汽车散热器铝管焊缝裂纹无损检测的研究

VIP免费
3.0 赵德峰 2024-11-19 4 4 1.07MB 68 页 15积分
侵权投诉
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 ........................................................ 1
§1.1 课题的研究背景及意义 ....................................... 1
§1.2 检测方法的选择 ............................................. 1
§1.3 涡流检测的研究现状与应用范围 ............................... 3
§1.3.1 涡流检测的研究现状 ..................................... 3
§1.3.2 涡流检测的应用范围 ..................................... 4
§1.4 人工神经网络的发展及其在涡流检测中的应用 ................... 5
§1.5 本文的组织结构 ............................................. 6
第二章 铝管焊缝裂纹的涡流检测 ...................................... 8
§2.1 涡流检测的概述 ............................................. 8
§2.2 涡流检测的基本原理 ......................................... 9
§2.3 铝管涡流场分布及探头阻抗的计算 ............................. 9
§2.4 铝管焊缝裂纹涡流检测影响因素 .............................. 13
§2.5 多频检测原理及其在裂纹检测中的应用 ........................ 15
§2.6 本章小结 .................................................. 19
第三章 基于虚拟仪器的涡流检测系统的硬件设计 ....................... 20
§3.1 虚拟仪器 .................................................. 20
§3.1.1 虚拟仪器的组成 ........................................ 20
§3.1.2 虚拟仪器与传统仪器的比较 .............................. 21
§3.1.3 铝管焊缝裂纹在线检测系统采用虚拟仪器的意义 ............ 22
§3.1.4 方案设计 .............................................. 23
§3.2 硬件系统的组成 ............................................ 23
§3.2.1 激励源 ................................................ 23
§3.2.2 电涡流检测电路 ........................................ 24
§3.2.3 数据采集卡 ............................................ 27
§3.2.4 信号放大 .............................................. 29
§3.2.5 滤波电路原理 .......................................... 29
§3.3 本章小结 .................................................. 31
第四章 铝管裂纹检测系统的软件设计 ................................. 33
§4.1 虚拟仪器的软件框架 ........................................ 33
§4.1.1 虚拟仪器的开发软件 .................................... 34
§4.2 LabVIEW 简介 .............................................. 34
§4.2.1 LabVIEW 的组成 ........................................ 36
§4.3 铝管焊缝裂纹涡流检测系统的软件设计 ........................ 37
§4.3.1 基于 LabVIEW 的虚拟仪器设计方法 ........................ 37
§4.3.2 程序的设计 ............................................ 37
§4.4 本章小结 .................................................. 41
第五章 GA-BP 算法在涡流检测中的应用 ............................... 42
§5.1 人工神经网络基本知识 ...................................... 44
§5.1.1 人工神经元模型的建立 .................................. 44
§5.2 遗传算法基本知识 .......................................... 46
§5.2.1 遗传算法的基本原理 .................................... 46
§5.2.2 遗传算法的基本步骤 .................................... 47
§5.3 GA-BP 算法的实际应用 ...................................... 50
§5.3.1 GA-BP 算法的实现过程 .................................. 50
§5.3.2 算法参数的设定 ........................................ 53
§5.4 用 GA-BP 进行数据拟合 ...................................... 55
§5.5 本章小结 .................................................. 62
第六章 结论与展望 ................................................. 63
§6.1 全文总结 .................................................. 63
§6.2 研究展望 .................................................. 63
参考文献 .......................................................... 64
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .................... 67
致谢 .............................................................. 68
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 课题的研究背景及意义
车用散热器是汽车发动机系统的一个重要零件，它装在车辆的发动机舱内，
冷却汽车发动机，使发动机保持在一定的温度下正常工作。它的散热过程分为三
个过程，即由发动机将热量传递给缸套中的冷却液，高温的冷却液通过对流换热，
将热量传递给散热器的散热管，使得水侧温度降低，完成水侧散热；热量又从散
热管的内部高温侧向外部低温侧进行传导，同时将热量传导给翅片，完成传导散
热；散热管和翅片通过对流换热将热量传递给散热器周围的空气，完成气侧散热。
散热器作为发动机冷却系统中的一个重要零件，其基本功能主要有两个方面，
即为发动机冷却系统储存冷却液和为发动机降温。对散热器而言，在进行散热器
产品生产时，散热器的密封性的检验显得至关重要。
本课题来源于某公司实际生产需求，该公司主要生产铝钎焊散热器。铝钎焊
散热器是以铝材为原料，整片铝片在生产线上经过高频焊接成为管材，经过焊接
在铝管表面形成一条焊缝，焊缝的缺陷检测直接影响着产品的质量与安全。该公
司原本有一套检测系统，但是由于使用时间长，技术不能及时更新导致检测效果
很不理想，严重影响了实际生产。因此，研制出一套有效的铝管裂纹的在线检测
系统对实际生产及汽车行业发展有着重要意义。
§1.2 检测方法的选择
无损检测[1]技术，是利用物质中因有缺陷或组织结构上的差异存在而会使其某
些物理性质的物理量发生变化的现象，以不使被检查物使用性能及形态受到损伤
为前提，通过一定的检测手段来检测或测量、显示和评估这些变化，从而了解和
评价材料、产品、设备构件直至生物等的性质、状态或内部结构等等。它最突出
的特点是“无损伤”，因此在工业生产、物理研究、生物工程以及医疗诊断等广
大领域获得极大重视和迅速发展。目前无损检测技术通常的方法有以下几种[2]:目
视法、液体浸透探伤法、磁粉检查探伤、射线法、涡流探伤法、声波辐射法、超
声波法等。
（1） 超声检测
超声检测利用的是超声波在介质中传播的特点。当超声波在介质中传播超声
时，在不同性质的介面将发生反射、折射和复杂的波型转换，使超声波被吸收和
汽车散热器铝管焊缝裂纹无损检测的研究
2
散射，检测、分析反射信号后透射信号即可实现对缺陷的检测。超声检测具有很
多优点：具有很强的穿透力，并且对于很小的伤痕，也能够准确地检测出并进行
定位，同时，配以一些自动扫描装置及微处理器计算机的设备，这项技术的应用
则更为完善和丰富。但该技术对操作者有较高的要求，对于一个很大的检测，一
次只能检测很小的一部分。
（2） 射线检测
射线的种类有很多,x射线、γ射线等。选择什么样的射线取决于待测物体材料
的厚度。检测时，射线靠近试样，射线与物质的原子将发生复杂的相互作用，导
致透射射线强度衰减，而缺陷部位对射线的衰减不同于无缺陷的部位，由胶片捕
捉记录透射射线的强度。胶片经过处理得到了图像，进行灵敏的实时监测，但射
线对人体有害。因此操作者除了必须懂得操作规程外，还应有有效的保护措施及
警告信号。
（3） 涡流检测
涡流检测有一定的局限性，仅能用于导体的电磁技术。涡流检测是根据电磁
感应原理，导电材料在交变磁场作用下将产生涡流，导电材料的表面层和近表面
层的缺陷会影响产生涡流的大小和分布。当电磁线圈移到金属物的表面，涡流就
导入试样中。这种由电流所建立起来的磁场刚好与原磁场的方向相反。由于损伤
的存在以及材料内部的缺陷，涡流必将发生畸变，线圈的阻抗将因此而发生变化。
通过仪器测量阻抗的变化，进一步分析并研究材料的缺陷和损伤。
（4） 磁粉检测
磁粉检测的原理是利用损伤会改变磁力线的分布情况，从而显现材料的缺陷。
当磁性材料工件磁化时，在工件表面和近表面的缺陷处将产生漏磁场，这些漏磁
场可以吸引磁粉，磁粉的痕迹可以显示缺陷的位置、形状和尺寸。现在可供使用
的磁粉种类繁多，可依据要求来选择。该检测方法主要用于材料表面的探伤，有
时也可用于浅表面的损伤。但随着损伤的深度和类型的变化，其有效性会受到极
大的影响，值得注意的是试样表面的不平和划痕也会对磁力线的走向产生影响。
因而，在应用这种方法时，应先对表面进行处理。
（5） 渗透检测
渗透检测采用渗透剂渗入工件表面开口缺陷，在清除工件表面的渗透剂后，
从缺陷会渗的渗透剂可显示缺陷的位置、形状和大小。渗透剂有荧光渗透剂和着
色渗透剂两种。渗透检测可用于表面穿透性裂纹的检测，具有简便、快捷、可靠
等特点。但在检测前必须清洁工件，以消除渗透油和显影液的污染。
同时，声发射检测(Acoustic Emission)和红外检测( Infrared) [3]也逐步被采用。
第一章 绪论
3
包括磁记忆检测技术、磁力探伤缺陷显示膜技术、腐蚀过程产生发射的理论模型
以及激光三散斑干涉技术等新技术、新理论正在研究或实验阶段。
无损检测技术应用范围极广，不仅是传统产业——机械制造业，而且也是现
代工业检测所必须的共性技术。比如，冶金、电力、汽车、铁路、现代建筑等高
新技术产业都迫切需要应用无损检测技术，以满足提高这些工业领域质量的需要。
由于本文中研究的散热片材料为铝材，属于金属导电材料，涡流检测在导体
的检测中有着得天独厚的优势；在实际生产现场中，铝管在线检测传输速度快，
这就要求检测装置灵敏度高。综合以上因素，所以本文采用涡流检测技术作为检
测手段。
§1.3 涡流检测的研究现状与应用范围
§1.3.1 涡流检测的研究现状
在众多的无损检测方法中，涡流检测[4]技术凭借其突出的优点：经济、操作方
便，检测时既不需要接触又不需要耦合剂，且检测速度快，灵敏度较高，易实现
自动化，成为许多检测研究人员的首选无损检测方法。
与其它几种无损检测技术一样，涡流检测也包括获取信号、测量参数的选择、
信号处理和结果显示。科研人员也总是围绕这几个方面研究，与这几个方面相对
应，涡流技术主要包括[5]：检测探头技术（传感器技术）、测量参数的 CAD 优化
技术，缺陷信号的处理以及显示技术。
（1）传感器技术研究。传感器技术是检测技术的关键，近年来人们在传感器
的数字模型、结构、几何尺寸自动优化、特征值的测定、有效屏蔽以及与计算机
结合等方面进行了大量的研究。针对管材涡流检测中常用探头的不足，美国西屋
科学技术中心的 Clark 设计了直规传感器。这是将内通过式传感器分割成若干个独
立的小线圈，分别由计算机控制，当某一小线圈扫查到缺陷后，立即断开此线圈
并继续行走到另一个小线圈发现缺陷，再由计算机对线圈空间距离进行计算得到
缺陷的大小。此时，将传感器定位并变频测量以求得缺陷距表面的深度。另外，
为了保持材料表面及近表面检测灵敏度的同时，提高有效渗透深度，Clerkt 和Metal
于1989 年设计了牛眼传感器。其结构为同轴排列若干线圈，线圈之间被屏蔽，使
之独立工作。它的工作原理是首先对不同大小的线圈施以高频检查，当发现某种
缺陷信号时，停止扫查并开始对各线圈以不同频率检测缺陷的深度。
（2）测量参数的优化技术：通过研究传感器的磁场特征从而对传感器结构以
及测量参数实现优化，这也是涡流检测的一个重要的研究方向。有限元法是研究
汽车散热器铝管焊缝裂纹无损检测的研究
4
这一个方向的基本手段，目前取得了很大的进展。近几年，Ftollon 等人将有限元
法和遗传算法结合，对传感器的几何参数和测量参数进行了优化。结果显示，该
方法优化设计的传感器与经验法相比，灵敏度和线性度都有了明显的提高。
（3）信号获取和处理技术：信号获取及其处理决定了检测设备的总体性能，
近年来随着电子技术特别是计算机技术的飞速发展，信号处理成为涡流理论研究
进展最快的方面。这极大的推进了涡流检测从定性分析到定量分析的演变。从国
内外发表的论文看当前涡流信号处理的新方法研究比较多的是小波分析技术和人
工神经网络技术。小波分析是现代信号处理的新技术，它的多尺度的特性在对无
损检测中信号的去噪和边缘检测具有相当好的效果，为定量识别缺陷提供了依据。
而人工神经网技术由于其集知识表示、存储和计算功能的插值系统的优点，在涡
流检测定量化中具有独特的优势。
§1.3.2 涡流检测的应用范围
涡流检测是一种以电磁感应理论为基础的无损检测方法，原则上说，所有与
电磁感应有关的影响因素，都可以作为涡流检测方法的检测对象。下面列出的就
是影响电磁感应的因素以及可能作为涡流检测的应用对象。
（1）不连续性缺陷：裂纹、夹杂物、材质不均匀等；
（2）电导率：化学成分、硬度、应力、温度、热处理状态等；
（3）磁导率：铁磁性材料的热处理、化学成分、应力、温度等；
（4）试件几何尺寸：形状、大小等；
（5）被检件与检测线圈间的距离（提离间隙）、覆盖层厚度等。
涡流检测有一些需要进一步研究的问题主要包括：
（1）材料待测参量不是一次检测的直接结果，而是需要根据检测结果进行识
别和计算分析，这属于逆问题求解，要有先验知识加以约束才能得到实际参量的
定量解；
（2）涡流检测探头是检测设备的关键器件，检测的空间分辨率和测量仪器的
灵敏度需要进一步提高；
（3）通过测量仪器获得的信息混有多种干扰信号，必须将干扰信号排除到允
许范围内；
（4）在线信号识别需要加快识别速度，才能实现实时动态控制。
涡流检测是利用电磁感应的原理，且只适用于检测材料表面或近表面缺陷，
不适用于检测材料深层的内部缺陷。此外，涡流的检测深度与灵敏度是一对矛盾
的因素。激励频率高，灵敏度高，但涡流渗透深度降低；反之，激励频率低，灵
摘要：

目录中文摘要ABSTRACT第一章绪论........................................................1§1.1课题的研究背景及意义.......................................1§1.2检测方法的选择.............................................1§1.3涡流检测的研究现状与应用范围...............................3§1.3.1涡流检测的研究现状.....................................3§1.3.2涡流检测...

展开>> 收起<<
汽车散热器铝管焊缝裂纹无损检测的研究.pdf

共68页,预览7页

还剩页未读， 继续阅读

相关推荐

更多
立即下载
作者：赵德峰 分类：高等教育资料 价格：15积分 属性：68 页 大小：1.07MB 格式：PDF 时间：2024-11-19

开通VIP享超值会员特权

  • 多端同步记录
  • 高速下载文档
  • 免费文档工具
  • 分享文档赚钱
  • 每日登录抽奖
  • 优质衍生服务

作者详情

相关内容

更多

推荐作者

热门标签

/ 68
评分 收藏
分享
立即下载 VIP免费下载
客服
关注