一种基于声发射技术的振动焊接状态检测系统及方法技术方案

基于声发射技术的振动焊接状态检测系统，包括振动焊接处理模块、声发射信号检测模块和上位机系统；上位机系统与振动焊接处理模块连接；声发射信号检测模块用于获取振动焊接过程中的声发射信号；声发射信号分析模块对声发射信号检测模块采集回来的声发射信号进行分析，提取构件振动焊接过程中焊接缺陷的声发射信号的特征；工艺参数调整模块用于调整振动焊接的工艺参数。基于声发射技术的振动焊接状态检测方法包括搭建基于声发射技术的振动焊接状态检测系统；获取声发射信号特征值的临界阈值；对焊接构件进行振动焊接处理，并获取声发射信号的特征值；特征比对以及工艺参数调整。本发明专利技术具有能够提高构件的焊接质量的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声发射技术的振动焊接状态检测系统及方法
本专利技术涉及焊接
，特指一种基于声发射技术的振动焊接状态检测系统及方法。
技术介绍
振动焊接是一种在焊接过程中辅以机械振动来提高焊接质量的新技术。通过该技术进行焊接不仅能够有效地消除焊接残余应力，而且能起到细化晶粒的作用。在工程领域中，焊缝位置通常是结构中较为脆弱的地方，最容易发生破坏失效，因此焊缝质量对焊接构件的使用寿命有着极大的影响。此外在焊接过程中无论是否对构件施加振动，焊接缺陷的产生都是无法避免的，所以当选取的工艺参数不合理时，对构件进行振动焊接不但没有达到提高焊接质量的效果，反而会加速焊接缺陷的产生，从而极大的影响构件的焊接质量。目前对于构件焊接质量的检测方法包括焊前检测、焊接过程中检测和焊后检测，前面两种方法通过操作人员的肉眼观察或通过识别声音变化来进行判断，属于传统的人工检验方法，存在着一定的主观性，而焊后检测虽然能够准确地检测出焊缝的质量，但通过该检测方法确定工艺参数时需要进行多次实验，提高了实验成本并且降低了生产效率。因此有必要对振动焊接状态检测系统及方法展开研究，实现在焊接过程中对构件状态的动态检测，改善构件的振动焊接质量，助力振动焊接技术在机械工程领域中的推广与应用。构件在振动焊接过程中产生缺陷时会以弹性波形式释放出应变能，这种现象称为声发射。由于声发射信号来自缺陷本身，而构件在振动焊接的过程中产生的缺陷形式包括焊接残余应力、焊接裂纹、焊接气孔以及焊接夹渣等，这些缺陷都属于典型的声发射源。综上所述，我们不难发现，声发射技术能够对振动焊接过程进行实时检测，以此来实时评估振动焊接构件的质量，即对构件振动焊接过程中的缺陷演化情况进行实时评估。因此，针对目前在振动焊接过程中缺乏对构件焊接状态进行实时检测的问题，本专利技术将声发射技术融合到振动焊接系统中，在此基础上提出一种基于声发射技术的振动焊接状态检测系统及方法，对构件振动焊接过程进行实时检测，达到改善振动焊接构件质量的目的，从而助力振动焊接技术的推广与应用。
技术实现思路
为了解决目前在振动焊接过程中缺乏对构件焊接状态进行实时检测的问题，本专利技术提出一种基于声发射技术的振动焊接状态检测系统及方法，即采用声发射技术对构件进行焊接状态的实时检测，通过分析各种焊接缺陷的声发射信号特征来调整振动焊接的工艺参数，从而提高焊接的质量，有利于获得稳定且理想的焊接效果，从而推动振动焊接技术在机械工程领域中的发展。基于声发射技术的振动焊接状态检测系统，包括振动焊接处理模块、声发射信号检测模块和上位机系统；所述的上位机系统包括声发射信号分析模块和工艺参数调整模块；所述的上位机系统与所述的振动焊接处理模块连接，从而控制所述的振动焊接处理模块对焊接构件进行振动焊接处理；所述的声发射信号检测模块与所述的上位机系统连接；所述的声发射信号检测模块用于获取振动焊接过程中的声发射信号；所述的声发射信号分析模块对声发射信号检测模块采集回来的声发射信号进行分析，提取构件振动焊接过程中焊接缺陷的声发射信号的特征；所述的工艺参数调整模块用于调整振动焊接的工艺参数。具体来说，所述的工艺参数包括焊接电流、焊接速度、焊接电压、振动频率、振动幅值和振动时间；焊接电流、焊接速度以及焊接电压的选择对于焊接质量都有着极大的影响，而振动频率、振动幅值以及振动时间直接决定了注入焊接构件内部的振动能量，对于焊接质量也会产生很大的影响。进一步，所述的振动焊接处理模块包括信号源、功率放大器、激振设备、加速度传感器、电荷放大器、示波器和焊接设备；所述的上位机系统分别与所述的信号源和焊接设备的输入端连接；所述的信号源的输出端与所述的功率放大器的输入端连接；所述的功率放大器的输出端与所述的激振设备的输入端连接；所述的加速度传感器安装在焊接构件上，所述的加速度传感器的输出端与所述的电荷放大器的输入端连接；所述的电荷放大器的输出端与示波器的输入端连接；所述的示波器的输出端与所述的上位机系统连接；所述的上位机系统控制所述的信号源产生幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；所述的上位机系统控制焊接设备产生焊接热源。具体来说：所述的上位机系统根据初始设置的工艺参数控制焊接设备对焊接构件进行焊接处理，同时控制信号源产生正弦激励信号，正弦激励信号经功率放大器放大后驱动激振设备对焊接构件进行振动处理。进一步，所述的声发射信号检测模块包括声发射传感器、声发射信号放大器和数据采集卡；所述的声发射传感器安装在焊接构件上；所述的声发射传感器的输出端与所述的声发射信号放大器的输入端连接；所述的声发射信号放大器的输出端与所述的数据采集卡的输入端连接；所述的数据采集卡的输出端与上位机系统连接。进一步，所述的声发射信号分析模块包括声发射信号特征获取模块、声发射信号特征临界阈值设置模块、特征比对模块；所述的声发射信号特征获取模块提取数据采集卡采集到的声发射信号的特征；所述的声发射信号的特征选取的是信号波形的最大振幅值(Amplitude)；所述的声发射信号特征临界阈值设置模块用于设置声发射信号特征的临界阈值；所述的特征比对模块用于将实时采集到的声发射信号的特征值与临界阈值进行比对。进一步，所述的信号源为信号发生器。或者，所述的信号源为任意波形发生卡。基于声发射技术的振动焊接状态检测方法包括以下步骤：(1)、将焊接构件固定在激振设备上；将声发射传感器和加速度传感器安装在焊接构件上；接通上位机系统与信号源之间的信号连线；接通上位机系统与焊接设备之间的信号连线；接通信号源与功率放大器之间的信号连线；接通功率放大器与激振设备之间的信号连线；接通加速度传感器与电荷放大器之间的信号连线；接通电荷放大器与示波器之间的信号连线；接通示波器与上位机系统之间的信号连线；接通声发射传感器与声发射信号放大器之间的信号连线；接通声发射信号放大器与数据采集卡之间的信号连线；接通数据采集卡与上位机系统之间的信号连线；接通信号源、功率放大器、激振设备、焊接设备、电荷放大器、示波器、声发射信号放大器、数据采集卡和上位机系统的电源；(2)、在不同工艺参数下对构件进行破坏性的振动焊接试验，同时提取采集到的声发射信号的特征值，并测试得到构件的焊接残余应力，通过曲线拟合的方式得到声发射信号的特征值与焊接残余应力的函数关系，当焊接残余应力达到焊接工艺要求的上限时，将此时的声发射信号的特征值作为声发射信号特征值的临界阈值，并存储到特征比对模块；(3)、在工艺要求的范围内选取具体的工艺参数值对焊接构件进行振动焊接处理；(4)、声发射传感器对焊接构件振动焊接过程进行实时检测，并将检测到的声发射信号传输到上位机系统中，同时上位机系统中的声发射信号分析模块提取出声发射信号的特征值；(5)、在工艺要求的范围内选取具体的工艺参数值对焊接构件进行振动焊接处理，将提取到的声发射信号特征值传输到所述的特征比对模块进行比对，当声发射信号特征值超过临界阈值时，所述的工艺参数调整模块对振动焊接的工艺参数进行调整，并以调整后的工艺参数继续驱动振动焊接处理模块对焊接构件进行处理，即通过工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于声发射技术的振动焊接状态检测系统，其特征在于：包括振动焊接处理模块、声发射信号检测模块和上位机系统；所述的上位机系统包括声发射信号分析模块和工艺参数调整模块；所述的上位机系统与所述的振动焊接处理模块连接，从而控制所述的振动焊接处理模块对焊接构件进行振动焊接处理；所述的声发射信号检测模块与所述的上位机系统连接；所述的声发射信号检测模块用于获取振动焊接过程中的声发射信号；所述的声发射信号分析模块对声发射信号检测模块采集回来的声发射信号进行分析，提取构件振动焊接过程中焊接缺陷的声发射信号的特征；所述的工艺参数调整模块用于调整振动焊接的工艺参数。/n

【技术特征摘要】
1.基于声发射技术的振动焊接状态检测系统，其特征在于：包括振动焊接处理模块、声发射信号检测模块和上位机系统；所述的上位机系统包括声发射信号分析模块和工艺参数调整模块；所述的上位机系统与所述的振动焊接处理模块连接，从而控制所述的振动焊接处理模块对焊接构件进行振动焊接处理；所述的声发射信号检测模块与所述的上位机系统连接；所述的声发射信号检测模块用于获取振动焊接过程中的声发射信号；所述的声发射信号分析模块对声发射信号检测模块采集回来的声发射信号进行分析，提取构件振动焊接过程中焊接缺陷的声发射信号的特征；所述的工艺参数调整模块用于调整振动焊接的工艺参数。


2.如权利要求1所述的基于声发射技术的振动焊接状态检测系统，其特征在于：所述的振动焊接处理模块包括信号源、功率放大器、激振设备、加速度传感器、电荷放大器、示波器和焊接设备；所述的上位机系统分别与所述的信号源和焊接设备的输入端连接；所述的信号源的输出端与所述的功率放大器的输入端连接；所述的功率放大器的输出端与所述的激振设备的输入端连接；所述的加速度传感器安装在焊接构件上，所述的加速度传感器的输出端与所述的电荷放大器的输入端连接；所述的电荷放大器的输出端与示波器的输入端连接；所述的示波器的输出端与所述的上位机系统连接；所述的上位机系统控制所述的信号源产生幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；所述的上位机系统控制焊接设备产生焊接热源。


3.如权利要求1所述的基于声发射技术的振动焊接状态检测系统，其特征在于：所述的声发射信号检测模块包括声发射传感器、声发射信号放大器和数据采集卡；所述的声发射传感器安装在焊接构件上；所述的声发射传感器的输出端与所述的声发射信号放大器的输入端连接；所述的声发射信号放大器的输出端与所述的数据采集卡的输入端连接；所述的数据采集卡的输出端与上位机系统连接。


4.如权利要求1所述的基于声发射技术的振动焊接状态检测系统，其特征在于：所述的声发射信号分析模块包括声发射信号特征获取模块、声发射信号特征临界阈值设置模块、特征比对模块；所述的声发射信号特征获取模块提取数据采集卡采集到的声发射信号的特征；所述的声发射信号的特征选取的是信号波形的最大振幅值(Amplitude)；所述的声发射信号特征临界阈值设置模块用于设置声发射信号特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾邦平，胡雄，王萍，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31