[發明專利]自沖摩擦鉚焊質量在線檢測及鉚焊工藝控制方法和系統

有效

• 申請號: 201810148626.5
• 申請日: 2018-02-13
• 公開（公告）號: CN110153355B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 馬運五;李永兵;樓銘
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B21J15/02
• 分類號: B21J15/02;B21J15/28
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種自沖摩擦鉚焊質量在線檢測及鉚焊工藝控制方法和系統，該系統包括：與鉚釘驅動桿相連的輸出轉速可調的旋轉運動驅動裝置、進給速度可調的直線進給運動驅動裝置以及傳感檢測裝置以及分別向旋轉運動驅動裝置和直線進給運動驅動裝置輸出控制指令，從傳感檢測裝置采集控制信息的反饋控制裝置，其中：待連接工件設置于鉚釘驅動桿及鉚釘下方。本發明能夠顯著提高自沖摩擦鉚焊接頭質量并實現接頭質量的在線無損檢測。

技術領域

本發明涉及的是一種輕量化材料連接領域的技術，具體是一種自沖摩擦鉚焊質量在線檢測及鉚焊工藝控制方法和系統。

背景技術

自沖摩擦鉚焊過程中鉚釘與板材間的機械互鎖和摩擦生熱量對低延展率材料的軟化程度以及對裂紋的抑制效果共同決定了接頭的力學性能。目前自沖摩擦鉚焊工藝可以通過采用高轉速或長工藝時間達到增大生熱量，抑制裂紋的效果，然而，在板材充分軟化的同時，鉚釘變形抗力減小，導致鉚釘塑性變形不足，從而無法與板材之間形成有效的機械互鎖。而當采用低轉速或較短的工藝時間時，雖然可以達到增加鉚釘塑性變形量，提高機械互鎖量的目的，但由于材料軟化不充分，無法完全消除低延展率材料中的裂紋。可見，現有自沖摩擦鉚焊工藝控制方法無法實現在消除裂紋的同時使機械連接效果最大化的效果。

另一方面，自沖摩擦鉚焊接頭形成過程復雜，接頭質量由鉚釘、模具等工藝要素和轉速、進給速度等工藝參數共同決定，接頭質量控制難。目前自沖摩擦鉚焊接頭的質量評價完全依靠破壞式檢測，包括破壞性力學試驗和金相觀察法。破壞性力學試驗是對鉚接接頭在特定受力狀態和速率下進行加載直至破壞以判斷接頭的動靜態力學強度。常用的破壞性力學試驗包括拉剪、剝離、正拉和疲勞等力學試驗。金相觀察法是將鉚接接頭沿直徑切開，并在一定的標準下評判接頭的幾何形貌和材料成分、硬度等特征，以此判斷機械連接和固相連接的好壞。破壞式檢測法是一種衡量自沖摩擦鉚焊接頭質量好壞最直接最可靠的方法，但是這是一種線下質量檢測方法，不僅效率低代價高，而且無法達到100％的檢測，因而不適用于自動化大規模生產中的質量檢測。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種自沖摩擦鉚焊質量在線檢測及鉚焊工藝控制方法和系統，通過對自沖摩擦鉚焊工藝過程中力、扭矩、位移等信號進行實時采集和實時計算，并基于計算結果實時調整不同階段的工藝參數，實現對自沖摩擦鉚焊工藝過程中熱輸入和鉚接力的動態實時調控，從而達到控制接頭成形質量的目的。同時，基于工藝結束時刻力-位移曲線計算得到的特征值判斷接頭質量合格與否，并能對不合格接頭缺陷進行分類。該方法可以提高自沖摩擦鉚焊接頭質量并實現接頭質量的在線無損檢測。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種鉚焊質量在線檢測方法，包括以下步驟：

步驟i：通過若干次測試獲得不同工藝參數下的鉚接力-時間曲線，扭矩-時間曲線和位移-時間曲線；

步驟ii：對接頭質量進行篩選，計算得到質量合格的接頭所對應的鉚接力-位移曲線和總熱輸入值；

步驟iii：對合格接頭的鉚接力-位移曲線和總熱輸入值進行數值處理并計算確定特征值和特征值公差帶的邊界；

步驟iv：利用特征值和特征值公差帶對自沖摩擦鉚焊接頭質量進行實時檢測。

所述的若干次測試是指：針對同一種工件匹配，采用相同鉚釘和模具組合，在不同工藝參數下進行的實驗，工藝參數變化范圍涵蓋直線進給運動驅動裝置和旋轉運動驅動裝置輸出速度的整個范圍。

所述的特征值和特征值公差帶邊界包括：

①鉚接力-位移曲線中鉚釘進入下層板前的最大鉚接力值的上邊界；

②鉚接力-位移曲線中的最大鉚接力值的上邊界和下邊界；

③整個工藝過程中的熱輸入量值的上邊界和下邊界；