Page 36 - 无损检测2024年第十二期

赵新玉，等：

电阻点焊熔核质量的超声原位监测

等参数信息，并计算焊接电流有效值来进行监测， 的关系。
但是焊接参数监测法难以直接反映熔核质量检测信
息 [12] 。TARAM等 [13-14] 利用涡流热成像技术可发现 1 超声原位监测平台
近表面微小裂纹，但是该方法较难识别焊点内部缺 超声原位监测系统主要由运动控制模块与数据
陷。邓云生等 [15] 利用X射线对铝合金点焊接头进行 处理模块两部分构成。运动控制模块由机械臂控制
了检测，指出脱焊的“白环”与正常焊点存在明显差 系统、点焊焊钳等组成，机械臂夹持工件上下料到点
异。但X射线对人体有害且难以实现原位监测。吴 焊钳工位并保持焊件姿态，点焊焊钳夹紧进行焊接。
刚等 [16] 针对点焊超声检测信号波峰差异化衰减影响 数据处理模块主要由超声传感器、脉冲收发仪与数
熔核尺寸判定的问题，提出信号增益补偿后计算熔 据采集卡组成。利用霍尔传感器监测焊接电流上升
核尺寸的方法，结果表明，该方法所计算熔核直径误 沿，通电后激励超声传感器发射和接收超声信号，
差在0. 1 mm以内，检测精度较高。焊后超声检测因 超声探头的中心频率为10 MHz，脉冲的重复频率为
操作便捷而获得广泛应用 [17] ，但点焊质量在线超声 1 kHz。在焊核熔化和凝固过程中，超声原位监测系
检测的研究较少。针对上述问题，笔者开发了内嵌 统实时监测固液界面位置，进而检测熔核厚度，并利
超声传感器的水冷电极臂，实现电阻点焊质量原位 用熔核厚度计算熔核直径。超声原位监测系统构成
在线监测，研究超声数据特征与虚焊缺陷、焊核直径 如图1所示。

图 1 超声原位监测系统构成
原位监测超声传感器内嵌式水冷电极臂结构如
图2所示，其通过循环冷却水的保护，可避免超声传
感器因过热而损坏，同时也为超声传播提供良好耦
合。使用重新设计的电极臂，可以同时进行电阻点
焊和超声检测工作。
点焊焊接过程的典型超声回波特征如图3所示，
点焊工件为3 mm厚低碳钢薄板搭接而成，通电开始
前，A1为工件上表面与铜电极臂接触面，A2为两层
搭接钢板之间的一次回波，A3为两层搭接钢板之间
的二次回波；通电开始后，两层低碳钢板之间接触点 图 2 原位监测超声传感器内嵌式水冷电极臂结构
处电流最大，钢板瞬间熔化，且熔化范围随着通电时 焊点熔核的最大值，此时B2为最大熔核上顶点，B3
间增加逐渐变大，此时B扫描信号出现固液界面回 为熔核下顶点；焊接电流停止后，熔核冷却凝固，水
波特征，如图中C1（焊核固液界面上界面）、C2（焊 冷电极臂接触工件处上下表面温度最低，焊核中心
核固液界面下界面）所示；当电流停止时，通常对应 温度最高，受温度梯度影响，固液界面逐步向焊核中

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2024 年 第 46 卷 第 12 期
无损检测