焊接缺陷磁光成像機(jī)理有限元分析.pdf

1、工件在焊接過程中，因焊接設(shè)備與工藝條件的偏差，冶金因素變化和殘余應(yīng)力狀態(tài)的影響等，往往會(huì)產(chǎn)生氣孔、夾渣、凹陷與未融合以及凹坑等缺陷。焊接缺陷的產(chǎn)生嚴(yán)重威脅焊件的性能，引起焊件的局部應(yīng)力集中、斷裂等，甚至導(dǎo)致焊件的報(bào)廢，縮短焊件使用壽命，導(dǎo)致產(chǎn)品存在質(zhì)量隱患，大大影響焊接質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。
　　目前用于焊接缺陷的無損檢測(cè)方法，主要分為常規(guī)無損檢測(cè)和非常規(guī)無損檢測(cè)。其中常規(guī)無損檢測(cè)包括超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)、渦流檢測(cè)、滲透檢測(cè)等，非常規(guī)無

2、損檢測(cè)包括漏磁檢測(cè)、微波檢測(cè)、磁光檢測(cè)等。磁光檢測(cè)以其不需要清除油漆等覆蓋物，可實(shí)現(xiàn)表面及亞表面缺陷的實(shí)時(shí)成像等優(yōu)點(diǎn)成為本文研究焊接缺陷的方法。本論文從以下幾方面研究利用磁光檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)焊接后的焊接缺陷的機(jī)理及其應(yīng)用：
　　首先，在分析現(xiàn)今無損檢測(cè)的特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀和國內(nèi)外磁光傳感器應(yīng)用現(xiàn)狀及漏磁概況的基礎(chǔ)上，研究了磁光的基礎(chǔ)理論，搭建出磁光檢測(cè)焊接缺陷裝置，針對(duì)不同的焊接缺陷，獲得對(duì)應(yīng)的磁光圖像。
　　其次，利用漏磁理論，分

3、析了焊件無缺陷時(shí)及有缺陷時(shí)的磁路，說明了有缺陷時(shí)焊接缺陷處會(huì)形成漏磁場(chǎng)。結(jié)合光學(xué)理論和法拉第磁致旋光效應(yīng)理論，研究了磁光傳感器成像的機(jī)理：偏振光通過磁光介質(zhì)時(shí)，由于缺陷漏磁場(chǎng)的作用偏振方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而在成像元件上形成缺陷的磁光圖像。其中磁光圖像中較明亮部分及較暗區(qū)域分別為焊接缺陷在磁場(chǎng)N極和S極所感應(yīng)形成的。再說明研究缺陷上方的漏磁場(chǎng)是研究磁光成像原理的重點(diǎn)，為深入研究焊接缺陷磁光成像機(jī)理及應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　再次，利用磁荷理

4、論建立了凹坑缺陷的磁偶極子模型，并利用磁光傳感器采集凹坑的磁光圖像，將磁光圖像的灰度圖與凹坑磁偶極子模型的垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度分布進(jìn)行對(duì)比來驗(yàn)證建立的磁偶極子模型的可靠性。
　　最后，為了深入研究鐵磁性焊接缺陷上方的漏磁場(chǎng)情況，利用ANSYS軟件建立凹陷模型、凹坑模型、未熔合模型、無缺陷模型。利用仿真結(jié)果，說明焊件有缺陷與無缺陷的磁路情況與漏磁理論中基本上是一致的，并利用磁光成像試驗(yàn)中采集的缺陷的磁光圖像的灰度圖與仿真結(jié)果中的對(duì)應(yīng)模型的

5、磁感應(yīng)分布進(jìn)行對(duì)比來驗(yàn)證建立的四種有限元模型的可靠性。結(jié)合磁光成像理論、光學(xué)理論說明提離度越小，磁光成像試驗(yàn)采集的磁光圖像越清晰。然后，在同一提離度下，研究不同缺陷模型缺陷上方的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)同一提離度下，距焊件中心距離相同時(shí)，缺陷模型的磁感應(yīng)強(qiáng)度的絕對(duì)值要大于無缺陷模型。且同一提離度下，缺陷形狀開口大很多或者深度深很多的缺陷的磁光圖像將會(huì)更清晰。較小的提離度下，且距焊件中心距離相同時(shí)，開口大的缺陷的磁感應(yīng)強(qiáng)度的絕對(duì)值要比深度