CN1332198C - 超声实时检测及监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声实时检测及监控方法，用于线性摩擦焊焊接过程中的实时检测，并且可用检测结果实现线性摩擦焊接头质量实时监控。其方法是由超声信号发射系统产生幅值为1600伏左右的放电脉冲信号，激励发射探头发射超声波；控制系统延时0.1～10μs后，启动信号采集系统采样来自宽频带放大电路对接收探头接收到的超声信号无失真放大后的信号，经过处理，可获得穿过焊接面的超声波波形及相关数据，根据波形的特征，与事先存储的标准超声波波形及数据相比较，可判断焊接面的焊合率及飞边大小，若达不到焊合要求时，控制系统可延长摩擦焊接时间，直到与标准超声波波形及数据相符合。本发明的优点是可在线检测、监控线性摩擦焊接头的焊接质量。

Description

超声实时检测及监控方法
技术领域
本发明涉及一种超声实时检测及监控方法，特别是摩擦焊接头质量的实时检测方法及监控方法。
背景技术
线性摩擦焊方法在国外航空工业已得到了广泛应用，目前主要用于航空发动机整体叶盘的焊接，故其接头质量的检测及监控方法显得格外重要。由于摩擦焊接属于固相焊，其焊接接头一般不存在象熔焊那样的冶金缺陷，如气孔、夹渣等，其接头缺陷主要是未焊合。
目前，一般用传统的超声波水浸法、反射法及穿透法等检测方法来检测线性摩擦焊接头的质量，这三种方法存在以下不足之处：
传统反射法及穿透法要求超声探头和试件之间必须使用液体或糊状耦合剂，检测时要求探伤表面平直、无沟槽和杂物；水浸法要求超声探头和试件全都浸入水中。而线性摩擦焊过程中，焊件处于往复运动状态，焊合面不断有高温飞边金属挤出。因此，上述三种方法只能用于焊后检测，而不能用于在线实时检测及监控。
发明内容
要解决的技术问题：为了克服现有技术无法对线性摩擦焊接头质量进行实时检测的不足，本发明提供一种超声实时检测及监控方法，可在线性摩擦焊焊接过程中进行实时检测，且可用检测结果实现线性摩擦焊接头质量实时监控。
技术方案：一种超声实时检测及监控方法，其特征在于下述步骤：
1)将发射探头1和接收探头5对称地安装在焊接面11两侧，探头端面与焊件摩擦方向平行，且探头端面的中心点与焊接面11在同一水平面；
2)检测开始，超声信号发射系统2产生幅值为1600伏左右的放电脉冲信号，激励发射探头1发射超声波；
3)控制系统3延时0.1～10μs后，启动信号采集系统4采样来自宽频带放大电路6对接收探头5接收到的超声信号无失真放大后的信号，经过处理，可获得穿过焊接面11的超声波波形及相关数据，根据波形的特征，与事先存储的标准超声波波形及数据相比较，可判断焊接面11的焊合率及飞边大小；若未达到焊合要求时，控制系统3可延长摩擦焊接时间，直到与标准超声波波形及数据相符合。
本发明相比现有技术的优点在于：由于采用了空气耦合超声检测方法，其探头无需与检测试件接触，无需对检测部位进行打磨处理，即使线性摩擦焊正在进行过程中，也可对其进行检测，因此可在线检测线性摩擦焊接头质量。线性摩擦焊接头的缺陷主要是未焊合，而空气耦合超声检测方法对于检测线性摩擦焊接头的焊合率是十分有效的。因此，当把在线检测结果用于闭环控制线性摩擦焊接时，可有效保证焊接质量。
附图说明
附图是超声实时检测及监控方法实施例示意图
图中，1-发射探头，2-超声信号发射系统，3-控制系统，4-信号采集系统，5-接收探头，6-宽频带放大电路，7-动夹具，8-静夹具，9-上焊件，10-下焊件，11-焊接面。
具体实施方式
参照附图，现有技术的线性摩擦焊装置由7-动夹具、8-静夹具、9-上焊件、10-下焊件组成。动夹具7由一振动机构驱动，带动上焊件9沿与纸面垂直方向作往复振动运动。在摩擦压力F的作用下，焊件9和焊件10的焊接面11产生摩擦热，从而实现摩擦焊接。F一般为2吨～150吨，摩擦频率为10～150Hz。
本发明是针对线性摩擦焊接头进行空气耦合超声的实时检测方法，发射探头1和接收探头5对称地安装在焊接面11两侧，探头端面与焊件摩擦方向平行，且探头端面的中心点与焊接面11在同一水平面。超声信号发射系统2与发射探头1电连接。在检测试验过程中，超声信号发射系统2产生幅值为1600伏左右的放电脉冲信号，激励发射探头1发射超声波。宽频带放大电路6与接收探头5电连接。信号采集系统4与宽频带放大电路6电连接。接收探头5接收到的超声信号经过宽频带放大电路6无失真放大后，可由信号采集系统4进行高速采样。控制系统3分别与超声信号发射系统2和信号采集系统4电连接。在实时检测过程中，由控制系统3控制超声信号发射系统2发射超声波信号及信号采集系统4采样接收信号。发射探头1和接收探头5距焊件表面的距离h，可根据发射探头1和接收探头5本身的灵敏度、超声信号发射系统2及信号采集系统4的灵敏度来调节，一般为3～6mm。宽频带放大电路6的频带宽度应为500HZ～80MHZ，以保证对超声信号进行无失真放大。
空气超声检测系统的实时检测及监控过程如下：
1.由控制系统3启动线性摩擦焊机开始工作，此时焊件9和焊件10的焊接面11在摩擦焊压力F的作用下摩擦生热并开始产生塑性变形。根据焊接工艺要求延时一定时间后，控制系统3开始执行步骤2。
2.由控制系统3发出指令，使超声信号发射系统2产生放电脉冲信号，激励发射探头1发射超声波。
3.控制系统3延时0.1～10μs后，启动信号采集系统4采样来自宽频带放大电路6对接收探头5接收到的超声信号无失真放大后的信号。
4.控制系统3将采样到的数据处理后，可获得穿过焊接面11的超声波波形及相关数据。根据该波形的特征，如波幅高度等，与事先存储的标准超声波波形及数据相比较，可判断焊接面11的焊合率及飞边大小。
5.若控制系统3采用闭环控制系统，可通过实时检测的数据与标准数据比较后，控制摩擦焊接过程。比如，检测到焊合率达不到要求时，控制系统3可延长摩擦焊接时间，并重复执行步骤2～步骤4，直到获得合格的焊合率。
本发明的方法，也适用于传统的旋转式摩擦焊。

Claims (1)

1、一种超声实时检测及监控方法，其特征在于下述步骤：
1)将发射探头(1)和接收探头(5)对称地安装在焊接面(11)两侧，探头端面与焊件摩擦方向平行，且探头端面的中心点与焊接面(11)在同一水平面；
2)检测开始，超声信号发射系统(2)产生幅值为1600伏左右的放电脉冲信号，激励发射探头(1)发射超声波；
3)控制系统(3)延时0.1～10μs后，启动信号采集系统(4)采样来自宽频带放大电路(6)对接收探头(5)接收到的超声信号无失真放大后的信号，经过处理，可获得穿过焊接面(11)的超声波波形及相关数据，根据波形的特征，与事先存储的标准超声波波形及数据相比较，可判断焊接面(11)的焊合率及飞边大小；若未达到焊合要求时，控制系统(3)可延长摩擦焊接时间，直到与标准超声波波形及数据相符合。
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