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嘉峪检测网 2018-08-22 10:16
汽车轻量化程度是评价汽车质量的一个重要指标。由于铝合金材料具有密度小、比强度和比刚度高、抗冲击性能良好、耐腐蚀、易表面着色以及高回收再生性等优良性能，成为了汽车轻量化的理想材料；而钢材在强度和价格上具有一定的优势，同时兼顾了铝合金在减重及吸能方面的优点，在成本不高的情况下也能够实现汽车的轻量化。
在汽车工业生产中，主要采用激光对钢铝板进行焊接，但是激光焊接有无法克服的缺点，如设备昂贵，焊道快速凝固，有气孔及脆化的缺陷，能量转换率低等。而无铆钉连接过程是根据材料本身的塑性变形能力，在不添加任何材料的情况下，采用专用凹凸模具对板料进行冲压，通过板料之间的内嵌达到连接的目的，获得接头的一种成形工艺。
影响钢铝连接质量的因素包括材料本身的特性、模具尺寸、压力等参数，因此探讨钢铝无铆钉连接过程中的板料放置位置、凸模冲压速度、表面摩擦系数、模具尺寸等对钢铝无铆钉连接点质量的影响，对揭示钢铝无铆钉连接的成形机理有重要作用。
于是，如何发现铝铝连接和钢铝连接过程中出现的缺陷就成为研究的重点，破坏性试验是一种简单直接的方式，然而这种方式无法保留完整的接头，同时也会造成一定程度的成本损失，而通过无损检测评价接头质量，将成为建立缺陷诊断专家系统的主要依据。
无铆钉连接接头的检测样本及其裂纹形貌
评价接头质量试验
评价接头质量的方法分为定性评价和定量评价两种。
定性评价接头质量是通过百分卡表测量接头底厚(接头底部的组合厚度)来判断接头质量的。在模具尺寸不变、材料组合不变、厚度不变的情况下，理论上接头底厚也是恒定不变的，由此通过百分卡表的测量可衡量接头的质量。这是一种不使用破坏性试验来评价接头质量的方法，然而其并不能获得接头强度。通常情况下是使用破坏性试验，即抗拉强度、抗剪切强度和抗疲劳强度试验来定量评价接头质量。
按照接头质量可以将接头分为合格样本和不合格样本。然而在实际接头成形的过程中，一些缺陷并不影响接头质量，既不影响接头几何参数，也不影响接头的抗拉强度、抗剪切强度和抗疲劳强度。换句话说，对先前评价的失效样本可以重新划分为可接受失效样本和不可接受失效样本两类。
可接受失效样本就是其失效的行为并不影响接头质量，只是在某些局部位置发生了微观失效。接头质量的内部影响因素主要有接头的机械锁值，颈缩值和底厚值3个主要参数。另外，接头部分的微观裂纹仍然是失效的一个主要原因，而裂纹的不同位置对接头质量的影响也并不相同。
通过破坏性试验可以得到样本的抗冲击性能、韧性、屈服强度和最大拉伸强度、断裂韧性和疲劳强度等。
无损检测技术主要是确保产品的完整性、可靠性，达到控制制造过程质量，保持产品质量一致性的目的。
破坏性试验
无铆钉接头的失效形式很多，包括正常失效和异常失效。
正常失效即为在成形过程中出现的失效形式，包括发生在凹槽位置、颈缩位置的断裂以及没有形成机械锁。
无铆钉接头正常失效样本
异常失效即为强度试验造成的接头失效形式，一般是剪切强度试验、拉伸强度试验和疲劳强度试验。这些破坏性试验是一种最简单有效的衡量接头质量的定量评价标准，即通过强度试验获得接头强度，并通过金相分析获得接头的几何尺寸。
发生在颈缩位置的裂纹会直接影响接头质量，当裂纹出现在凹槽处时，裂纹不会直接影响接头质量。
无损检测试验
感应热成像
热成像技术的检测原理是：由于被测件中存在的缺陷会影响感应电流的流动和温度分布，而造成温度场的变化，热像仪依靠感应线圈等获取被测件表面的温度场，进而对缺陷进行判别。该方法主要检测接头底部的裂纹分布情况，然而其成本较高，很多问题目前不能解决。
感应热成像显示的无铆钉接头的不同断裂形貌
上图为感应热成像显示的不同断裂形貌，可见不同的底厚、不同的裂纹分布都可在图像中呈现。在未来的研究中，不仅要获得较准确的表面裂纹形貌，而且要实现在线监测，建立计算机控制平台，开发完善专家系统。
主动热成像
主动热成像系统主要包括热加载装置、红外热像仪、计算机成像系统和分析软件等。无铆钉接头是一个大变形结构，合格接头在红外检测结果中是均匀的，而其他几种失效模式(不对中、凹模失效、颈缩断裂)所呈现的形貌也不均匀，不对中。
无铆钉接头的主动热成像图
X射线照相
下图为无铆钉接头的X射线照相结果，其检测设备为Yxlon225射线机，电压为80kV，被测物体距离为700mm，曝光时间为150s，使用没有铅屏的D3胶片。
无铆钉接头的X射线照相结果
虽然X射线方法检测结果直观，但是设备复杂庞大，适合在实验室操作，而且检测时需要采取安全防护措施。
目视检测
目视检测技术简单直观，具有较低的材料成本，能够检测所有表面裂纹，能快速获得检测结果，也便于实现自动化。虽然人类的视觉和思路有误差，但是可以通过建立计算机控制平台，从数据的角度来获取裂纹的特征。
无铆钉接头凹槽位置断口形貌的目视检测结果
目测方法不仅能够观测到接头表面的宏观裂纹，而且能够通过软件及时处理裂纹的密度变化。从表面上看，接头凹槽位置的裂纹是均匀分布的，并且随着底厚的减小，裂纹逐渐加宽，直到达到某值时，断裂的表面积不再增加，甚至是逐渐缩小。
宏观裂纹尺寸密度
由于拍摄的差异，宏观观测结果难免出现误差，为此在研究中，可以通过颜色渗透的方式来提高成像性能。
通过微观断面进行分析，考核微观裂纹尺寸密度的变化情况。下图为微观裂纹尺寸密度的变化情况。随着底厚的变化，裂纹尺寸密度的变化并不是单调增加或减小；当底厚达到某一值时，裂纹不再增加，反而有下降的趋势。
无铆钉接头宏观裂纹尺寸密度变化
目测方法可以观测到接头底部的宏观裂纹，与渗透无损检测技术结合使用可以使成像更加清晰，便于判断在成形连接过程中的表面裂纹形貌。
这种检测技术是最经济适用的判断接头质量的方法，对操作者和设备的要求少，能够满足对无铆钉连接接头质量的定性判断。
结语
(1) X射线照相技术、感应热成像技术、主动热成像技术等无损检测技术在无铆钉接头检测的检测效果、检测速度上，更依赖于计算机系统控制平台，能够较好地控制裂纹，然而计算机控制平台的建立仍然有很多需要解决的问题。
(2) 通过目视检测技术和渗透检测技术结合的使用方法，可以更好地观测无铆钉接头凹槽位置裂纹的微观形貌。因此“目测+渗透”的检测技术可以作为主要的现场检测技术。
来源：无损检测NDT
