专利名称：点焊熔核直径的无损检测方法
技术领域：
本发明涉及一种点焊熔核直径的无损检测方法，且是一种适用于各种金属板材的点焊熔核直径的无损检测方法。
背景技术：
电阻点焊是现代制造业中最常用的焊接工艺之一，其工艺本身的诸多优点推动了电阻点焊的广泛应用。一个典型应用实例就是汽车车身部件的连接，根据有关资料可知，一个典型的汽车车身大约有5000多个点焊焊点。这些焊点的质量直接影响着车身的质量及汽车的整体性能，为了保证车身的质量，严格检测点焊质量是非常必要的。同样，其它焊接结构中的焊点也需要进行有效检测，以确保焊接质量。焊点的质量由焊点的连接强度来表征，而焊点强度主要取决于焊点的几何尺寸；实验表明，熔核直径与焊点强度近似成正比，熔核直径是焊点质量的主要决定因素。焊点质量检测的关键是熔核直径的检测和测量。
现在的实际生产中，点焊质量的破坏性检测不仅耗时，并且增加了生产成本，所以点焊的无损检测成为一种更佳的检测方式。根据文献“杨思乾、谭义明、张晨曙，低碳钢点焊熔核直径的超声水浸聚焦法检测，《无损检测》，1996，18(6)151～153”、“刚铁、张锦、沈春龙，点焊质量监控与检测的现状及发展，《航天工艺》，1998，551～55”以及“史立丰、郑祥明、史耀武，超声C扫描检测铝合金电阻点焊的焊核直径，《无损检测》，2004，26(1)34～36”，能够实现确定焊点熔核直径的无损检测技术有超声水浸成像法、超声水浸聚焦法、超声波检测法以及X射线检测法。超声水浸测量法虽然可以比较准确的测量焊点的熔核直径，但是该方法所需的设备和装置比较复杂(如图1所示)、被测点焊的部件的大小和形状受到限制，检测效率低，所以这种方法只能在实验室中得以实现，并不适用于实际生产中的点焊质量检测。超声水浸聚焦法也具有以上的不足，其装置如图2所示；自上世纪九十年代以来，国外出现了专用超声点焊质量检测设备，如以色列SCANMASTER扫描专家系统公司的swi-100超声点焊检测仪，其原理就是基于超声波检测法，关键部件是专用超声探头。检测焊点时理论上该超声探头的中心应该与焊点熔核直径的中心一致，但是检测是手工操作，由于焊点熔核的不可见性，两个中心往往是不同心的，这导致检测结果产生很大的误差，最终的检测精度低，所以这种检测方法不易实现精确检测；另外，这种方法需要具有不同有效直径的一系列专用超声探头，以适应不同的检测要求，这增加了检测成本。X射线检测法是通过分析X射线底片了解焊点熔核直径的大小，该方法操作简单，焊点及缺陷信息直观，但是检测周期长，费用高且效率低，对检测人员的技术的依赖性高。
发明内容
为了克服现有技术无法应用于实际生产的需要、成本高以及准确性低的不足，本发明提供一种点焊熔核直径的无损检测方法，对各种点焊熔核直径进行准确的无损检测。如图3～7，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是1)利用一个有效直径大于最大的标准点焊熔核直径的高频超声直探头17对多个具有不同熔核直径的焊接试样6进行超声检测，这些特制点焊试样所用的板材与实际点焊部件的板材具有相同的厚度和材质；通过超声激励接收仪18、数字示波器19等数据采集装置获得每个被检测焊点的超声信号；2)计算每个超声信号中第一个主回波脉冲和其后的第一中间回波脉冲的幅度值的比值t；3)沿点焊试件的贴合面剖开焊接试样，测量每个焊点的熔核直径d核，根据每个焊点熔核直径d核与其超声信号中第一个主回波脉冲和其后中间回波脉冲的幅度值的比值之间的对应关系，绘制出熔核直径d核与以上的信号幅度比值的关系曲线；4)将不同厚度和材质的板材的d核-t曲线存储在计算机2中，当检测某焊点的焊接质量时，计算机系统先获得组成该焊点的板材的数据，由此找到对应的d核-t曲线；根据实际检测得到的超声信号幅度比值在相应的d核-t曲线上获得对应的熔核直径，当熔核直径小于设定的标准值时，判定焊点质量不合格，实现点焊的无损检测。该方法适用于各种金属板材的点焊熔核直径的无损检测。
本发明的有益效果是，能够更加准确地无损检测出各种金属点焊熔核的直径，只用一个高频直探头就可以实现对多个工艺结构要求的焊点的检测，设备简单，操作方便，检测效率高，而熔核的直径可以直接反映焊点的质量，从而可判定该焊点合格与否。
图1是超声水浸成像系统装置示意图；图2是超声水浸聚焦法系统装置示意图；图3是本发明中的检测装置系统示意图；图4是本发明中的点焊的超声检测原理示意图；图5是本发明中得到的点焊超声信号图；图6是1.5+1.5低碳钢点焊的熔核直径与超声信号幅度比的d核-t曲线图；图7是从贴合面剖开后的低碳钢焊点熔核金相图；其中，1为扫描驱动，2为计算机，3为示波器，4为超声波探伤仪，5为超声聚焦探头，6为试件；7为紧固螺钉，8为聚焦探头夹紧装置，9为横向移动手柄，10为纵向移动手柄，11为试件支承架，12为升降手柄，13为升降杆，14为升降机构底座，15为接收探头，16为水箱；17为高频超声直探头，18为超声波激励接收仪，19为数字示波器；20为焊点的熔核；
具体实施例方式
实施示例对1.5+1.5低碳钢的点焊进行熔核直径检测。
利用1.5mm的低碳钢板制作一批点焊试件6(本试验中制备了34个焊点)，点焊时，设定由小到大的不同的焊接电流和焊接时间，以期得到具有不同大小的熔核直径的焊点。使用一个有效直径较大的Φ13的高频超声直探头17对每个焊点进行超声检测。整个检测装置系统如图3所示。进行超声检测时，将高频超声直探头17置于焊点的正上方，如图4所示，探头17和点焊试件6之间涂上耦合剂，增加超声信号的耦合效果。超声激励接收装置-美国泛美公司生产的5800型超声发射接收仪18-发射短脉冲电压以激励该超声探头17，产生的高频超声波传播进入焊点20，超声波在焊点中传播后，传感器接收得到的超声回波脉冲如图5所示，主回波脉冲是由焊点的底面反射而成，中间回波脉冲是由点焊试件的与超声探头接触的单层钢板反射而成，由于该超声探头下面的与其有效面积相等的点焊试件中，焊点熔核的面积远大于熔核周围的单层钢板的面积(如图4所示)，所以超声探头发射的超声波主要集中在焊点熔核20中传播，只有小部分超声波在单层钢板中传播，所以主回波脉冲的幅度远大于中间回波脉冲的幅度值；该回波信号经由数字示波器19传输到计算机2中，计算机自动计算出第一主回波脉冲与第一中间回波脉冲(如图5中所示)的幅度比t，幅度比t越大说明焊点熔核直径越大。
用上述方法获得34个焊点的超声回波信号，并计算出每个超声回波信号中第一主回波脉冲与第一中间回波脉冲的幅度比ti。
两块点焊钢板试件焊后沿贴合面解剖，制作金相试片，如图7所示。沿不同方向量取每个焊点的熔核直径，用平均值作为熔核直径d核，以消除熔核直径的随机误差。这样获得了34个焊点的熔核直径d核。根据每个焊点熔核直径d核与其超声信号中第一个主回波脉冲和第一中间回波脉冲的幅度比之间的对应关系，利用最小二乘法的原理绘制出熔核直径d核与幅度比t的d核-t关系曲线，如图6所示。
当需要检测的焊点是由以上同一型号的1.5+1.5低碳钢板组成时，应用以上获得的d核-t曲线，根据利用相同的高频直探头进行实际检测得到的超声信号幅度比值t在相应的d核-t曲线上获得对应的熔核直径的大小。当熔核直径小于设定的标准值时，判定焊点质量不合格，实现该低碳钢点焊的无损检测。
另外，将不同厚度和材质板材点焊的d核-t曲线存储在计算机系统中，当检测某焊点的焊接质量时，计算机系统先获得组成该焊点的板材的厚度和板材的相关数据，由此找到对应的d核-t曲线；根据实际检测得到的超声信号幅度比t值在相应的d核-t曲线上获得对应的熔核直径，当熔核直径小于设定的标准值时，判定焊点质量不合格，实现该焊点的无损检测。
权利要求
1.一种点焊熔核直径的无损检测方法，其特征在于该方法按下述步骤进行1)利用一个有效面积大于最大的标准点焊熔核直径的高频超声直探头(17)对多个具有不同熔核直径的焊接试样(6)进行超声检测，这些特制点焊试样所用的板材与实际点焊部件的板材具有相同的厚度和材质；通过数据采集装置获得每个被检测焊点的超声信号；2)计算每个超声信号中第一个主回波脉冲和其后的中间回波脉冲的幅度值的比值t；3)沿点焊试件的贴合面剖开焊接试样，测量每个焊点的熔核直径d核，根据每个焊点熔核直径d核与其超声信号中第一个主回波脉冲和其后中间回波脉冲的幅度值的比值之间的对应关系，绘制出熔核直径d核与以上的信号幅度比值的关系曲线；4)将不同厚度和材质的板材的d核-t曲线存储在计算机(2)中，当检测某焊点的焊接质量时，计算机系统先获得组成该焊点的板材的数据，由此找到对应的d核-t曲线；根据实际检测得到的超声信号幅度比值在相应的d核-t曲线上获得对应的熔核直径，当熔核直径小于设定的标准值时，判定焊点质量不合格，实现点焊的无损检测。
2.根据权利要求1所述的一种点焊熔核直径的无损检测方法，其特征在于步骤1)中所述的数据采集装置为超声波激励接收仪(18)和数字示波器(19)。
3.根据权利要求1所述的一种点焊熔核直径的无损检测方法，其特征在于步骤2)中采用最小二乘法原理绘制熔核直径d核与信号幅度比值t的关系曲线。
全文摘要
本发明公开了一种适用于各种金属板材的点焊熔核直径的无损检测方法，步骤如下利用一个高频超声直探头对多个具有不同熔核直径的焊接试样进行超声检测，获得各焊点的超声信号；计算各超声信号中第一主回波脉冲和第一中间回波脉冲幅度的比值t；沿试件贴合面剖开，测量各焊点熔核直径d
文档编号G01S15/08GK1811335SQ20061005799
公开日2006年8月2日 申请日期2006年3月3日 优先权日2006年3月3日
发明者何存富, 冯喜旺, 吴斌, 王秀彦 申请人:北京工业大学