熔核缺陷超聲波檢測方法
　　本章首先歸納了不同點焊接頭缺陷的超聲檢測回波波形的規(guī)律和特點。基于點焊接頭超聲檢測回波波形,結(jié)合力學(xué)性能試驗和微觀組織檢驗遴選回波信號中衰減率、底面回波波峰間隔、有效回波數(shù)、最小增益、及中間回波峰值等五個能反映點焊熔核內(nèi)部缺陷的特征值參數(shù);

7、建立基于回波特征值和支持向量機(jī)的雙相鋼點焊熔核缺陷檢測方法。實現(xiàn)對點焊接頭缺陷的快速、準(zhǔn)確地識別。試驗結(jié)果為焊點的超聲波檢測在實際生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持。
　　(4)基于動態(tài)電阻和壓痕深度的點焊質(zhì)量在線檢測方法
　　本章提出了基于動態(tài)電阻與壓痕深度的接頭質(zhì)量在線檢測辦法。分析了點焊過程中動態(tài)電阻的變化規(guī)律,闡明了動態(tài)電阻與焊接接頭形成過程的映射關(guān)系,建立了基于動態(tài)電阻曲線的點焊熔核尺寸在線評價模型?；谒欧笜寣﹄姌O

8、位移的可控性,建立了焊點壓痕的在線獲取方法,分析了焊接工藝參數(shù)對焊點壓痕的影響,建立了基于壓痕的點焊可焊性范圍及焊點壓痕與點焊接頭質(zhì)量的對應(yīng)關(guān)系。試驗結(jié)果表明,利用焊點壓痕都很好檢測出焊點質(zhì)量。
　　通過以上工作,本文對雙相鋼點焊熔核特征及接頭質(zhì)量檢測有了一個比較全面和系統(tǒng)的分析。從它的特征、機(jī)理、檢測及評價等方面都進(jìn)行了較為深入的探討,對于基于伺服焊槍的雙相鋼點焊質(zhì)量檢測與評價,均提供了理論和實踐依據(jù),為雙相鋼在車身制造中的進(jìn)一