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1、汽车车身点焊接头质量超声检测技术彭光俊赵志武汉 430070)(武汉理工大学东院摘要介绍了利用超声波检测汽车车身点焊接头质量的基本原理、 回波特点以及传感器技术。 并通过实例证明, 该方法检测结果可靠, 不仅能对汽车车身点焊接头进行百分之百的快速检测, 而且适用于任何金 属薄板点焊接头质量的检验。 关键词汽车车身点焊接头超声检测2. 2焊核大小的检测超声波在声阻抗不同的异质界面上会产生反 射, 当超声波垂直入射金属薄板表面并通过焊核中 心时, 会产生如图 1 和图 2 所示的情况。 在图 1 (a )中, 声束直径小于或等于所允许的最小焊核直径, 超 声波经底面? 后产生反射, 其回波图形如图
2、 1 (b ) 所 示。 由于焊核与母材的密度、 声速相差不到千分之一, 所以在焊核与母材界面上, 一般不会产生可觉察 的反射。前言1点焊是连接金属薄板的一种常用方法, 这种焊 接方法简便易行、 经济有效, 而且适用于高速自动化 生产。 在汽车车身的生产过程中, 便是用点焊方法来 连接经过成形的金属薄板, 一个典型的汽车车身约 含有 5000 个点焊接头。 点焊接头主要的质量问题是 虚焊, 由于它与合格的接头在外观上完全一样, 目测 很难区别其质量的好坏, 虽然用电导性检测、 热导性 检测、 红外线检测、X 射线检测和涡流检测等方法均 可对点焊接头进行检测, 然而由于其局限性, 难以可 靠地检
3、测出虚焊。 采用超声波能有效地检测虚焊接 头的质量。2 检测的基本原理2. 1 焊核的形成点焊是利用被焊材料的局部熔化和结合将两块 金属薄板连接起来的, 当中断焊接电流后, 焊点熔池 中的液态金属从边缘开始逐渐冷却并凝固, 经过加 热、 熔化、 熔合和凝固的金属称为焊核。 由于焊核是铸造组织, 其中的柱状晶粒或树枝状晶粒组织比母 材中的晶粒组织粗大得多, 因此, 这个微观组织上的 差别就成为利用超声脉冲回波法检测点焊接头的重 要依据。虚焊接头主要表现在它的大小和厚度均小于规 定范围, 故检测点焊接头质量即为检测焊核的大小 和厚度。(a) 图 1(b) 完好点焊接头的回波波形(a)(b) 图 2
4、 焊核过小时的回波波形在 图 2 (a ) 中, 声束直径大于焊核直径, 即超声波通过尺寸不足的点焊接头时, 超声波的反射不仅 发生在两块薄板的外表面, 而且在两薄板之间的金(双月刊)38无损探伤2002 年第 1 期属与空气界面上也会发生反射, 其回波图形如图 2(b ) 所示, 这样, 就可以根据有无界面回波 来判断 焊核的大小。2. 3 焊核厚度的检测点焊接头是铸造组织, 其晶粒尺寸比周围冷压 成形的母材的晶粒粗大得多, 因此, 超声波通过焊核 时, 其衰减会比在母材中的衰减大得多, 并且一个厚 的焊核引起的衰减大于一个薄的焊核衰减。 由于薄 焊核接头处金属的熔化量很少, 其焊核厚度几乎
5、为 零, 它是一个衰减为零的界面, 据此便可在示波屏上 观察超声脉冲回波的衰减比来辨别焊核厚度。 图 3 是薄焊核的超声回波波形, 与图 1 完好接 头的回波波形相比较, 显然, 完好接头厚焊核超声波 的衰减大于轻微粘连薄焊核超声波的衰减, 故对于 由细晶粒薄金属母材和粗晶粒焊核金属组成的点焊 接头, 用垂直入射的超声脉冲回波法进行检测是可 行的。耦合, 且无需使用液态耦合剂, 提高了工效, 保持了 焊点表面清洁。图 4 传感器结构简图检测实例应用上述技术对某汽车配件厂生产的 10 个车 身 配 件 试 样 进 行 检 测, 每 个 试 样 均 含 有 32 个017mm 厚钢板点焊接头, 其
6、在荧光屏上的显示回波 如图 5 所示。4(a)(b) 图 3 薄焊核的回波波形3 传感器技术3. 1检测频率的要求检测点焊接头时, 由于穿过的材料厚度很薄, 要 求超声声束必须由足够窄的脉冲波组成, 使反射回 波系列清晰可辨, 并且这种窄脉冲应有较大的带宽 和较高的中心频率, 以利于提供测量衰减时所需要 的高频。研究表明, 中心频率为 15M H z 20 M H z 为 宜, 20M H z 时的探头可检测薄至 0. 38mm 钢板的点 焊接头。3. 2传感器结构超声检测点焊接头的传感器是一种高频软膜传 感器, 其结构如图 4 所示, 其中上半部分结构与普通 直探头类似, 不同的是配有高频率
7、晶片和高机械阻 尼装置。 下半部分由延迟体和弹性薄膜组成, 由于点焊接头表面往往凸凹不平, 故传感器的探测面采用 了可更换的弹性薄膜, 里面为液态延迟体。 薄膜接触 面外凸, 可使这种软的顶端为焊点表面提供良好的图 5实测点焊接头的超声回波图 5 (a ) 是完好接头的回波显示, 其回波间距两 倍于板厚, 约 0. 48s, 而且衰减幅度较大, 只有 8 个 回波。 图 5 (b ) 和图 5 (c) 分别是轻微粘连的薄焊核接 头和尺寸不足接头的回波显示, 虽然它们显示的回 波间距与图 5 (a) 相似, 但衰减速度比完好接头慢近 一半, 而且单个板厚的回波是明显的, 这是接头尺寸 不足的主要
8、特征。 图 5 (d ) 是未焊接接头, 从中可明(下转第 24 页)(双月刊)24无损探伤2002 年第 1 期至少 应 冲 洗 3 张 P E S 片, 测 出 片 基 +灰 雾 度述意见。 与 ISO 有联络的国际组织, 无论是官方的 或是民间的, 也都参与该工作。 由技术委员会采用的国际标准草案要交给各成 员国表决。 作为国际标准出版, 要求至少有 75% 的 成员国提赞票。 国 际 标 准 ISO 5579 是 由 技 术 委 员 会 ISO T C 135 第 5 分委会 (SC 5) 无损检测射线方法组制定 的。值, 速度指示和衬度指示。 用此法所得数值误差应在0. 10 以内。
9、此程序须重复 3 次, 延迟时间至少 24 小 时, 对每一参数, 求出至少 9 个值的平均值。 此值是 冲洗控制的参考值。 每当使用新批号的 P E S 片时, 就应测试这些参 数值。A. 4结果评定P E S 片应定期冲洗, 并测定有关参数, 若测试11699 的总标题为 “无损检测 工业射ISO 结果小于容许误差, 冲洗质量就视为一致。A. 4. 1 D 0 限值A 阶黑度应不大于 0. 3。A. 4. 2速度指示 速度指示应不大于既定参数值0. 3。线照相胶片”, 它由以下两部分组成:第一部分: 工业射线胶片系统的等级分类 第二部分: 用参考值控制胶片冲洗 附录 A 是属于 ISO 1
10、1699 这一部分的规范性 要求。引言ISO 11699 的这一部分叙述了由用户通过冲洗 预曝光参考片控制胶片冲洗系统的方法。 此参考片用 X 射线曝光, 并附有取样片制造者 提供的证书。 用户用自己的系统冲洗预曝光参考片, 并记录 结果。A. 4. 3衬度指示 衬 度 指 示 应 不 大 于 既 定 参 考 值 +10% 。A. 5记录、 报告15% 和 -所要求的结果应按 8 作出记录, 但感光度指示(见 A. 2) , 要示出与时间的关系。序ISO (国际标准化组织) 是 ISO 成员国国家标准 机构的世界性联合体。 制订国际标准的工作通常由 ISO 技术委员会进行。 凡涉及技术委员会已
11、制定的 某一专题的每一成员国, 均有权对此技术委员会申11699 的这一部分, 第 4 条说明取样片制ISO 造者所负责任。 用户则对第 5 8 条负责, 这四条说 明如何验证与选定的系统等级相符。李衍译李华校(上接第 38 页)显分辨出间隔为 0. 24s 和衰减速度缓慢的单壁回 波, 共有 26 个回波。 将上述所有的点焊接头进行破坏性检测, 其结 果如表 1 所示。表 1 超声检测和破坏性检测结果比较存在不同的飞溅造成的。结束语以超声回波技术为基础, 利用超声波在点焊接 头中的传播时间及超声能量的衰减程度来检测汽车 车身点焊接头质量是可行的, 解决了长期以来车身 点焊接头质量检测不理想的问题, 并适用于任何金 属薄板点焊接头的质量检验。 需要强调的是, 检测点 焊接头时应选用高频率超声波探伤仪和高阻尼、 高 频率 (15M H z 20M H z) 探头, 才能获得足够窄的脉 冲波, 使反射回波清晰可辨。 该方法不仅检测速度 快、 结果可靠, 而且被检测表面干净清洁, 能对焊点 进行百分之百的检测, 经在某汽车配件厂试用, 取得 了令人满意的效果。5从表 1 可以看出, 超声检测与破坏性检测结果 基本相符, 进一步分析发现, 其误差是由于焊点表面接头质量超声检测破坏性检测完好接头 尺寸不足接头 轻微粘连接头 未焊接接头合计2732916232027129182320
