電阻點(diǎn)焊超聲波檢測精度研究

汪飛　葉少劍　田永強(qiáng)　李松　呂珍芳　趙恩光

摘 要：電阻點(diǎn)焊質(zhì)量評估一直是被重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域，超聲波檢測因其具有傳統(tǒng)檢測方法沒有的獨(dú)特優(yōu)勢，越來越受到重視。本文以冷軋沖壓鋼板為例，分別將撕裂法、金相分析法與超聲波檢測焊核直徑進(jìn)行對比，實(shí)驗(yàn)證明，超聲波檢測具有較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：電阻點(diǎn)焊 超聲波檢測 撕裂法 金相分析

Research on Ultrasonic Testing Precision of Resistance Spot Welding

Wang Fei Ye Shaojian Tian Yongqiang Li Song Lu Zhenfang Zhao Enguang

Abstract：The quality assessment of solder joints has always been a focus of attention. Ultrasonic testing has attracted more and more attention because of its unique advantages that traditional testing methods do not have. Taking cold-rolled stamping steel as an example，this paper compares the tearing method，the metallographic analysis method and the ultrasonic inspection of the weld nugget diameter. The experiment proves that the ultrasonic inspection has high accuracy and stability.

Key words：resistance spot welding，ultrasonic testing，tearing method，metallographic analysis

電阻點(diǎn)焊因其生產(chǎn)效率高、穩(wěn)定性好、使用成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動化等諸多優(yōu)勢，被廣泛運(yùn)用于汽車、軌道車輛、航天航空等工業(yè)生產(chǎn)制造中;如今，電阻點(diǎn)焊已經(jīng)成為汽車生產(chǎn)最主要的連接方式。但是，由于一輛白車身焊點(diǎn)數(shù)量較多（大約4000個）和點(diǎn)焊技術(shù)的大規(guī)模運(yùn)用，往往會產(chǎn)生飛濺、虛焊、焊核直徑不足等不良缺陷。同時，焊核的再結(jié)晶和晶粒長大過程一直處于封閉狀態(tài)，無法對其直接觀測，給焊點(diǎn)質(zhì)量控制帶了較大挑戰(zhàn)。因此，焊點(diǎn)品質(zhì)和質(zhì)量評估技術(shù)的研究一直是重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的焊點(diǎn)檢查方法有目視檢查、非破壞性鑿檢、撕裂破壞檢測、金相顯微檢測等。目視檢查效率高，但是只能觀測焊點(diǎn)外觀缺陷（毛刺、縮孔、裂紋、扭曲等），對人的經(jīng)驗(yàn)依賴程度高。非破壞性鑿檢可在不完全破壞焊點(diǎn)狀態(tài)下，對焊點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度確認(rèn)，也可能對高硬度、高強(qiáng)度材料焊點(diǎn)形成斷裂性損傷，對超高強(qiáng)度材料厚板焊點(diǎn)無法檢測。撕裂破壞和金相顯微檢測能更直觀、更全面反映白車身焊點(diǎn)質(zhì)量，但檢測效率低、成本高，無法及時發(fā)現(xiàn)焊接缺陷;且抽樣頻率較低，不利于問題的及時發(fā)現(xiàn)，無法實(shí)時監(jiān)控焊點(diǎn)的質(zhì)量。

超聲波檢測是在不破壞母材的前提下，對焊點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量分析。由于金屬薄板點(diǎn)焊接頭熔核是鑄態(tài)組織，其晶體結(jié)構(gòu)與母材不同，超聲波在其中的衰減幅度也不同，超聲波檢測就是利用微觀組織上的差別，即超聲波在板材界面反射或穿透焊點(diǎn)熔核時的聲波衰減程度來判斷焊點(diǎn)質(zhì)量。相比于傳統(tǒng)的檢測方式，超聲波檢測具有操作簡單、靈敏度高、效率高、不受焊點(diǎn)空間位置等影響優(yōu)勢。本文以車身低碳鋼為例，將撕裂法、金相分析法與超聲波檢測結(jié)果進(jìn)行對比，研究超聲波檢測焊點(diǎn)的準(zhǔn)確度，為白車身點(diǎn)焊質(zhì)量超聲波檢測提供可靠理論來源。

1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所采用的材料為寶鋼生產(chǎn)的冷軋沖壓鋼板，試樣長110mm、寬35mm，厚分別為1.0mm和1.2mm，點(diǎn)焊設(shè)備為工頻小原UXH型懸掛式焊機(jī)，焊接時間5/15CYC、焊接電流5.0/8.5KA、電極壓力2300N，將兩塊不用厚度的試片進(jìn)行兩次焊接，并記錄焊件試樣編號（圖1），共焊接12組。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 超聲波檢測

實(shí)驗(yàn)采用的NextSpot 600超聲波檢測儀，其檢測原理是利用垂直入射脈沖-反射法（圖2）對焊點(diǎn)進(jìn)行A掃描與C掃描成像觀測。超聲波C掃描成像可以直接看到焊接接頭的二維圖像（圖3），清晰顯示焊點(diǎn)的焊核直徑、壓痕深度、及內(nèi)部組織缺陷。首先對傳感器的檢測面涂抹適當(dāng)?shù)鸟詈蟿?zhǔn)首層板厚，在臨檢模式下依次對焊點(diǎn)1和焊點(diǎn)2進(jìn)行焊核直徑測量，共12組試樣，系統(tǒng)自動保存檢測數(shù)據(jù)。

2.2 金相顯微檢測

將12組試樣的焊點(diǎn)2分別進(jìn)行線切割、鑲嵌、粗磨、細(xì)磨、拋光，拋光面錚亮如鏡面即可（圖4），拋光結(jié)束后立即用清水清洗，防止氧化。然后將拋光后的試樣用4%硝酸酒精溶液腐蝕，利用奧林巴斯GX53型金相顯微鏡測量焊核的實(shí)際直徑并記錄，圖5為焊核的金相組織。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 超聲波檢測與撕裂直徑對比

圖6為超聲波檢測A掃描與C掃描成像，圖片右側(cè)的A掃描顯示焊點(diǎn)波形呈現(xiàn)表面波相位單波峰向上，雙波峰向下，閘門內(nèi)波形平坦無起伏，閘門后焊點(diǎn)多次底面反射波，直至衰減消失。C掃描成像焊點(diǎn)部分為綠色，非焊點(diǎn)區(qū)域?yàn)榧t色成像，焊核較完整。結(jié)合界面顯示的焊核直徑和壓痕深度，判斷12個試樣焊點(diǎn)全部合格。利用風(fēng)鏟將12組試樣的焊點(diǎn)1進(jìn)行撕裂，用游標(biāo)卡尺測量相應(yīng)的長短徑a和b（圖7），焊核直徑Ds計(jì)算如公式（1）。

Ds=（a+b）/2? ? ? ? ? ? ?（1）

利用超聲波法和撕裂法分別對焊點(diǎn)1進(jìn)行焊核直徑測量，將2組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如圖8所示。由圖可知，超聲波檢測結(jié)果與撕裂法游標(biāo)卡尺檢測結(jié)果，雖然有一定偏差，但是同一焊點(diǎn)的變化趨勢基本一致。造成這種偏差的主要原因是撕裂法獲得的焊核留有殘留毛邊，導(dǎo)致檢測結(jié)果偏大，通過以上，說明超聲波檢測具有較高的可靠性與準(zhǔn)確性。

3.2 超聲波檢測與金相直徑對比

利用超聲波檢測和金相檢測法分別對焊點(diǎn)2進(jìn)行焊核測量，將超聲波檢測直徑De和金相檢測直徑Dm進(jìn)行對比，如圖9所示，從圖中可知兩者測量值吻合度較好。圖10為12組De和Dm的差值統(tǒng)計(jì)和正態(tài)分布曲線，正態(tài)分布曲線的均值為-0.5，標(biāo)準(zhǔn)差為0.126，誤差均值和標(biāo)準(zhǔn)差都較小，說明超聲波檢測焊核直徑準(zhǔn)確性較高，偏差較小，對判斷點(diǎn)焊焊核強(qiáng)度具有較高的精度和穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

（1）超聲波檢測與撕裂法檢測焊核直徑具有一定的偏差，造成這種偏差的主要原因是撕裂法獲得的焊核有殘留毛邊，導(dǎo)致撕裂結(jié)果偏大，且兩者的變化趨勢是一致的，說明超聲波檢測具有較高的可靠性與準(zhǔn)確性。

（2）超聲波檢測與金相法檢測結(jié)果高度吻合，且兩者偏差值較小，正態(tài)分布曲線的均值和標(biāo)準(zhǔn)值也較小，說明超聲波檢測對判斷點(diǎn)焊焊核強(qiáng)度具有較高的精度和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉靜.不銹鋼電阻點(diǎn)焊質(zhì)量超聲波定量及智能化檢測研究[D].吉林大學(xué)，2015.

[2]孫鑫宇，曾凱，何曉聰，張龍，胡偉.電阻點(diǎn)焊接頭超聲波C掃描檢測分析[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，41（05）：22-26.

[3]Liu J，Xu G，Gu X，et al.Ultrasonic test of resistance spot welds based on wavelet package analysis[J]. Ultrasonics，2015，56：557-565.