[發明專利]金屬焊縫內部缺陷的三維形貌及應力特征的無損檢測方法

有效

• 申請號: 201710083408.3
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106770394B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 龍江啟;管倩倩;黃文浩
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G01N23/18
• 分類號: G01N23/18;G01D21/02
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 曾建芳

本發明公開了一種金屬焊縫內部缺陷的三維形貌及應力特征的無損檢測方法，該檢測方法是結合X射線計算機斷層掃描技術和有限元分析技術，可以在不破壞試件的條件下，檢測出異種金屬焊縫內部孔洞缺陷的三維形貌、應力特征，該方法還可以得出異種金屬焊縫內部孔洞缺陷的空間分布，孔洞體積，孔隙率和孔尺度分布演化規律，以及孔的拓撲性能，如連通性，曲折度等信息；其檢測過程包括制樣，對試驗樣件掃描獲得掃描圖片并記錄對應的金屬焊接參數，對獲得的掃描圖片信息進行處理并重建三維模型，對三維模型進行模型力學分析進行驗證。

技術領域

本發明屬于異種金屬焊接結構檢測技術領域，涉及一種針對異種金屬焊縫而形成的內部缺陷進行檢測的方法，尤其是對該內部缺陷的三維形貌及應力特征進行無損檢測。

背景技術

金屬焊縫時，由于焊接工藝原因，金屬的焊接區域總會不可避免地產生各種微觀缺陷，其中，微觀孔洞是焊接結構中存在的主要缺陷形式，而這些微觀孔洞會造成結構的應力集中，結構在外載荷作用下，其內部微觀孔洞不斷發生演化，并會最終導致構件及整體結構的破壞。微觀孔洞體積和位置分布都具有隨機性，其發展過程為微觀孔洞到宏觀結構缺陷的多尺度損傷演化過程。材料與結構內部在小尺度上的不連續性往往會對其宏觀性能產生明顯影響。此外，由于異種金屬焊接過程中產生的化學反應，在異種金屬焊縫中存在了不同的化合物，其不同的物理性能對整體焊縫在力學性能上的表現產生巨大的影響。

為了能準確地建立異種金屬焊縫內部缺陷的三維模型，研究不同的工藝參數對孔洞空間分布及孔洞三維形態的影響，及孔洞對整體焊縫力學性能的影響，同時區分出不同焊接化合物對整體焊縫力學性能的影響，必須要發展一種新型的檢測手段，既能檢測出異種金屬焊縫內部缺陷的三維信息，又能在不破壞試件的前提下分析得到試樣的力學性能。

目前，針對非透明金屬物質的無損檢測方法，有超聲波檢測，磁粉檢測，渦流檢測等方法，但這些方法在檢測過程中，由于金屬焊縫內部缺陷的不連通性、材質性能等原因，影響測試結果，造成檢測結果不精確或只能檢測表面形貌的問題；傳統的切片檢測方法，其檢測精度高，但其對檢測材料有不可修復的損壞，并且檢測過程所需消耗的時間長，而且需要大量人力勞作，再者，對實驗材料也造成了很大的浪費；同時檢測后的試驗樣品無法應用于其他應力實驗，對研究材料缺陷與應力關系的研究有巨大影響。經過上述檢測方法檢測后，再進行異種金屬焊縫的三維模型重構，用于應力特征分析。總之，上述檢測方法存在不可行或者需要更多人工測量操作更長時間消耗等問題，且無法保證模型的準確性。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種金屬焊縫內部缺陷的三維形貌及應力特征的無損檢測方法，該方法結合X射線計算機斷層掃描技術和有限元分析技術，可以在不破壞試件的條件下，檢測出異種金屬焊縫內部孔洞缺陷的三維形貌、應力特征，該方法還可以得出異種金屬焊縫內部孔洞缺陷的的空間分布，孔洞體積，孔隙率和孔尺度分布演化規律，以及孔的拓撲性能，如連通性，曲折度等信息。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種金屬焊縫內部缺陷的三維形貌及應力特征的無損檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

①制樣：根據實驗設計獲得不同參數條件下經過激光焊接的鋼鋁異種金屬焊接待測試件，將待測試件通過線切割獲得所需測試部位的試驗樣件，所述參數條件包括焊接速度、焊接功率、離焦量、保護氣體；

②掃描：選取所述試驗樣件進行X射線全方位識別計算機斷層掃描，分別記錄掃描圖像與對應異種金屬的焊接參數；

③信息處理：利用軟件VG Studio MAX2.0對步驟②中的斷層掃描信息進行分析，獲得內部缺陷三維參數信息，所述內部缺陷三維參數信息包括三維孔洞體積、孔隙率、孔尺度分布、三維孔洞空間分布與異種金屬焊接參數的影響規律；