一种建立焊点质量检测标准的方法与流程

本发明属于焊点无损检测技术领域，具体涉及一种建立焊点质量检测标准的方法。

背景技术：

目前，随着汽车技术的飞速发展，国民对汽车的质量及工艺越来越重视。各个汽车厂家对于连接汽车车身各模块钣金件的主要方式是电焊，焊枪直径大小、焊枪磨损程度、电压电流等因素直接影响焊点质量，从而影响汽车车身刚度及耐疲劳特性。为了保障焊点质量，各大汽车主机厂对焊点质量检测越来越重视，投入了大量的财力和物力。

应用最广泛的焊点质量检测技术是焊点破坏性试验及超声波无损探伤，利用拉压设备实验得到焊点的极限强度。这种方法的缺点是效率极低，对焊点检测标准的建立没有广泛的适用性。利用现有的超声波无损检测技术虽然可以比较容易得到相应焊点的特征参数，但只通过实验获得的实验数据仍然受到很大限制，比如，实验本身费时费力，数据量受限；实验选取的焊点种类不全，得到的数据是离散的。这些都使焊点检测标准的建立缺少有力的数据支持。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种建立焊点质量检测标准的方法，采用实验与仿真相结合的方法获得各种类型焊点的超声波回波信号的特征参数，在统计分析所述特征参数规律的基础上，得到焊点质量检测标准。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种建立焊点质量检测标准的方法，包括：

制作焊点样件；

对每个焊点样件进行超声波检测，提取每个焊点样件的超声波回波信号的特征参数；

对焊点样件进行金相实验，获得焊点样件的几何参数；

利用计算机软件建立焊点的有限元模型，所述焊点的有限元模型包括上层板、下层板和焊核，所述焊点的几何参数不同于焊点样件的几何参数；

对所述有限元模型的板层(上层板、下层板)和焊核分别赋予阻尼系数，并计算衰减系数，施加超声波激励信号，利用计算机软件求解超声波回波信号的特征参数；

对获得的特征参数进行统计分析，根据特征参数的分布规律确定焊点质量的判定方法即焊点质量检测标准。

进一步地，所述制作焊点样件具体包括：

对目标车型的焊点进行统计分析，找出车身关键焊点中出现频率最高的几种厚度组合，制作所述厚度组合的焊点样件，同一种厚度组合的焊点样件制作时通过调整焊接电流和电极压力得到不同类型的焊点样件。

优选地，所述焊点样件的厚度组合为以下4种：

{上层板厚度/mm，下层板厚度/mm}＝{0.8，0.8}，{0.8，1.2}，{0.8，1.4}，{1.4，1.4}；

每种厚度组合的焊接参数为以下20种：

{电流/ka，电极压力/kn}＝{5.5，2.5}，{6.0，2.5}，{6.5，2.5}，……，{11，2.5}，{9，1.5}，{9，1.8}，{9，2.1}，……，{9，3.0}；

每种焊接参数的焊点样件制作50个，每种厚度组合的焊点样件制作50×20＝1000个，共计4×1000＝4000个。

进一步地，对每个焊点样件进行超声波检测，具体包括：采用同一超声波检测设备对每个焊点样件进行两次超声波检测，剔除两次超声波检测中特征参数的差值超过设定的阈值的焊点样件，对剩余的焊点样件重新进行超声波检测。

进一步地，焊点样件的几何参数包括焊核厚度、焊核直径及压痕深度。

进一步地，所述超声波激励信号为脉冲调制的单一频率的正弦信号，脉冲宽度和周期与对焊点样件进行超声波检测时的相同，正弦信号的频率等于对焊点样件进行超声波检测时的超声波信号的中心频率。

进一步地，所述超声波回波信号的特征参数包括：底面回波脉冲峰值，衰减率，底面回波脉冲个数(峰值超过设定的阈值的脉冲个数)，底面回波脉冲间距，中间面回波脉冲个数(峰值超过设定的阈值的脉冲个数)。

进一步地，焊点的质量类型包括：合格，压痕过深，压痕过浅，焊核过烧，焊核小，焊核薄，虚焊，脱焊。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过制作焊点样件，对每个焊点样件进行超声波检测，获得每个焊点样件的超声波回波信号的特征参数，对焊点样件进行金相实验，获得焊点样件的几何参数，利用计算机软件建立几何参数不同于焊点样件的焊点的有限元模型，对所述有限元模型赋予阻尼系数并计算衰减系数，施加超声波激励信号，利用计算机软件求解超声波回波信号的特征参数，对特征参数进行统计分析，根据特征参数的分布规律确定焊点质量的判定方法即焊点质量检测标准，提高了建立质量检测标准的数据的可信度，解决了现有技术只通过实验获得实验数据存在的耗时长，因数据量小、数据种类不全导致建立的质量检测标准可信度低等问题。

附图说明

图1为对焊点的有限元模型进行超声波检测仿真实验的示意图；

图2为超声波回波信号特征参数示意图；

图3为仿真实验得到的合格焊点和压痕过深焊点的超声波回波信号；

图4为焊点质量检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图1～4对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例一种建立焊点质量检测标准的方法，包括：

步骤101，制作焊点样件；

本发明实施例采取实际检测与仿真实验相结合的方法获得实验数据。与现有技术不同的是，本发明实施例实际检测的对象是制作的焊点样件，而不是汽车白车身上的真实焊点。对焊点样件进行实际检测的优点是比较容易得到各种不同厚度组合、不同焊核参数的焊点的实验数据，实验数据的种类要比采用实际焊点得到的数据种类全面得多。

步骤102，对每个焊点样件进行超声波检测，得到每个焊点样件的超声波回波信号的特征参数；

本步骤是对制作的焊点样件进行超声波检测，从而获得焊点样件的超声波回波信号的特征参数。为了提高特征参数的准确度，一定要采用高精度的超声波检测装置对焊点样件进行超声波检测，超声波检测装置能够自动获得焊点样件的超声波回波曲线并提取特征参数。

步骤103，对焊点样件进行金相实验，获得焊点样件焊核的几何参数；

本步骤是通过金相实验获得焊点样件焊核的几何参数。根据金属材料的物理性能和机械性能与其内部组织有相关联的原理，利用金相试验的宏观组织及微观组织可以通过观察判断金属材料的各项性能。宏观组织试验法以研究金属表面了解其物理或化学之“不均一性”，包括裂纹、空隙等，并以此可做材料断面的“不均一性”即内部缺陷的检查；微观组织试验法可检查金属组织、压延、锻造及热处理等加工处理导致金相组织变化的情况，晶粒大小检查或非金属夹杂物等组织的分布情况、大小等及材料的破坏判断等。

步骤104，利用计算机软件建立焊点的有限元模型，所述焊点的有限元模型包括上层板、下层板和焊核，所述焊点的几何参数不同于焊点样件的几何参数；

本步骤是利用计算机软件建立焊点的有限元模型。为了获得种类全面的、数据量巨大的焊点实验数据，本发明实施例采取两种方式：一是利用超声波检测装置对制造的焊点样件进行检测，获得焊点样件的超声波回波信号的特征参数；二是利用计算机软件建立焊点的有限元模型，然后通过仿真实验获得所述焊点的超声波回波信号的特征参数。当然，所述焊点的几何参数不同于焊点样件的几何参数。一般来说焊点样件的几何参数与白车身关键焊点中出现频率最高的焊点的几何参数相同；建模用于补漏，对几何参数不同于焊点样件的焊点进行建模，使获得的数据更全面、数据量更大。焊点的有限元模型包括上层板、下层板和焊核，利用计算机软件建立焊点的有限元模型属于比较成熟的现有技术，具体方法不再赘述。

步骤105，对所述有限元模型的板层和焊核分别赋予阻尼系数，计算衰减系数，施加超声波激励信号，利用计算机软件求解超声波回波信号的特征参数；

本步骤是通过计算有限元模型的衰减系数并施加超声波激励信号，进行超声波检测仿真实验，利用计算机软件求解超声波回波信号的特征参数。仿真实验的示意图如图1所示。阻尼系数反映焊点对超声波信号的衰减程度，包含两部分：一部分是只与超声波信号频率有关的吸收衰减，即阻尼系数；一部分是与晶粒大小、信号波长有关散射衰减。阻尼系数的计算有定量的经验公式，这里不具体阐述。

为了验证仿真实验的准确性，根据金相实验获得的焊点样件的几何参数建立其有限元模型，并进行仿真实验；然后，将仿真实验结果与同一焊点样件的实际检测结果进行对比。对比结果如表1所示，由表1可知，实际检测与仿真实验的衰减很小。因此，采用仿真实验获得的数据是可信的。

步骤106，对获得的特征参数进行统计分析，根据特征参数的分布规律确定焊点质量的判定方法即焊点质量检测标准。

本步骤是通过对两种不同方式获得的特征参数进行统计分析，总结不同质量类型的焊点的特征参数的分布规律，在此基础上建立焊点质量检测标准。为了使两种方式获得的数据能够兼容，可对两种方式获得的超声波回波曲线进行归一化处理。

表1仿真实验与实际检测结果对比

作为一种可选实施例，所述制作焊点样件具体包括：

对目标车型的焊点进行统计分析，找出车身关键焊点中出现频率最高的几种厚度组合，制作所述厚度组合的焊点样件，同一种厚度组合的焊点样件制作时通过调整焊接电流和电极压力得到不同的焊点样件。

本实施例给出了焊点样件参数的确定方法。焊点样件的几何参数与板层厚度、焊接参数(电流和电极压力)有关，因此，首先通过对目标车型的焊点进行统计分析，找出车身关键焊点中出现频率最高的几种厚度组合，然后利用控制变量的方法，分别调整焊接参数(电流、电极压力)，得到包含不同质量类型焊点几何参数的焊点样件。为了提高数据的可信度，每种参数的焊点样件可制作多个，然后对同种参数的焊点样件的实验数据求平均值。

作为一种可选实施例，所述焊点样件的厚度组合为以下4种：

{上层板厚度/mm，下层板厚度/mm}＝{0.8，0.8}，{0.8，1.2}，{0.8，1.4}，{1.4，1.4}；

每种厚度组合的焊接参数为以下20种：

{电流/ka，电极压力/kn}＝{5.5，2.5}，{6.0，2.5}，{6.5，2.5}，{7.0，2.5}，{7.5，2.5}，{8.0，2.5}，{8.5，2.5}，{9.0，2.5}，{9.5，2.5}，{10，2.5}，{10.5，2.5}，{11，2.5}，{9，1.5}，{9，1.8}，{9，2.1}，{9，2.4}，{9，2.7}，{9，3.0}；

每种焊接参数的焊点样件制作50个，每种厚度组合的焊点样件制作50×20＝1000个，4种厚度组合的焊点样件共制作4×1000＝4000个。

本实施例只是给出一种具体的参数选择方式，并不否定其它的选取方式。

作为一种可选实施例，对每个焊点样件进行超声波检测，具体包括：采用同一超声波检测设备对每个焊点样件进行两次超声波检测，剔除两次超声波检测中特征参数的差值超过设定的阈值的焊点样件，对剩余的焊点样件重新进行超声波检测。

本实施例给出了对焊点样件进行超声波检测的一种具体的实施方式，即对每个焊点样件进行两次相同的超声波检测，剔除两次超声波检测中特征参数相差的较大的焊点样件，然后对剩余的焊点样件重新进行超声波检测。这样处理可以剔除实施中出现的奇异值，使实施数据更可靠。本实施例只是给出了一种具体的实验方法，并不排除其它的实验方法，比如，进行多于两次的超声波检测，然后对实验结果求平均值。

作为一种可选实施例，焊点样件的几何参数包括焊核厚度、焊核直径及压痕深度。

本实施例给出了焊点样件的几何参数，包括焊核厚度、焊核直径及压痕深度。如图1所示，图1中标出了三个参数的物理含义。焊核厚度、焊核直径及压痕深度与板层(上层板、下层板)厚度及焊接参数有关。

作为一种可选实施例，所述超声波激励信号为脉冲调制的单一频率的正弦信号，脉冲宽度和周期与对焊点样件进行超声波检测时的相同，正弦信号的频率等于对焊点样件进行超声波检测时的超声波信号的中心频率。

本实施例给出了仿真实验中超声波激励信号的选择方法。为了能够有效融合焊点样件的实际检测数据与仿真实验数据，仿真实验采用的超声波激励信号的参数应该与实际检测中使用的超声波探头产生的超声波信号的参数应尽量一致，即超声波激励信号为脉冲调制的单一频率的正弦信号，调制脉冲的宽度和重复周期相同，正弦信号的频率等于超声波探头产生的超声波信号的中心频率。

作为一种可选实施例，所述超声波回波信号的特征参数包括：上表面回波、底面回波和中间面回波的脉冲峰值，衰减率，底面回波脉冲个数，底面回波脉冲间距，中间面回波脉冲个数。

本实施例给出了超声波回波信号的特征参数。上表面回波是指上层板上表面反射产生的超声波回波信号，底面回波是指由下层板底面反射产生的超声波回波信号，中间面回波是由中间的平面即上层板底面或下层板上表面反射产生的超声波回波信号。如图2所示，上表面回波的幅度最强，是未经衰减的超声波回波信号。底面回波由逐渐衰减的脉冲回波组成，相邻脉冲回波峰值的比值为衰减率，一般对前三个脉冲回波分别求衰减率然后求平均值作为最终的衰减率。底面回波脉冲个数和中间面回波脉冲个数均是指脉冲峰值超过设定的阈值(如图2中的t、f)的脉冲回波的个数。底面回波脉冲间距是相邻两个脉冲回波间隔的一半内超声波信号传播的距离(与压痕深度相关)，因为是用距离表示脉冲间距，所以单位为mm，如表1。

作为一种可选实施例，焊点的质量类型包括：合格，压痕过深，压痕过浅，焊核过烧，焊核小，焊核薄，虚焊，脱焊。

本实施例给出了焊点的8种质量类型。根据特征参数的统计分析，得出各种质量类型焊点的特征参数的分布规律，其中：

压痕过浅：压痕过浅焊点的底面回波脉冲间隔大于合格焊点的底面回波脉冲间隔；

压痕过深：压痕过深焊点的底面回波脉冲间隔小于合格焊点的底面回波脉冲间隔，如图3所示；

焊核过烧：焊核过烧焊点对超声波回波信号的衰减大于合格焊点，底面回波脉冲个数减少；

焊核小：合格焊点没有出现中间面回波信号，焊核小焊点出现中间面回波，中间面回波脉冲位于底面回波脉冲的中间位置；

焊核薄：焊核薄焊点对超声波回波信号的衰减小于合格焊点，底面回波脉冲个数增多；

虚焊：虚焊焊点出现中间面回波，且底面回波脉冲个数减少；

脱焊：脱焊焊点无底面回波。

根据各种质量类型焊点的特征参数的分布规律，建立焊点质量检测标准。如图4所示。图中：y0为上表面回波峰值，yd1为第一个底面回波脉冲的峰值，ym1为第一个中间面回波脉冲的峰值；α、α1～α4为衰减率及阈值；s、sl、sh为底面回波脉冲间距及阈值；n、nl、nh为底面回波脉冲个数及阈值；m为中间面回波脉冲个数。

上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。