[发明专利]金属焊缝内部缺陷的三维形貌及应力特征的无损检测方法

说明书

本发明公开了一种金属焊缝内部缺陷的三维形貌及应力特征的无损检测方法，该检测方法是结合X射线计算机断层扫描技术和有限元分析技术，可以在不破坏试件的条件下，检测出异种金属焊缝内部孔洞缺陷的三维形貌、应力特征，该方法还可以得出异种金属焊缝内部孔洞缺陷的空间分布，孔洞体积，孔隙率和孔尺度分布演化规律，以及孔的拓扑性能，如连通性，曲折度等信息；其检测过程包括制样，对试验样件扫描获得扫描图片并记录对应的金属焊接参数，对获得的扫描图片信息进行处理并重建三维模型，对三维模型进行模型力学分析进行验证。

技术领域

本发明属于异种金属焊接结构检测技术领域，涉及一种针对异种金属焊缝而形成的内部缺陷进行检测的方法，尤其是对该内部缺陷的三维形貌及应力特征进行无损检测。

背景技术

金属焊缝时，由于焊接工艺原因，金属的焊接区域总会不可避免地产生各种微观缺陷，其中，微观孔洞是焊接结构中存在的主要缺陷形式，而这些微观孔洞会造成结构的应力集中，结构在外载荷作用下，其内部微观孔洞不断发生演化，并会最终导致构件及整体结构的破坏。微观孔洞体积和位置分布都具有随机性，其发展过程为微观孔洞到宏观结构缺陷的多尺度损伤演化过程。材料与结构内部在小尺度上的不连续性往往会对其宏观性能产生明显影响。此外，由于异种金属焊接过程中产生的化学反应，在异种金属焊缝中存在了不同的化合物，其不同的物理性能对整体焊缝在力学性能上的表现产生巨大的影响。

为了能准确地建立异种金属焊缝内部缺陷的三维模型，研究不同的工艺参数对孔洞空间分布及孔洞三维形态的影响，及孔洞对整体焊缝力学性能的影响，同时区分出不同焊接化合物对整体焊缝力学性能的影响，必须要发展一种新型的检测手段，既能检测出异种金属焊缝内部缺陷的三维信息，又能在不破坏试件的前提下分析得到试样的力学性能。

目前，针对非透明金属物质的无损检测方法，有超声波检测，磁粉检测，涡流检测等方法，但这些方法在检测过程中，由于金属焊缝内部缺陷的不连通性、材质性能等原因，影响测试结果，造成检测结果不精确或只能检测表面形貌的问题；传统的切片检测方法，其检测精度高，但其对检测材料有不可修复的损坏，并且检测过程所需消耗的时间长，而且需要大量人力劳作，再者，对实验材料也造成了很大的浪费；同时检测后的试验样品无法应用于其他应力实验，对研究材料缺陷与应力关系的研究有巨大影响。经过上述检测方法检测后，再进行异种金属焊缝的三维模型重构，用于应力特征分析。总之，上述检测方法存在不可行或者需要更多人工测量操作更长时间消耗等问题，且无法保证模型的准确性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种金属焊缝内部缺陷的三维形貌及应力特征的无损检测方法，该方法结合X射线计算机断层扫描技术和有限元分析技术，可以在不破坏试件的条件下，检测出异种金属焊缝内部孔洞缺陷的三维形貌、应力特征，该方法还可以得出异种金属焊缝内部孔洞缺陷的的空间分布，孔洞体积，孔隙率和孔尺度分布演化规律，以及孔的拓扑性能，如连通性，曲折度等信息。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种金属焊缝内部缺陷的三维形貌及应力特征的无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

①制样：根据实验设计获得不同参数条件下经过激光焊接的钢铝异种金属焊接待测试件，将待测试件通过线切割获得所需测试部位的试验样件，所述参数条件包括焊接速度、焊接功率、离焦量、保护气体；

②扫描：选取所述试验样件进行X射线全方位识别计算机断层扫描，分别记录扫描图像与对应异种金属的焊接参数；

③信息处理：利用软件VG Studio MAX2.0对步骤②中的断层扫描信息进行分析，获得内部缺陷三维参数信息，所述内部缺陷三维参数信息包括三维孔洞体积、孔隙率、孔尺度分布、三维孔洞空间分布与异种金属焊接参数的影响规律；