搅拌摩擦焊缝（FSW）检测系统

过去十年中，火箭发射量大幅增加。用于推动火箭进入太空的燃料箱由一些通过搅拌摩擦焊（FSW）方式焊接在一起的大型弧形部件制成。搅拌摩擦焊（FSW）是一种固态接合工艺；这种工艺使用高速旋转的圆柱形工具（搅拌针）加热两块轻金属的对接区域，以将它们焊接在一起。为了防止出现安全问题，需要从多个方向对焊缝进行检测，以确定焊缝中是否存在某种缺陷，如：未焊透、飞边、虫洞、孔洞以及焊根和焊趾中的缺陷。

奥林巴斯开发了一种用于检测搅拌摩擦焊缝的独特的机器人检测系统。

搅拌摩擦焊缝中的缺陷类型

相比传统的焊接方式，搅拌摩擦焊接（FSW）有更多的优势；搅拌摩擦焊接可以避免生成那些在使用其它焊接方式时，伴随液相冷却而生成的缺陷类型。还有一些缺陷类型主要是由于温度或焊接条件不足而形成；必须要对这些缺陷正确识别和定量。

搅拌摩擦焊缝制造过程的示意图

天然缺陷

搅拌摩擦焊缝中可能会出现不同类型的缺陷，例如：焊缝两侧材料之间接合的连续性不完整（被称为“飞边”）、长孔洞形缺陷，及未焊透缺陷。此外，由于搅拌摩擦焊接工艺的特性，焊缝中还会生成随机定向缺陷。

校准用缺陷

位于外壁和内壁的纵向、横向和斜向刻槽在校准过程中被用作参考缺陷。还会使用横通孔绘制时间校正增益（TCG）曲线；这种曲线表明材料内部的信号衰减情况。

制造过程中生成的随机定向缺陷

灵活变通的检测解决方案

搅拌摩擦焊缝（FSW）检测系统的相控阵探头可以探测到焊缝区域中多个不同方向上的缺陷。

全自动检测系统可以探测到大型圆柱形燃料箱中的典型缺陷。

• 可以检测厚度在2.5毫米 ～ 25毫米范围内的工件

• 经过设置，只需很少的机械变化，就可以探测到多个方向上的缺陷（0度、45度、90度）

• 探测到具有以下尺寸的纵向、横向、斜向人工缺陷：

       - 深度：0.5 mm

       - 宽度：0.25 mm

       - 长度：10 mm

• 探测到直径等于1.2毫米、平行或垂直于焊缝的横通孔（SDH）

机器人检测平台

搅拌摩擦焊缝（FSW）检测系统是一个功能齐备的交钥匙检测站，可以被直接安装在生产线上。

大型圆柱形燃料箱的焊缝被呈送到协作机器人（Cobot）面前。机器人将检测头定位在焊缝上，然后燃料箱旋转，直到整个周向焊缝得到检测。接下来，燃料箱被移走，并对下一个燃料箱的焊缝重复以上检测过程。

系统的主要组成部分：

• 创新型检测头中的所有水楔对被测工件施加一致、恒定的压力，从而可获得优质的耦合效果
  

• 探头和水楔的设计包括一个吸水口，以减少水的流失

• 校准站不仅方便了检测前和检测后的验证，还可快速更换校准样件

• 协作机器人可以准确定位检测头，还可在校准之前和校准之后进行核查

• FOCUS PX相控阵超声采集单元

运动和采集软件

用于系统简单操作的运动软件：

• 基于网络的应用程序
  

• 预先编制的校准和核查序列

• 一键式启动序列

用于数据采集和分析的WeldSight软件

• 经过优化的用于搅拌摩擦焊缝检测的工作流程
  

• 嵌入式扫查计划工具：

       - 焊缝轮廓编辑

       - FSW楔块和探头编辑

       - 聚焦法则配置

       - 声线跟踪图形，可验证覆盖范围

• 支持大型数据文件，可对大型燃料箱进行检测

       - 体积视图，有助于进行有效分析

多功能、高效率的系统

优势特性

• 创新型检测头可对被测工件施加精确的压力，获得稳定的耦合效果
  

• 配置灵活，只需简单调整，就可探测到不同方向的缺陷

• 优质的水耦合效果，且吸水口可以有效减少水的流失

• 由于使用了协作机器人，所以不需要安全参数

• 永久性的校准台可在轮班之间快速进行声学验证

• 焊缝专用应用软件，提供从扫查计划的定义到数据分析的优化工作流程

• 简单的运动软件，实现优化的操作