摘 要：文章以超声波反射法为基础，研究了不同焊点的超声波回波特性。在超声图像中计算了第一主回波脉冲与第一中回波脉冲的幅值比，同时通过金相实验得到了熔核直径的实际值。最后找出了振幅值比与熔核直径实测值的关系，实现了熔核的定量化研究。
关键词：超声反射法；中厚板点焊；熔核直径
中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2019）09-70-02
Research on the nugget dimension of spot welding using ultrasonic reflection method
Liu Yali， Yang Fan
（ Electrical and mechanical department of wuhan university of science and technology city university， Hubei Wuhan 430083 ）
Abstract： In this paper， based on the ultrasonic reflection method， the ultrasonic echo characteristics of different welding spots were studied. The amplitude value ratio of the first main echo pulse to the first middle echo pulse ratio was calculated in the ultrasonic images， and the actual values of nugget diameter were obtained through the metallurgical experiment at the same time. Finally the relationship between amplitude value ratio and measured value of nugget diameter was found out， and the quantitative of the nugget was realized.
Keywords： Ultrasonic reflection method； Medium thickness plate spot welding； Core diameter
CLC NO.： U462 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2019）09-70-02
前言
一輛汽车车身由大约3000～6000个点焊接头[1]，接头的质量问题主要包括虚焊、缩孔、裂纹、烧穿、喷溅和压痕过深等等。超声波检测方法作为一种无损检测手段，以其低成本、无污染、便于操作等优点广泛应用于点焊焊接的质量检测中。
1 超声检测法基本原理
1.1 超声波反射法
该方法一般只需要采用一个又收又发的探头垂直进行检测。探头发射的超声波在板材内传播，若遇到不同介质，因为两侧声阻抗有差异，声波将发生发射，反射信号的强度与反射率的大小有关，由于反射信号通过的声程一定，结合其衰减公式分析，探头获得的反射信号的强度也是一定的。
1.2 超声波的衰减
超声波衰减是超声波在介质中传播时随着距离增加，超声波能量逐渐减弱的现象，主要分为扩散衰减、散射衰减和吸收衰减。其衰减方程为：
2 超声实验
本次实验选择四组两层板（单层板厚2.1mm，材料为低碳钢）进行试验，点焊时，设定由小到大的不同的焊接电流、焊接时间和焊接电压（如表1所示），以期得到不同大小的熔核直径的焊点[2]。本次使用的实验仪器是Phascan便携式超声相控阵检测仪，使用一个有效直径为φ8mm的高频15M的超声直探头对每个焊点进行超声检测。
表1 焊接参数和熔核直径
回波是由焊点的底面反射而成，中间回波是由点焊试件的与超声探头接触的单层板反射而成[3]。根据上面波形得到的回波幅值，计算出每个超声回波信号中第一主回波与第一中间回波幅值的比值t。
3 金相实验
将两块点焊试件焊后沿焊点纵向面切开，制作金相试片。经预磨后的试样，先粗抛光，再精抛光。将精抛后的试样浸蚀完毕后洗净，然后用吹风机吹干。用 25倍显微镜观察试样结果如下图1所示。根据金相图计算出熔核的横向直径即d [4]。
随着焊接电流的增加，熔核直径不断增加，超声回波信号中第一主回波与第一中间回波幅值的比值t也不断增加。
4 熔核形态的定量化
根据每个焊点熔核直径d与其超声信号中第一个主回波和第一个中间回波的幅值的比值t之间的对应关系，绘制出他们的关系曲线，如下图2所示（其中横坐标代表t，纵坐标代表d）。
从上图可以看出，熔核直径越大，第一个主回波和第一个中间回波的幅值的比值越大，两者呈递增趋势。这是因为主回波是超声波经过焊点至板材底面反射形成的，中间回波是超声波在单层板中反射形成的，所以熔核直径越大，两板之间贴合的面积越大，超声探头发出的超声波越多的在熔核中传播，越少的在单层板中传播，这样形成的第一个主回波幅值相对较大。
5 结论和展望
根据超声实验和金相实验得到的数据以及他们相拟合的结果，我们可以看出，随着t的增加，d也随着增加。我们可以根据点焊的超声检测信号计算所得的，在对应的曲线上获得对应的熔核直径，当熔核直径小于设定的标准值时，可判断焊点质量不合格，实现点焊的无损检测。
参考文献
[1] 郭瑞鹏，杨战利，李远.电阻焊在工业生产中的应用及发展现状[J].机械制造文摘（焊接分册），2015（01）：35-38.
[2] 韩凤武，王洪亮.多层及非等厚不锈钢板点焊工艺研究[J].机车车辆工艺，2004（04）：19-21.
[3] 刘凯.点焊焊点熔核直径的三种超声测量方法比较[J].质量技术监督研究，2018（06）：32-35.
[4] 刘凯，刚铁.铝合金点焊焊点超声回波信号特征与熔核直径测量方法[J].焊接学报，2011，32（08）：105-108+118.
