搅拌摩擦焊未焊透缺陷涡流检测规律的研究

论文摘要

搅拌摩擦焊是一种新型固相连接技术，应用十分广泛，尤其在铝合金材料连接方面，已应用到航空航天等领域。由于焊接工艺参数控制不当等原因，铝合金搅拌摩擦焊接头中常出现未焊透缺陷，对接头的力学性能有较大影响；与常规熔焊缺陷相比，该缺陷具有紧贴、细微的特点，这给检测带来困难。涡流检测主要应用于金属导体表面及近表面缺陷的检测，与其它检测方法相比涡流检测对未焊透缺陷更加敏感、更适合检测该缺陷。本文主要针对LY12铝合金搅拌摩擦焊未焊透缺陷，采用涡流电导仪和阻抗探伤仪来采集未焊透缺陷的涡流信号，研究未焊透缺陷深度和宽度对涡流检测信号的影响规律，获得涡流阻抗仪能检出的最小未焊透缺陷尺寸；本文还运用超声相控阵和渗透检测方法分别对搅拌摩擦焊未焊透缺陷进行检测，并与涡流检测法的检测效果进行对比。结果表明：不同铝合金的搅拌摩擦焊焊缝的涡流电导率分布有差异，LY12(CZ)铝合金的搅拌摩擦焊焊缝的电导率分布呈M型，LY12(M)和LF6(M)铝合金焊缝电导率分布都呈V型；当焊缝中存在未焊透缺陷时，焊核区的电导率呈V型分布，随着缺陷深度的增加，V型夹角逐渐减小，缺陷对应的电导率值逐渐减小且呈线性对应关系；LY12(CZ)铝合金焊缝中不同深度未焊透缺陷的电导率值的变化率和缺口试样相近但比LY12(M)的大，而LF6(M)铝合金焊缝中不同深度未焊透缺陷的电导率值的变化率比LY12铝合金的小；由于搅拌摩擦焊未焊透缺陷的宽度变化在10μm内，涡流电导仪无法识别这种微弱的宽度变化。当未焊透缺陷深度大于1.02mm时，随着缺陷深度的增加其对应的涡流阻抗幅值的电阻分量和电抗分量也随着增加，且呈线性对应关系。当检测频率f从250KHz增大至500KHz时，涡流阻抗仪能检出的最小未焊透深度为0.5mm，且宽度的最大值为3μm，深度小于0.5mm的未焊透缺陷涡流难以检测。超声相控阵和荧光渗透检测法均能检测出搅拌摩擦焊焊缝根部深度大于0.79mm的未焊透缺陷，但检测信号与缺陷深度之间不存在对应关系。涡流法检测未焊透缺陷的灵敏度比超声相控阵及渗透检测的高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 搅拌摩擦焊简介
• 1.2.1 搅拌摩擦焊原理及特点
• 1.2.2 搅拌摩擦焊缺陷的种类及形成机制
• 1.3 涡流检测简述
• 1.3.1 涡流检测原理
• 1.3.2 涡流电导率检测
• 1.3.3 涡流阻抗检测
• 1.4 超声相控阵及渗透检测原理
• 1.4.1 超声相控阵检测
• 1.4.2 渗透检测
• 1.5 FSW未焊透缺陷无损检测的研究现状
• 1.5.1 渗透检测
• 1.5.2 X射线检测
• 1.5.3 超声检测
• 1.5.4 涡流检测
• 1.6 本课题的主要研究内容
• 第2章 试验条件与方法
• 2.1 试验条件
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 缺口试样的制作
• 2.2.2 搅拌摩擦焊未焊透缺陷的制作
• 2.2.3 搅拌摩擦焊未焊透缺陷的涡流检测
• 2.2.4 金相试样的制备
• 第3章 未焊透缺陷的涡流电导率特征
• 3.1 缺口试样的电导率特征
• 3.1.1 不同深度缺口试样的电导率特征
• 3.1.2 不同宽度缺口试样的电导率特征
• 3.2 未焊透缺陷的电导率特征
• 3.2.1 搅拌摩擦焊焊缝的电导率分布特征
• 3.2.2 不同深度未焊透缺陷的电导率特征
• 3.2.3 不同宽度未焊透缺陷的电导率特征
• 3.3 未焊透缺陷特征对电导率值的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 未焊透缺陷的涡流阻抗检测
• 4.1 缺口试样的阻抗特征
• 4.1.1 不同深度缺口试样的阻抗特征
• 4.1.2 不同宽度缺口试样的阻抗特征
• 4.2 未焊透缺陷阻抗特征的研究
• 4.2.1 不同深度未焊透缺陷的阻抗特征
• 4.2.2 不同宽度未焊透缺陷的阻抗特征
• 4.2.3 LY12CZ态和M态铝合金的阻抗特征比较
• 4.3 未焊透缺陷阻抗检测灵敏度的研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 FSW未焊透缺陷的超声相控阵及渗透检测
• 5.1 未焊透缺陷的超声相控阵检测
• 5.2 未焊透缺陷的渗透检测
• 5.3 未焊透缺陷最佳无损检测方法的探讨
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢