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Qualification of spot welding with air coupled ultrasonic guided wave

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摘要

Abstract

Table of Contents

Chapter 1.Introduction

1.1 Motivation

1.2 The definition of spot weld

1.3 Previous Work in Evaluation spot weld

1.3.1 Destructive testing method

1.3.2 Non-destructive testing method

1.4 Theoretical objectives

Chapter 2.Basic Principles of air-coupled guided waves testing spot welds

2.1 The definition of guided waves

2.2 Impedance mismatch

2.3 Leaky guided wave

2.4 Boundary condition between air and solid plate

2.5 Air coupled ultrasonic guided wave to detect spot welds

Chapter 3.Simulations

3.1 Introduction of simulation software

3.2 Parameter selection in Multiphysics COMSOL

3.3 Geometries of simulation models

3.4 Simulation the influence of different factors

3.4.1.Intensity at different incidence angles

3.4.2 Transducer-plate air gap reflections

3.4.3 Distance between sender and receiver

3.4.4 Different position of transducers

3.5 Simulation to inspect spot weld

3.5.1 Detection spot weld with 280kHz unfocused transducer

3.5.2 Detection spot weld with 500kHz focused transducer

Chapter 4.Experiments

4.1 Experiment set-up

4.2 Validation the influence of different parameters

4.2.1 Intensity at different incidence angles

4.2.2 Transducer-plate air gap reflections

4.2.3 The influence of distance between transducers

4.2.4 The influence of transducers position

4.3 Validation the simulation result when inspecting spot weld

4.3.1 Detection spot weld with 280kHz unfocused transducer

4.3.2 Detection spot weld with 500kHz focused transducer

4.4 Comparison between simulation and experiment

General Conclusion

Recommendations for Future Research

Acknowledgements

References

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摘要

点焊是一种常见的电阻焊接,它的形成是基于两个联结部件接触面的热量。在汽车领域点焊被广泛用于连接板材。点焊的质量对整个车的结构健康有着相当重要的作用,尤其是在发生事故时的爆破。点焊的尺寸对于点焊的质量有着很大的价值。由于电极力,焊接电流和焊接时间,导致点焊的尺寸不统一。如果点焊的尺寸和标准的点焊尺寸之间的差异大,将带来很大的安全隐患。目前,很多汽车制造厂是利用传统的超声检测点焊的尺寸,然而传统的超声检测有它的缺点,例如,在检测中需要耦合剂。空气耦合超声技术不需要耦合剂,并且它可以产生导波。所以,它可以用来检测材料的特征在生产中甚至生产线上。导波具有多模式,这个特点说明,导波可以经过很长的距离传播到结构中的任一点。
  基于相关学者的学习成果,利用有限元方法仿真建立了空气耦合超声产生导波的模型。之后,在空气耦合超声产生导波模型的基础上,建立了空气耦合超声导波检测点焊的模型,分析了接收器接受的信号,掌握了在板材中和空气中波的存在形式。然后,建立了空气耦合超声导波检测点焊的模型,通过前面学者的研究得知,存在几个重要因素影响检测结果,为了得到最优的结果,对这些因素一一进行了仿真,这些因素是:传感器的入射角度,探头和物体之间的距离,发射器和接收器之间的距离以及发射器和点焊之间的距离。仿真后得到了这些参数的最优值,基于这些最优值,仿真了不同大小的点焊对接受到的泄露波的影响,发现当电焊尺寸不同时,泄露波的相位和幅值存在变化。最后,对仿真的结果进行了实验验证。

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