一種基于焊接過(guò)程熱效應(yīng)計(jì)算的電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用焊接過(guò)程計(jì)算得到的焊接熱效應(yīng)評(píng)估電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量的 方法，適用于常用金屬薄板結(jié)構(gòu)材料的焊點(diǎn)質(zhì)量評(píng)估，尤其適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在線質(zhì)量檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電阻點(diǎn)焊是一種廣泛應(yīng)用于汽車制造的焊接方法，在現(xiàn)代轎車的車身金屬結(jié)構(gòu)焊 接中得到了大量應(yīng)用。因此，電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量的檢測(cè)非常重要，焊接過(guò)程中高效率地對(duì)焊 點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行傳感和檢測(cè)評(píng)估對(duì)于提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量、節(jié)約生產(chǎn)成本具有重要意義。 然而，電阻點(diǎn)焊過(guò)程中，焊點(diǎn)的形成隱藏于工件之中，并不能被直接觀測(cè)到，這為對(duì)焊接質(zhì) 量進(jìn)行實(shí)時(shí)傳感以及在線評(píng)估焊點(diǎn)質(zhì)量帶來(lái)了困難。因此，在生產(chǎn)企業(yè)中，通常情況下均在 焊后根據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)需要對(duì)生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品抽取一定比例，并進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。檢 測(cè)主要針對(duì)焊點(diǎn)直徑與焊點(diǎn)最大承載力這兩個(gè)重要指標(biāo)。其中，檢測(cè)焊點(diǎn)直徑需要撕開焊 點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)，測(cè)量其宏觀尺寸；檢測(cè)焊點(diǎn)最大承載力，需要進(jìn)行拉剪強(qiáng)度測(cè)試。這樣的檢測(cè) 方法不但效率低下，增加了生產(chǎn)成本，且不能保證未檢測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。因此，電阻點(diǎn) 焊過(guò)程中焊點(diǎn)質(zhì)量信息的傳感對(duì)于利用無(wú)損檢測(cè)方法在線評(píng)估電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量具有重 要的意義。為此，研宄者采用多種方法檢測(cè)焊點(diǎn)以表征其質(zhì)量。
[0003] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN1609622A公開的點(diǎn)焊熔核直徑的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法采用如下步驟： 取與焊接件相同厚度的焊接試樣進(jìn)行多點(diǎn)點(diǎn)焊，通過(guò)測(cè)量與計(jì)算獲得每點(diǎn)的動(dòng)態(tài)電阻曲 線；進(jìn)而獲得每點(diǎn)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電阻值r D;沿貼合面剖開焊接試樣，測(cè)量每個(gè)焊點(diǎn)的熔核直徑d ^;根據(jù)每個(gè)焊點(diǎn)熔核直徑d ^與準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電阻值rD的對(duì)應(yīng)關(guān)系，繪制出準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電阻值r D與熔 核直徑dtt關(guān)系曲線；將不同厚度材料的rD-d tt曲線存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)點(diǎn)焊某種材料 時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)先獲得該焊點(diǎn)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)電阻值rD，再與相同厚度材料的r D-dtt曲線進(jìn)行比較 可獲得對(duì)應(yīng)的熔核直徑，當(dāng)熔核直徑小于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，判定焊點(diǎn)質(zhì)量不合格，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí) 檢測(cè)。
[0004] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101241001A公開的鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑實(shí)時(shí)檢測(cè)方法采用 如下步驟：采集點(diǎn)焊過(guò)程中的電極位移信號(hào)，并繪制出電極位移信號(hào)曲線圖；從所得的電 極位移信號(hào)曲線上提取出膨脹位移和鍛壓位移兩個(gè)特征值；將鋁合金焊接試板撕開，對(duì)電 阻點(diǎn)焊熔核直徑進(jìn)行實(shí)測(cè)，建立所提取的特征值與實(shí)測(cè)的熔核直徑相對(duì)應(yīng)的樣本對(duì)，并形 成訓(xùn)練集；建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并用所得樣本對(duì)對(duì)模型依據(jù)BP算法進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)從 特征值到熔核直徑的映射；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是兩個(gè)輸入、一個(gè)輸出，中間一個(gè)隱層，隱層 結(jié)點(diǎn)的數(shù)目是5的結(jié)構(gòu)，隱層的轉(zhuǎn)移函數(shù)為Sigmoid函數(shù)，輸出層的轉(zhuǎn)移函數(shù)為線性函數(shù)； 將訓(xùn)練好的模型用于鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核直徑的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0005] 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN1220034C公開的多信息融合技術(shù)確定鋁合金板材電阻點(diǎn)焊熔核 面積的方法采用如下步驟：依據(jù)小波包變換及其能量譜原理、依據(jù)信息熵原理、依據(jù)模態(tài)分 析原理，計(jì)算出點(diǎn)焊過(guò)程中電極電壓、電流、電極位移和聲音信號(hào)的特征量，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 模型，由特征量和熔核面積對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算出的熔核面積與 實(shí)測(cè)熔核面積對(duì)照，確定誤差值，調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，直至達(dá)到誤差要求范圍。
[0006] 在電阻點(diǎn)焊過(guò)程中，焊點(diǎn)形成所需要的能量主要由焊接過(guò)程產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)來(lái) 提供。而電阻熱效應(yīng)則主要由流過(guò)二次回路的焊接電流產(chǎn)生，隨著焊點(diǎn)形成過(guò)程變化，焊點(diǎn) 兩端的電極電壓也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，利用焊接電流和電極電壓乘積的時(shí)間累積效 應(yīng)即可計(jì)算得到焊點(diǎn)形成過(guò)程所產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)。如式（1)所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于焊接過(guò)程熱效應(yīng)計(jì)算的電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法，該方法借助電阻點(diǎn)焊 焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)到的焊接電流信號(hào)、電極電壓信號(hào)和焊接電流時(shí)間計(jì)算焊點(diǎn)形成過(guò)程 產(chǎn)生的熱效應(yīng)，并利用熱效應(yīng)檢測(cè)、評(píng)估電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)尺寸和焊點(diǎn)最大承載力，所述檢測(cè)方 法的步驟如下： (1) 對(duì)于不同材料不同厚度，分別設(shè)定不少于十五組焊接電流、焊接電流持續(xù)時(shí)間、電 極壓力參數(shù)進(jìn)行電阻點(diǎn)焊，對(duì)每一焊接過(guò)程實(shí)時(shí)采集電阻點(diǎn)焊機(jī)次級(jí)回路中的電阻點(diǎn)焊過(guò) 程焊接電流信號(hào)和電極電壓信號(hào)； (2) 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中繪制出焊接電流和電極電壓隨時(shí)間變化的信號(hào)波形，檢查波形波 動(dòng)幅值和周期的可靠性； (3) 利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)焊接電流信號(hào)、電極電壓信號(hào)波形作乘法運(yùn)算，并基于焊接電流 持續(xù)時(shí)間作定積分運(yùn)算，得到焊接過(guò)程熱效應(yīng)數(shù)值； (4) 通過(guò)截取焊點(diǎn)橫截面檢測(cè)獲得上述各組焊接工藝參數(shù)焊接所得焊點(diǎn)的直徑，通過(guò) 拉剪實(shí)驗(yàn)獲得焊點(diǎn)最大承載力； (5) 以計(jì)算得到的焊接過(guò)程熱效應(yīng)數(shù)值為X軸，以檢測(cè)得到的焊點(diǎn)直徑或最大承載力 為Y軸，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)繪制出關(guān)系曲線，并擬合得到熱效應(yīng)-焊點(diǎn)直徑數(shù)學(xué)模型或熱效 應(yīng)-焊點(diǎn)最大承載力數(shù)學(xué)模型； (6) 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中根據(jù)上述步驟建立不同厚度、不同材料的電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量數(shù)學(xué) 模型數(shù)據(jù)庫(kù)； (7) 根據(jù)采用的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定不同厚度、不同材料的電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)直徑參考閾值 和最大承載力參考閾值； (8) 在實(shí)際焊接過(guò)程中，在數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，輸入檢測(cè)得到的熱效應(yīng)數(shù) 值，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即計(jì)算并輸出焊點(diǎn)直徑值和最大承載力值，如小于相應(yīng)的設(shè)定閾值，該焊點(diǎn) 被判定為不合格。
【專利摘要】一種基于焊接過(guò)程熱效應(yīng)計(jì)算的電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)方法，該方法借助電阻點(diǎn)焊焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)到的焊接電流信號(hào)、電極電壓信號(hào)和焊接電流持續(xù)時(shí)間計(jì)算焊點(diǎn)形成過(guò)程產(chǎn)生的熱效應(yīng)，并基于計(jì)算得到的焊接熱效應(yīng)和對(duì)應(yīng)焊點(diǎn)破壞性檢測(cè)到的焊點(diǎn)直徑、焊點(diǎn)最大承載力繪制關(guān)系曲線，從而建立熱效應(yīng)-焊點(diǎn)直徑數(shù)學(xué)模型和熱效應(yīng)-焊點(diǎn)最大承載力數(shù)學(xué)模型。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中建立不同厚度、不同材料的電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)庫(kù)。在實(shí)際焊接過(guò)程中，在數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，輸入檢測(cè)得到的熱效應(yīng)數(shù)值，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即計(jì)算并輸出焊點(diǎn)直徑值和最大承載力值，如小于相應(yīng)的設(shè)定閾值，該焊點(diǎn)被判定為不合格。利用本發(fā)明可以快速實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)直徑、最大承載力的非破壞檢測(cè)和評(píng)估，尤其適合焊接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在線質(zhì)量檢測(cè)。
【IPC分類】G01N3-08, G01N3-24
【公開號(hào)】CN104677751
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510091370
【發(fā)明人】羅怡, 樊紅軍, 高飛, 劉偉, 章璇, 段鈺婷
【申請(qǐng)人】重慶理工大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月28日