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2024 | OriginalPaper | Buchkapitel

Volumetric Defect Detection in Friction Stir Welding Through Convolutional Neural Networks Generalized Across Multiple Aluminum-Alloys and Sheet Thicknesses

verfasst von : Pascal Rabe, Alexander Schiebahn, Uwe Reisgen

Erschienen in: 3rd International Conference on Advanced Joining Processes 2023

Verlag: Springer Nature Switzerland

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Abstract

Friction Stir Welding (FSW) is a solid-state welding process, which has strongly impacted welding technology, particularly for aluminum alloy applications. Due to its high-quality welds in all aluminum alloys, comparatively low specific heat input at high energy efficiency and ecological friendliness, FSW is used in a rapidly growing number of safety critical applications. Currently destructive and non-destructive testing methods are added as a separate process step to verify weld seam quality, adding complexity, cost, and time to the production. Imperfections are detected late in the production process and require costly rework or discarding of the assembly. Several studies have shown the possibility of using Deep Neural Networks to evaluated data recorded during the FSW process. Analyzed data includes thermal measurements, acoustic measurements, image or video data and most commonly the comparably large and distinctive process feedback forces. This study is a continuation of efforts by the research group. In this study Convolutional Neural Networks (CNN) based on the DenseNet architecture were successfully trained to classify FSW process force recordings supplemented with weld meta-data to detect volumetric subsurface defects. The data-sets were generated while welding different aluminum alloys in multiple sheet thicknesses over a wide range of spindle rotational speeds and feedrates. The networks classification accuracy as well as the ability to generalize across the different welded aluminum alloys, sheet thicknesses and corresponding welding tools was evaluated. Achieving a classification accuracy of 98.37%, the development aims to provide a reliable and cost-effective quality monitoring solution with a wide range of applicability to replace the required expensive and time intensive ultrasonic, x-ray or macro-section weld seam testing.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Thomas, W.M., Nicholas, E.D., Needham, J.C., Murch, M.G., Temple-Smith, P., Dawes, C.J: Improvements relating to friction welding. EP 0615 48 B1, 27 Nov 1992 Thomas, W.M., Nicholas, E.D., Needham, J.C., Murch, M.G., Temple-Smith, P., Dawes, C.J: Improvements relating to friction welding. EP 0615 48 B1, 27 Nov 1992
2.
Zurück zum Zitat Lohwasser, D., Chen, Z. (ed.): Friction Stir Welding: From Basics to Applications. Woodhead Publishing Cambridge UK (2010) Lohwasser, D., Chen, Z. (ed.): Friction Stir Welding: From Basics to Applications. Woodhead Publishing Cambridge UK (2010)
6.
Zurück zum Zitat Luhn, T.: Prozessdiagnose und Prozessüberwachung beim Rührreibschweißen. Dissertation, Techn. Univ. Ilmenau (2012) Luhn, T.: Prozessdiagnose und Prozessüberwachung beim Rührreibschweißen. Dissertation, Techn. Univ. Ilmenau (2012)
9.
Zurück zum Zitat Boldsaikhan, E., Logar, A.M., Corwin, E.M.: Real-Time Quality Monitoring in Friction Stir Welding. The Use of Feedback Forces for Nondestructive Evaluation of Friction Stir Welding. Lambert Academic Publishing, Saarbrücken (2010) Boldsaikhan, E., Logar, A.M., Corwin, E.M.: Real-Time Quality Monitoring in Friction Stir Welding. The Use of Feedback Forces for Nondestructive Evaluation of Friction Stir Welding. Lambert Academic Publishing, Saarbrücken (2010)
13.
Zurück zum Zitat Mishra, R.S., Mahoney, M.W. (ed.): Friction stir welding and processing. ASM International, Materials Park, OH, USA (2007). ISBN: 978-0-87170-848-9 Mishra, R.S., Mahoney, M.W. (ed.): Friction stir welding and processing. ASM International, Materials Park, OH, USA (2007). ISBN: 978-0-87170-848-9
16.
18.
Zurück zum Zitat Huang, G., Liu, Z., van der Maaten, L., Weinberger, K. Q.: Densely connected convolutional networks. In: Proceedings of IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), Honolulu, HI, USA, pp 1063–6919 (2017). https://doi.org/10.1109/CVPR.2017.243 Huang, G., Liu, Z., van der Maaten, L., Weinberger, K. Q.: Densely connected convolutional networks. In: Proceedings of IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), Honolulu, HI, USA, pp 1063–6919 (2017). https://​doi.​org/​10.​1109/​CVPR.​2017.​243
20.
Zurück zum Zitat Mishra, R.S., De, P.S., Kumar, N.: Friction Stir Welding and Processing—Science and Engineering. Springer, Heidelberg (2014)CrossRef Mishra, R.S., De, P.S., Kumar, N.: Friction Stir Welding and Processing—Science and Engineering. Springer, Heidelberg (2014)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Gebhard, P.: Dynamisches Verhalten von Werkzeugmaschinen bei Anwendung für das Rührreibschweißen. Dissertation, Techn. Univ. München (2010) Gebhard, P.: Dynamisches Verhalten von Werkzeugmaschinen bei Anwendung für das Rührreibschweißen. Dissertation, Techn. Univ. München (2010)
25.
Zurück zum Zitat Więckowski, W., Burek, R., Lacki, P., Łogin, W.: Analysis of wear of tools made of 1.2344 steel and MP159 alloy in the process of friction stir welding (FSW) of 7075 T6 aluminium alloy sheet metal. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance Reliab. 21, 54–59 (2018). https://doi.org/10.17531/ein.2019.1.7 Więckowski, W., Burek, R., Lacki, P., Łogin, W.: Analysis of wear of tools made of 1.2344 steel and MP159 alloy in the process of friction stir welding (FSW) of 7075 T6 aluminium alloy sheet metal. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance Reliab. 21, 54–59 (2018). https://​doi.​org/​10.​17531/​ein.​2019.​1.​7
27.
30.
Zurück zum Zitat Jene, T.: Entwicklung eines Verfahrens zur prozessintegrierten Prüfung von Rührreibschweißverbindungen des Leichtbaus sowie Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens der Fügungen. Dissertation, Techn. Univ. Kaiserslautern (2008) Jene, T.: Entwicklung eines Verfahrens zur prozessintegrierten Prüfung von Rührreibschweißverbindungen des Leichtbaus sowie Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens der Fügungen. Dissertation, Techn. Univ. Kaiserslautern (2008)
32.
Zurück zum Zitat Hattingh, D.G., van Niekerk, T.I., Blignault, C., Kruger, G., James, M.N.: Analysis of the FSW force footprint and its relationship with process parameters to optimise weld performance and tool design. Welding World 48, 50–58 (2004). https://doi.org/10.1007/BF03266414CrossRef Hattingh, D.G., van Niekerk, T.I., Blignault, C., Kruger, G., James, M.N.: Analysis of the FSW force footprint and its relationship with process parameters to optimise weld performance and tool design. Welding World 48, 50–58 (2004). https://​doi.​org/​10.​1007/​BF03266414CrossRef
33.
Zurück zum Zitat Boldsaikhan, E., Corwin, E.M., Logar, A., Arbegast, W.J.: Neural network evaluation of weld quality using FSW feedback data. In: Proceedings of 6th International Friction Stir Welding Symposium, Saint-Sauveur, Montreal, Canada (2006) Boldsaikhan, E., Corwin, E.M., Logar, A., Arbegast, W.J.: Neural network evaluation of weld quality using FSW feedback data. In: Proceedings of 6th International Friction Stir Welding Symposium, Saint-Sauveur, Montreal, Canada (2006)
36.
Zurück zum Zitat Rabe, P., Motschke, T., Schiebahn, A., Reisgen, U.: Methode zur Umsetzung von Rührreibschweißprozessen auf konventionellen Fräsmaschinen mittels eines empirischen Ansatzes. Schweissen und Schneiden 72, 560–568 (2020) Rabe, P., Motschke, T., Schiebahn, A., Reisgen, U.: Methode zur Umsetzung von Rührreibschweißprozessen auf konventionellen Fräsmaschinen mittels eines empirischen Ansatzes. Schweissen und Schneiden 72, 560–568 (2020)
38.
40.
Zurück zum Zitat International Organization for Standardization: Non-destructive Testing—Image Quality of Radiographs. Part 5: Determination of the image unsharpness and basic spatial resolution value using duplex wire-type image quality indicators (ISO No. 19232–5:2018) (2018). https://www.iso.org/standard/71853.html International Organization for Standardization: Non-destructive Testing—Image Quality of Radiographs. Part 5: Determination of the image unsharpness and basic spatial resolution value using duplex wire-type image quality indicators (ISO No. 19232–5:2018) (2018). https://​www.​iso.​org/​standard/​71853.​html
42.
Zurück zum Zitat He, K., Zhang, X., Ren, S., Sun, J.: Identity Mappings in Deep Residual Networks. In: Leibe, B., Matas, J., Sebe, N., Welling, M. (eds.) Computer Vision, European Conference on Computer Vision, Amsterdam, October 2016. Lecture Notes in Computer Science, vol. 9910, pp. 630–645. Springer, Heidelberg (2016) He, K., Zhang, X., Ren, S., Sun, J.: Identity Mappings in Deep Residual Networks. In: Leibe, B., Matas, J., Sebe, N., Welling, M. (eds.) Computer Vision, European Conference on Computer Vision, Amsterdam, October 2016. Lecture Notes in Computer Science, vol. 9910, pp. 630–645. Springer, Heidelberg (2016)
Metadaten
Titel
Volumetric Defect Detection in Friction Stir Welding Through Convolutional Neural Networks Generalized Across Multiple Aluminum-Alloys and Sheet Thicknesses
verfasst von
Pascal Rabe
Alexander Schiebahn
Uwe Reisgen
Copyright-Jahr
2024
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-031-54732-4_4

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.