超声C扫描检测铝合金电阻点焊的焊核直径.docx

1、超声C扫描检测铝合金电阻点焊的焊核直径试验研究超声 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 ,

2、ZHENG Xiang 2ming , SHI 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

3、of local point A 2scan 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 s pot welding.K eyw ords :Ultrasonic testing ; Immersion testing ; Focusing probe ; Aluminum alloy ; Resistance s pot welding ;

4、 Spot size 国内外许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C 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

5、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 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

6、第 1期 2004年 1月无损检测 ND TVol. 26 No. 1Jan . 2004 图 2 铝合金点焊试件通过工控机内的 A/D 卡转换 , 图形在显示器上显示 。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

7、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 Y 轴的幅值 (b 门槛值为 4%( 相对于 Y 轴的幅值 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

8、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

9、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 21 (a 试样 1表 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.

10、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%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

11、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%,20%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

12、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 , 且被测木材最小体积为 140mm 60mm 5mm 。 参考文献 :1 Microelectronics ST. ST6Family 282Bit Standard MCU sDB/OL .http :/us. st. com ,2002.2 李 华 , 孙晓民 , 李红青 , 等 . MCS 251系列单片机实用接口技术 M .北京 :北京航空航天大学出版社 ,1993.207-210.63