welcome to www.chinaweld.com.cn   [英文版]
 
焊接工艺
   您现在的位置是:中国焊接网
 
汽车车身点焊的超声波无损检测技术
双击自动滚屏 发布者:chinaweld 发布时间:4/11/2006 阅读:13598

 

 

汽车车身点焊的超声波无损检测技术

 

 

焦标强   史耀武

 

(北京工业大学焊接研究所  北京  100022

 

 

 

摘要:介绍了利用超声波进行汽车车身点焊焊点质量无损检测的方法,通过两种方法的对比发现,A信号超声检测技术更适用于生产实践。

关键词:汽车车身  点焊质量  超声检测

 

Abstract: Ultrasonic test method has been introduced to evaluate the quality of car bodys resistance spot welds. The results indicate that the A-scan technology will be more fit for practical application than C-scan.

Key words: car body, spot weld quality, ultrasonic testing

 

0            

 

车身的制造质量直接影响汽车整车的使用寿命。电阻点焊是目前车身制造的主要焊接工艺,因此焊点质量的无损检测技术对保证车身装焊质量具有重要意义。在车身生产过程中由于电网电压、气压的波动,再加上难以避免的分流、电极磨损、铁磁性物质伸入等不利因素的存在,致使点焊质量不易稳定,严重时将成批出现不合格的焊点。另外,由于点焊独特的接头形式和工艺,使在电弧焊生产中应用效果很好的焊后无损检测方法在点焊生产中却难以应用。为了保证焊接质量,国内外广泛采用焊接试片的拉剪试验、焊后进行破坏性抽样检验的方法来保证点焊接头的质量[1]。显然,这种方法已无法满足工业发展对点焊质量提出的高可靠性、低成本的要求。为了改变这种现状,有必要研究新型点焊质量的无损检测方法,在线逐检或抽检焊点的质量,及时指出不合格的焊点,使操作者及时进行在线补救,以有效地提高和稳定焊点的质量。

由于含有缺陷的点焊接头与合格的接头在外观上很难目测区分,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,但难以可靠地检测出焊核的尺寸及其缺陷。本实验采用超声波C扫描图像与A信号波形相对照的研究方法,对汽车薄板点焊的焊核直径和缺陷接头进行检测,并取得了一定的进展。

 

1             

 

1.1    实验系统的组成

试验采用的超声系统为美国物理声学公司生产的UltraPACⅡ超声系统,聚焦探头型号为IU10G2,晶片直径为12.7mm,设备原理如图1所示。该系统是一个可以进行ABCT扫描   以及A-B-C扫描的超声无损检测自动机,由计算机、AD-IPR1210超声脉冲发生/接收卡、步进电动机控制卡、三坐标扫描架及信号采集与处理软件等几部分组成,AD-IPR1210是集超声脉冲产生和高频数据采集于一体的集成板卡,它的最高采样频率为100MHz

1.2    C扫描实验原理

压电换能器通过声聚焦透镜在耦合介质水中会聚,会聚声束遇试样表面发生反射与折射,声束在试样内进一步会聚聚焦,最终在一定深度z处聚成焦点。焦点形状并非几何上的点,而是聚焦成一个沿纵深方向的纺锤形狭窄区域。该区域横向尺寸越小,声学显微镜的横向分辩率越高,它取决于超声换能器的工作频率。纵向尺寸与声透镜的凹面曲率半径有关,它直接涉及声学显微镜的纵向分辩率及探测深度。聚焦声束在机械扫描装置的带动下在样品内部扫描,如遇到缺陷或声学特性不均匀介质时,便会在界面上产生反射,反射波返回换能器转换成电信号,经信号处理后在显示器上呈现出反映介质声学不均匀性的图像。

1.3    试样

点焊试样材料为汽车冷轧钢板,厚度为1mm+1mm的点焊试样(如图2所示),试样的工艺参数为焊接电流9300A,电极压力0.45MPa,试样上面有两个点焊焊点AB。试样由江铃汽车股份有限公司提供。

1.4    实验方法

运用超声水浸聚焦法进行C扫描来检测点焊熔核的直径以及焊核内部的缺陷。首先将试样水平浸入水浸扫描槽中,将超声波聚焦探头也浸没在水中,调整探头与试样之间的距离,使得探头焦点位置经过折射后正好处于焊点的贴合面上,然后打开超声检测设备开始扫描。调整好参数,扫描时通过支架上的步进电机和精密丝杠传动系统,带动聚焦探头在试样上方做水平的S形移动,如图3所示,对焊核内部情况进行扫描。探头在移动的过程中实时的将所接受到的回波信号反馈到设备的信号处理系统中,处理后的结果以图像形式显示在显示器上,其中以颜色的深浅来代表反射率的高低。

 

扫描结束后,通过软件对C扫描结果进行处理。同时可对C扫描结果中几个有代表性的区域中的点进行A信号分析,最后将这些A信号波形与C扫描图像进行对比寻找其中的规律。

 

2 实验结果分析

 

2.1    点焊试样的C扫描图像

两个不同焊点的C扫描结果如图4所示,通过色彩变换可以非常直观的观察到焊核的形状尺寸。绿色和白色区域代表反射率低的焊接良好区域,蓝色和红色代表反射率高的区域。图中蓝色环状区域代表的是焊核的边界部分,蓝色环外面的红色环显示的是塑性环的大小。图4中焊点中心深色区域1表示点焊加工结束后,熔化金属凝固过程中由于体积收缩而形成的缩孔缺陷。图4b中,左上方的蓝色小环状区域3表示点焊过程中形成的飞溅。

另外,根据图像扫描比例,还可以计算焊核及缺陷的实际尺寸。先对一个标准试块进行扫描,确定扫描图像大小与试块实际尺寸的比例关系,这样通过C扫描结果即可计算出焊核、塑性环的实际尺寸。经测量计算,图2中焊点A的焊核尺寸为5.8mm,塑性环宽度为0.69mm,焊点B的焊核尺寸为6.5mm,塑性环宽度为0.54mm

2.2    A信号采样采集分析

2.2.1        A信号特征分析方法简介

超声波A信号检测薄板的波形如图5所示。横坐标为时间,纵坐标为超声波反射率,数字N代表的是第N次回波。回波次数越少则说明焊核厚度越厚;相邻两个回波之间的波形(如图5b所示,12次回波之间的信号)是超声波在焊核中传播的反射波形,其中隐含着许多与点焊质量相关的信号特征,它是我们的主要研究对象。在点焊焊核区域内,A信号振幅小说明反射率低,超声波穿透性好,也即焊接质量良好;反之,振幅大则说明反射率高,即说明含有焊接缺陷。

2.2.2        A信号采样分析

6显示的是C扫描图像中对典型区域进行A信号采样的结果。根据超声波的传播速度和点焊试样的厚度,我们可以计算出点焊试样上下两板接触面的位置。将A信号采样结果与C扫描结果对比可发现,图4a中对1号点进行采样结果如图6a所示,焊点的超声波反射率约为46%,说明此处的焊接质量欠佳;图4a中对2号点进行采样结果如图6b所示,焊点反射率约为4%,说明此区域焊接质量良好;图4b中对1号点进行采样结果如图6c所示,在试样内超声波一直保持很高的反射率,甚至达到90%,这显然可以说明此区域焊接质量很差,有缺陷存在;图4b中对2号点进行采样结果如图6d所示,可以看出在焊核厚度方向上超声波反射率一直保持着很低的幅度,这说明此焊核内部组织均匀,焊接质量良好。

 

3           

在超声波无损检测试验中,A扫描和C扫描均能很好的检测出点焊中的缺陷。C扫描可以很直观的以图像的方式来显示焊接中的各种缺陷,但设备昂贵且需步进扫描,速度较慢,目前尚难广泛用于实际生产。A扫描以波形特征来显示检测结果,因此需对检测人员进行培训使其具备一定的经验,经过培训以后可达到很好检测效果,并且A扫描设备简单便于携带,比较适合当前的生产实际。

 

 

        

1  黄德智,王治富.利用点焊过程中的动态电阻监测车身焊点质量.焊接,2003⑶:913

2  彭光俊,赵志.汽车车身点焊接头质量超声检测技术.无损探伤,2002⑴:3738

3  美国无损检测学会.美国无损检测手册(超声卷).上海:世界图书出版公司,1996

4  魏勤,尤建飞.超声C扫描成像系统在铝基复合材料无损检测中的应用.华东船舶工业学院学报,2000.14:3134

5  Marty Jones. NDT of Resistance Spot Welds: Trends and Spikes, Materials Evaluation,1999.12:12431248

 

联系人:史耀武  焦标强  电话:010-67392523  e-mail: sysun @ bjut. edu. cn

 

 
 
打印本页 | 关闭窗口
把中国焊接网作为我的首页    把中国焊接网放入收藏    和中国焊接网联系
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
地址:大连市甘井子区东纬路472-2号1单元1层6号公建
电话: 0411-86851981 86851956
传真:0411-86851835 技术支持:中易互联
辽ICP备05012178号