超声C扫描检测铝合金电阻点焊的焊核直径

1、试验研究超声 C 扫描检测铝合金电阻点焊的焊核直径史立丰 , 郑祥明 , 史耀武(北京工业大学 材料学院 , 北京 100022摘 要 :介绍采用水浸超声聚焦回波检测法检测铝合金电阻点焊焊核直径。对接头焊点的 C扫描及对局部点的 A 扫描信号的采集与分析 , 定点焊的焊核直径 。关键词 :超声检测 ; 水浸法 ; 聚焦探头 ; ; 中图分类号 :TG 115.28:A2( 0120034203U FOR DETERMINING THE SPOT SIZE SPOT WE LDING IN AL UMINUM ALLOYSHI Li 2feng , ZHENG Xiang 2ming , SHI

2、 Yao 2w u(School of Materials Science &Engineering , Beijing University of Technology , Beijing 100022, China Abstract :Resistance spot welding in aluminum alloy was tested by ultrasonic immersion method with focusing probe. Comparison of C 2scan of entire sample and the data of local point A 2scan

3、collected and processed with the metallographs of sample cross section showed that the method could be used to determine the s pot size of resistance spot weldi ng.K eyw ords :Ultras on ic test ing ; Immersio n testi ng ; Focus ing probe ; Alumi num alloy ; Resista nee s pot weld ing ; Spot size国内外许

4、多学者对应用无损检测方法测量电阻点焊接头的焊核尺寸进行过研究，取得了一定成绩，如超声聚焦穿透法1和多次回波检测法2等。总体来 说，这些方法测量过程比较复杂，测量结果不够 直观。超声C扫描方法虽然直观 简洁，但焊点周围塑性环的存在给测量点焊接头的焊核尺寸带来误差，测量值比实际值要大。在测量过程中，通过设定 不同的门槛值，可以基本消除其影响。1 检测装置及试样实验采用美国物理声学公司（PAC生产的超声扫描水浸聚焦检测系统，系统布置见图1试验所用试件是由 5mm 和 1. 5mm 不等厚铝 合金板点焊而成 , 为了方便定位 , 将试样沿中心线处 切开 （图 2 。收稿日期 :2003203213图

5、1 PAC 超声 C 扫描水浸聚焦检测系统1. 支架 2. 水箱 3. 水浸聚焦探头 4. 工控机 5. X 轴发射接收馈线 6. Y 轴发射接收馈线 7. 电动机8. Z 轴发射接收馈线 9. 机箱 10. 显示器2 检测方法超声检测时 , 试样水平放置在水箱底部 , 聚焦探 头安装在超声探伤仪支架的发 射端 。 通过计算并调 节使焦点聚在搭接接头的结合面上 , 通过步进电机 带动 X , Y 轴移动对整个接头平面进行扫描检测 , 其中探头移动速度和检测范围都可预先设 定 , 数据43? 第 26卷第 1期 2004年 1月无损检测 ND TVol. 26 No. 1Jan . 200430

6、图2铝合金点焊试件通过工控机内的A/D卡转换,图形在显示器上显试验采用美国Panametrics公司生产的10MHz聚焦探头,型号为IU10G2,晶片 直径 D =12. 7mm,水中焦长F =38. 1mm ,焦点直径为0154mm ,焦柱长为0. 9mm。检测过程中,机的控制下,（扫描,A扫描信号,通过C A扫描信号的变化,根 据超声检测信号波形的第二峰值的变化来确定点焊焊核直径。观察试件横截面的 低倍金相图像并测量焊核的实际尺寸，发现了波形图像及A扫描信号第二波峰变 化与焊核尺寸的关系，可进一步确定焊核的直径。3检测结果与分析使用超声脉冲回波法对所要检测的接头进行大范围的C扫描，一方面了

7、解接头的连接情况，另一方面了解接头不同位置的A扫描信号特征，以便找（a门槛值为8%（相对于丫轴的幅值(b门槛值为4%(30丁|2| Js&1L mmhttpi/Aftnrwcntincl相对于丫轴的幅值301r11 mmbltpi/A图3 试样1的C扫描检测图形 到确定焊核大小的可用方法具体操作步骤是3计算探头焦距计算探头距工件表面的距离。确定扫描范围。确定第二波峰位置，第二波峰的位置在理论上与第一 波峰的回波间距大致为单块板材厚度的两倍。从母材向焊核边缘扫查时，超声信号随两板之 间间距的改变而变化。当焊核有缺陷 时，会有许多 较小的回波信号。试样1的C扫描检测图形示于图3当门槛值不同时，塑性

8、环的影响逐渐减小，但还有一定的影响。34dB(a母材(b焊核边缘塑性环(c焊核图4 超声A扫描信号由母材到焊核的变化?53?图4A扫描信号位置的确定方法是，固定一个坐标轴的位置，另外一个坐 标轴由母材到焊缝边缘 移动,A扫描信号随轴的移动在逐渐变化，当到焊核周围时, 反射波明显降低，但在一定范围内还有塑性 环的存在，所以必须选定合适的门槛值， 并以此由A扫描信号来判断焊核的起始位置，从信号低于门槛 值时的位置算起，到 焊核另外一侧相同状况为止。将试样打磨、抛光,氢氟酸(48% 0. 5mL ,蒸馏水100mL ,腐蚀15s。金相观察焊核截面(图5来验(b试样2图5焊核截面21UM1(a试样1表

9、1焊核直径超声检测与实际测量结果对比mm试样编号不同门槛值时的超声检测值8%6%4%实际测量值112. 19212. 02410. 66810. 570212. 44611. 82411.43011.276311. 17610. 83410.69310. 600412. 31911.68710. 79510. 95658. 3827. 7657. 3667. 354证试验结果 。 表 1。4, , 由于焊核边缘处 ,C 扫描图形检测的焊核尺寸偏大 , 可通过调整门槛值来调 整检测值的大小 。（2 焊核边缘的位置可以通过观察焊核边缘处的 A 扫描信号准确确定 , 当门槛值为检测图形幅值 的 4%

10、时 , 母材 、塑性环和焊核三处的 A 扫描信号有 很大的不 同。 参考文献 :1 杨思乾 , 张晨曙 , 谭义明 . 超声水浸聚焦法检测点焊熔核直径J.焊接技术，1995, （5 :12-14.2 美国无损检测学会编 , 美国无损检测手册译审委员会译 . 美国无损检测手册 ? 超声卷 （下册 M .上海 :世界 图书出版公司 ,1996.3 全国锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考核委员会编 . 超声波探伤 M .北京 :劳动人事出版社 ,1989.（上接第 23 页用喷水和保湿等方法 , 水中加少量防腐剂 , 防止发霉 并称出受潮后的重量 。标定时应采集五点 , 即 5%,10%,15%,2

11、0%和 25%的 含水量 , 于是可用五点二次最小二乘拟合 , 以确定其余各点间的含水量 。拟合公式的系数 （共三个 由另一片事先写有数据采 集程序的同型号的标定用 单片机根据最小二乘拟合 算法自动算出 。 求得系数用仿真器读出 , 全部写入 原测 量用单片机 , 用这片换下标定用单片机 , 再用原 样本检查测量结果是否正确 , 如结果无误这组系数 就可用了。该过程对三种硬度、四种厚度共12块木材都要做一 遍，所以工作量比较大，因此一定要采用 标定用单片机经过标定后的仪器，在输入材质和厚度（精确到毫米，标定时间隔为20mm ,中 间值由插值求得 后就可进行准确的测量（相对误差8% ,不会对被测 木材表面造 成任何损伤，且被测木材最