點焊檢測是保證產(chǎn)品質量的重要環(huán)節(jié)

電阻點焊是汽車工程、空調洗衣機生產(chǎn)、飛機制造中非常重要的連接工藝之一，并且是連接由鋼、不銹鋼、鈦或鋁制成的 2或3層甚至是4層金屬板接頭的普遍焊接技術。

尤其是在汽車車身的大規(guī)模生產(chǎn)中，它被認為是最重要的連接工藝，因為除其他焊接技術外，它還具有非常高的自動化水平。

每天，我們都依賴這些點焊接頭的質量，無論它們是在我們的汽車制造中還是在我們的生活環(huán)境中。通常一輛乘用車大概具備4000～6000個這樣的焊點。

近年來由于技術的不斷發(fā)展，我們對這些焊接接頭的質量保證和要求也相應提高。與安全相關的焊接接頭必須承受各種動態(tài)和靜態(tài)應力。因此，焊接安全在設計中起著決定性的作用。

在電阻焊中，兩個或多個帶有兩個銅電極的金屬片被壓在一起并通過焊接過程中流動的電流加熱，直到接頭熔化。在冷卻過程中，形成具有特定焊核直徑的實心接頭（焊核）。

影響焊接接頭質量和安全性的典型焊接缺陷有：(1) 焊核直徑太小，(2) 粘合接頭（也稱為鋅粘合劑或者虛焊，其中片材的鋅表面熔合在一起但沒有焊核形成），（3）焊核中的氣孔或孔巢，或（4）由于焊接參數(shù)不正確或過度使用焊接電極帽而導致未焊接。

質量標準

對點焊質量進行質量評估的質量標準包括：

幾何上可測量的量：

· 根據(jù) EN ISO 10447 測量的點焊直徑 dP

· 宏觀截面的焊核直徑 dL。在此，焊核尺寸是通過顯微照片目測測量的。公式 dL= x √tmin 用作焊核直徑的最小尺寸。x 的公因數(shù)是 3.5 或 4（特定于用戶）。

· 點焊上電極的壓痕深度（帽壓痕）

可測量的強度質量：

· 剝離力，即焊縫對焊接在一起的兩張板彎曲的阻力。這是根據(jù) EN ISO 14270 的剝離測試確定的。

· 頭部拉力：焊縫在相互焊接的兩塊板的平面?zhèn)葘_的阻力。這是根據(jù) DIN EN ISO 14272 的頭部拉伸試驗確定的。

· 剪切抗拉強度：兩個重疊工件焊接在一起的焊縫阻力。根據(jù) DIN EN ISO 14273，可以在所謂的剪切拉伸試驗中檢查焊縫的強度。

· 扭轉力矩：根據(jù) DIN EN ISO 17653 的扭轉試驗確定的兩塊板焊縫對螺旋扭轉的抵抗力。

主觀可識別的品質：

· 點焊面外觀

· 點焊表面無飛濺外觀

· 
相互錯位的點焊表面電極燒傷（太高的電流輸入）

數(shù)字測量值

使用超聲波 A、C 和 D 掃描的點焊質量（直徑、殘余壁厚、均勻性、聲音衰減等）。

符合 DVS 數(shù)據(jù)表 2915-1 的安全等級

在制造過程中，必須對整個過程進行監(jiān)控，以保證可靠的焊接質量。根據(jù)組件和應用，對焊接接頭的質量有不同的要求。這些要求必須得到滿足和驗證。

早在 1979 年，DVS Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren eV（德國焊接協(xié)會）就規(guī)定，焊接工作應分為安全等級，以利于公眾和生產(chǎn)安全。該細分在 DVS 傳單 2915-1 中定義，適用于點焊、凸焊和滾縫焊。它包括并調節(jié)與焊接過程相關的所有參數(shù)。它還為返工提供了一個校正循環(huán)。安全等級 A、B 和 C 尤其重要。它們分別描述了在焊接結構失效的情況下可能造成的嚴重損壞程度，從而分別描述了對焊接質量的要求。

安全等級 A

此安全等級適用于與安全相關且在發(fā)生故障時會危及人命的焊接接頭。這些焊點承受高靜態(tài)和動態(tài)應力，需要最大強度。這方面的一個例子是側面碰撞保護。

安全等級 B

此安全等級適用于焊接接頭，如果失敗，將導致接頭無法用于其預期目的或導致財產(chǎn)損失。

安全等級 C

此安全等級適用于僅承受較小應力的焊接接頭，如果它們失效，對產(chǎn)品的預期用途的適用性幾乎沒有影響。

點焊質量的重要制造參數(shù)

焊核直徑是生產(chǎn)中點焊接頭的默認尺寸。焊核直徑與強度相關，因此與點焊的安全性相關。焊核直徑的默認值取決于接頭最薄板的壁厚。

焊核直徑的大小取決于焊接過程中接合面產(chǎn)生的熱量。熱量越高，熔體越大，直徑越大。

簡而言之，以下公式適用于熱量的發(fā)展：熱量=（焊接電流）2 x 電阻x 焊接時間。

為確保合適的焊核直徑和定義的焊縫，在此過程中設置并持續(xù)監(jiān)控制造參數(shù)。點焊質量的最重要參數(shù)是 (1) 電極（焊帽直徑），(2) 焊接電流，(3) 焊接時間和 (4) 電極力。

在設置焊接參數(shù)時，焊核直徑被控制/監(jiān)控，例如通過超聲波和破壞性鑿子測試。

電極/帽

電極將電流引導至待接合的金屬板接頭，并施加熔化所需的電極力（通過焊槍定義）。因此，在它們的使用過程中，它們會受到熱、機械和化學應力的影響。隨著電極帽表面積的增加以及合金（例如鋅或氧化鋁）的增加，磨損變得明顯。這降低了焊接過程中的電流密度，接觸電阻相應增加。這反過來又直接影響焊點質量。

焊接電流

焊接電流的強度必須根據(jù)材料以及要焊接的各個板材厚度來選擇。如果焊接電流過低，則可能會產(chǎn)生不熔合或熔合不充分，從而產(chǎn)生不充分的焊核。相反，過高的焊接電流會導致焊接飛濺物的形成或焊點表面的不允許變形。

焊接時間

根據(jù)焊接電流和電極的接觸壓力選擇焊接時間。特別是在焊接時間短的情況下，偏差可能對點焊的質量產(chǎn)生重大影響，因為在相應的接合平面中可能沒有實現(xiàn)熔合或僅實現(xiàn)不充分的熔合。

電極力

電流與作用的電極力一起產(chǎn)生焊點。電極對板材表面的作用力是一個焊接參數(shù)，它直接影響焊核的形成，從而影響質量。對于高質量的焊接接頭，必須選擇取決于片材厚度的電極力以及焊接過程中合適的前置時間和保持時間。

電阻點焊接頭無損檢測的可能性

一般來說，有兩種類型的材料測試來保證接頭的質量：破壞性材料測試和無損材料測試（NDT）。

顧名思義，點焊接頭在破壞性測試期間被機械破壞，以便能夠檢查接頭的質量。這種類型的質量保證是作為隨機檢查執(zhí)行的。一個主要缺點是這會使組件無法使用。由于測試報廢，因此破壞性測試與高成本相關聯(lián)。

因此，對安全無損檢測方法的需求非常高。無損檢測通常與破壞性檢測相關聯(lián)，作為隨機檢測，甚至適用于集成到生產(chǎn)線中的檢測。

測試方法

三種主要的檢測方法用于確保焊接質量：目視檢查、鑿子檢查和超聲波檢查。

通過目視檢查和超聲波檢測進行的質量監(jiān)測是無損的。在目視檢查中，檢查可見的焊點質量，例如焊接飛濺的存在、焊點表面的燒傷。這種方法不能確定點焊的整體質量。

鑿子測試屬于破壞性且因此成本較高的測試方法。它是離線執(zhí)行的，因此在生產(chǎn)過程之外作為隨機抽樣檢查。將焊接后的板材再次切開，并根據(jù)焊點敲除圖案評估其質量。這僅顯示焊條是否保持或分離，或者該焊核的直徑是多少。評估平均直徑，用卡尺測量最小和最大直徑，然后取平均值。

在超聲波檢測中，焊核的體積及其直徑的質量通過適當?shù)臋z測設備進行非破壞性評估。這使得點焊的超聲波檢測無損且快速，從而節(jié)省時間和資金。它也可以在線進行，即在生產(chǎn)過程中進行，因此可以進行有意義的統(tǒng)計檢查，或者在特殊焊點的情況下進行的檢查。

視覺測試 (VT)

在視覺上，可測量變量包括光斑計數(shù)的完整性、光斑在組件上的位置、表面損傷檢查、燒傷、飛濺和蓋印深度。然而，可能的內部不均勻性，例如孔隙或橢圓形/C 形鏡片和鋅粘合劑無法通過目視檢查來檢測。

在視覺上，可測量變量包括光斑計數(shù)的完整性、光斑在組件上的位置、表面損傷檢查、燒傷、飛濺和蓋印深度。然而，可能的內部不均勻性，例如孔隙或橢圓形/C 形鏡片和鋅粘合劑無法通過目視檢查來檢測。

超聲波檢測 (UT)

脈沖回波法用于點焊的超聲波檢測。使用相應的超聲波測試設備通過幅度和傳輸時間評估來評估單個回波和回波序列。此信息顯示為 A 掃描（振幅圖像）、C 掃描或 D 掃描（振幅和行進時間的區(qū)域信息），因此允許進行焊核評估（大于/小于目標、直徑、孔是/不，等等）。超聲波點焊檢測的目的是根據(jù)焊核的標稱直徑對好點和壞點進行分類。

圖. 基于 A 掃描回波序列的焊點質量推導

如果沒有特殊的焊點評估輔助工具和檢測計劃，傳統(tǒng)的 A 型超聲波設備很難實現(xiàn)安全的超聲波檢測。它要求檢驗人員具有扎實的點焊檢驗知識和經(jīng)驗以及多年的實踐經(jīng)驗。這種檢測方法有很大的缺點，因為如果檢測探頭的位置合適，將太小的焊點評估為良好的焊點需要付出很多努力。

如果將傳統(tǒng)的 A 型掃描檢測設備與檢測計劃和自動評估輔助設備結合使用，則可以將錯誤評估的風險降低。但是，這種檢查無法防止檢查員的主觀性。

使用超聲波成像檢測設備可顯著改善。使用頻率約為 15～20 MHz 的超聲波成像設備的改進技術、數(shù)字成像和評估以及焊點的顯示及其評估將使獨立于檢查員的更客觀的檢查和非常準確和記錄的焊點檢查成為可能。

使用超聲波相控陣技術 (PAUT) 進行焊點檢測

與經(jīng)典的超聲波檢測一樣，相控陣點焊檢測系統(tǒng)也基于脈沖回波方法。然而，除了 A 掃描的經(jīng)典顯示外，這些系統(tǒng)還支持焊點的成像顯示（C/D 掃描）。

為此，使用了相控陣檢測設備，例如用帶有 52個陣元的相控陣探頭面陣探頭結合NEXTSPOT600系列相控陣點焊分析儀 。相控陣技術的一個主要優(yōu)點是探頭的一定數(shù)量的面陣陣元可以相互控制和連接，從而創(chuàng)建“虛擬探頭”。通過這種方式，可以創(chuàng)建具有互連的各個換能器的不同布置的虛擬探針，然后這些換能器以聚焦的方式和/或也以一定角度去檢測焊點。這會導致在測試場中進行大量具有高分辨率的真實超聲波測試。

在 NEXTSPOT產(chǎn)品的情況下，這意味著使用了大量陣元的個探頭，可以電子掃描方式覆蓋整個焊點區(qū)域，然后生成結果圖像，可用于自動確定焊核直徑、剩余壁厚和孔隙質量。

焊點的成像可以對整個焊核進行可靠的評估，并且可以大大減少對檢查員的必要培訓工作。

焊點檢測可以通過超聲波相控陣技術手動進行，也可以通過協(xié)作機器人或機器人（*）自動化進行。通過使用機器人，可以支持現(xiàn)有的檢查人員，實現(xiàn)經(jīng)濟高效的綜合檢查。

過程監(jiān)控

通過在線焊接過程監(jiān)控，在焊接過程完成期間或完成后立即檢查點焊的質量。這允許快速檢測質量偏差并立即啟動任何必要的糾正措施。

在焊接系統(tǒng)方面，對焊點質量具有決定性意義的物理測量變量，例如焊接電流、電壓、功率與動態(tài)電阻以及焊接電流時間相結合，受到監(jiān)控（自適應焊接控制）。

除了通過焊接參數(shù)對焊接系統(tǒng)進行監(jiān)控，顯著提高了點焊的質量，但并不代表對點焊的質量監(jiān)控，如點焊的補充無損檢測，還有可能仍然在焊接過程中或隨后在過程中對點焊進行超聲波檢測，其中通過機器人的超聲波自動化結合檢查員的手動檢測是一種合理的解決方案。

在在線檢測中，焊接機器人的電極軸（靠近電極帽）都配備了一個超聲波傳感器。然后在焊接過程中從焊接開始到結束進行超聲波檢測。在此期間，記錄和評估貫穿聲信號的超聲波振幅和傳播時間的變化。結果直接傳送到焊接和機器人控制系統(tǒng)。這使得可以在很短的時間內調整焊接參數(shù)。它還可用于優(yōu)化蓋銑削的循環(huán)。NEXTSPOT系列就是這樣一種在線測試系統(tǒng)。它提供了一個控制回路，可確定點焊質量的趨勢并監(jiān)控焊接過程。

如何影響點焊的質量？

粘合接頭的質量會受到各種外部干擾變量的影響。

來自生產(chǎn)的干擾變量

· 制造環(huán)境中的異物（例如銅顆粒、油、灰塵、粘合劑等）可能會被困在焊縫中，從而對焊接透鏡的結構和形成產(chǎn)生負面影響。

· 電源波動會影響電流，從而影響熱輸入。這會導致熔體的偏差，從而導致焊點質量的偏差。

· 分流：如果點焊位置太靠近或焊點位于部件上的幾何復雜位置，焊接電流可能會通過該已焊點或由于幾何形狀而額外傳導，因為它選擇了電阻最小的路徑。結果，在要焊接的點產(chǎn)生的熱量較少，這會對熔融金屬產(chǎn)生負面影響。這種現(xiàn)象稱為分流。

· 焊接機器人因接頭松動或材料破損而失效。

來自焊接系統(tǒng)的干擾變量

焊接設備需要定期維護，以確保連續(xù)均勻的焊接過程。這包括監(jiān)測電極狀況、電極冷卻狀況、電極力、焊接時間和焊接電流。這些組件的變化對點焊質量有直接影響。例如，電極的磨損會導致電流密度的降低，從而降低產(chǎn)生焊核所需熔體所需的熱量。

來自材料的干擾

這包括材料性能的偏差，例如壁厚、強度、材料的微觀結構（例如在熱成型鋼中）和表面涂層的性能（鋅層厚度、鋁板中氧化鋁層的成分和層厚） ）。

NEXTNDT超聲波檢測系統(tǒng)的優(yōu)勢

NEXTNDT Technologies在工業(yè)，尤其是汽車領域的點焊超聲波檢測方面擁有超過 20年以上的經(jīng)驗。因此，我們非常了解點焊檢測的挑戰(zhàn)和要求。我們將這些經(jīng)驗投入到研發(fā)中，并為我們的客戶提供焊點檢測系統(tǒng)，特別是在生產(chǎn)中快速且簡單的使用。

無損超聲波點焊檢測可以節(jié)省時間和成本，并且可以集成到生產(chǎn)線中，例如用于關鍵或難以接近的點焊。我們已經(jīng)在焊接過程中為手動、機器人控制的離線和在線檢測提供檢測系統(tǒng)。

應用可能性

我們的NEXTSPOT點焊檢測系統(tǒng)適用于檢測鋼、不銹鋼和鋁板的電阻焊點以及精確確定焊核直徑?？蓽y試的是 2 層和 3 層、甚至是4層接頭，單片厚度為 0.5至 5 毫米。由于測試速度快、確定焊接鏡片直徑的高分辨率、自動結果建議、自動記錄和簡單的操作，它非常適合在生產(chǎn)和實驗室中使用。

該設備還為與檢測機器人結合使用提供了的條件。使用提供的適當接口和工具，可以安全地執(zhí)行自動超聲波點焊檢測。

效率提升

為了提高效率和檢測可靠性，NEXTSPOT檢測系統(tǒng)提供兩種檢測模式：按檢測計劃檢測和自由檢測。

在自由檢測模式下，超聲波檢測儀只需點擊幾下即可快速檢測不同的焊點（例如選擇要檢測的板厚組合）。如果需要，免費檢查的結果也可以直接傳輸?shù)綑z查計劃中。

在根據(jù)測試計劃進行測試模式下，測試工程師根據(jù)規(guī)范處理預定義和直觀顯示的測試計劃。測試計劃先前由測試主管創(chuàng)建。檢測計劃的優(yōu)點是消除了手動設置，因此即使沒有深入了解超聲波知識的檢測人員也可以快速可靠地進行檢測。

借助我們的NEXTSPOT檢測系統(tǒng)，我們還可以通過機器人輔助點焊檢測來提高效率。機器人技術的使用不僅可以減少檢查時間，還可以優(yōu)化測量的可重復性。在這里，每個點焊的循環(huán)時間可以達到 5-15 秒，具體取決于點表面。

甚至可以使用協(xié)作機器人來提高效率。協(xié)作機器人可以很容易地由經(jīng)驗豐富的檢查員或檢查主管進行培訓，并以移動方式使用。通過讓檢查技術人員使用 2-3 個協(xié)作機器人來檢查組件，而不是手動使用一臺設備，協(xié)作機器人可以降低點焊檢查的成本。除了許多優(yōu)點外，還有一個缺點需要考慮，協(xié)作機器人沒有這么大的范圍，即組件應該具有較小的性質。

質量文件和過程監(jiān)控

NEXTSPOT 測試系統(tǒng)創(chuàng)建測試結果的自動和防篡改文檔。由于可以保存整個測試區(qū)域的所有C 掃描，因此可以對破壞性測試進行后續(xù)重新評估和關聯(lián)。在管理軟件中，這些測試數(shù)據(jù)被集中組織并監(jiān)控測試設備。

NEXTSPOT檢測系統(tǒng)的另一個主要優(yōu)勢是整合來自手動和自動檢測的檢測數(shù)據(jù)。這意味著所有信息都在一個地方，可以集中評估并提供給中央文檔。

檢查結果的顯示

當使用傳統(tǒng)的超聲波技術進行檢測時，焊點的評估基于單次 A 掃描，即來自接頭的接合和/或非接合區(qū)域的回波序列。檢驗員必須事先為相應的最薄板厚度選擇正確的探頭，就其傳感器尺寸而言，這大約對應于最小焊點直徑。例如，這是根據(jù)以下公式定義的：最小焊點直徑 = 傳感器直徑 = 4 根號t 或 3.5 根號 t（其中 t = 接頭的最薄板）。一些檢查系統(tǒng)還提供估價建議。盡管如此，這種經(jīng)典的超聲波檢測需要經(jīng)過培訓的超聲波檢測員具備大量的實踐和理論經(jīng)驗。

另一方面，我們的NEXTSPOT檢測系統(tǒng)的成像相控陣超聲波技術無需深入的超聲波知識即可實現(xiàn)可靠的點焊檢測。

使用這項技術，可以在不到5秒的時間內生成帶有顏色深度表示的點焊圖像。該圖像不僅可以評估焊核直徑，還可以評估不同深度的孔以及僅從一側檢查時評估 3、4 層接頭的最小焊核直徑。

圖：良好焊接鏡片的測試結果顯示（C掃描）

在圖中，焊接區(qū)域以綠色顯示，非焊接區(qū)域以紅色顯示。檢測系統(tǒng)自動確定焊核直徑和剩余壁厚作為焊接區(qū)域的平均值，并將這些值顯示為目標/實際比較。評估建議也與創(chuàng)建的 C掃描圖像一起自動輸出。

成像相控陣超聲技術極大地簡化了點焊檢測，提高了檢測頻率和安全性。

是否存在不可無損檢測的點焊缺陷？

由于超聲波的物理特性，所謂的“鋅膠”只能在有限的范圍內進行非破壞性測試。“膠水”最早出現(xiàn)在過去鍍鋅板的焊接過程中。

圖：NEXTSPOT600相控陣點焊分析儀

選擇的焊接參數(shù)會導致焊接或“粘合”。這樣做的缺點是，由于已經(jīng)互鎖的晶界，可以很好地實現(xiàn)聲音傳輸。因此，這些“粘合劑”顯示出良好的回波序列，乍一看與良好的焊縫沒有區(qū)別。

在最壞的情況下，超聲波設備提供的用于檢測此類粘合劑的工具無效。然后人們必須屈服于物理學并否認可測試性或更改焊接參數(shù)，以便恢復此類“粘合劑”的可測試性和檢測。這需要負責焊接和測試技術的人員之間的良好合作。

NEXTSPOT超聲波點焊分析儀將市場上此類粘合劑的所有評估方法收集在一個設備中進行了算法優(yōu)化，用于不同設備。這些可供操作員使用，以作為單獨或組合程序評估焊點。
因此，NEXTSPOT為單獨或組合的粘合劑檢測提供了以下可能性：

具有以下所有特征時，通常總是存在焊點的良好回波序列，但隨后會被以下一項或多項特征為粘合劑評估。

· 若干個具有一定高度的假回波，表示膠粘劑、膠粘劑閾值。

· 粘合劑相對于好點的聲音衰減是不同的。由于良好焊縫向粗晶粒的結構轉變，在那里的聲音減弱更大。

· 粘合劑的重復回波數(shù)量比良好焊縫中的要大得多，因為由于缺乏微觀結構轉變，后壁回波沒有被削弱太多。

· 有粘合劑是因為壓痕太低，即點焊不滿足壓痕要求（多出現(xiàn)在鋁點焊的現(xiàn)象）

常問問題

誰需要進行點焊檢查？

沒有要求進行無損檢測的測試標準 (DIN/ISO)。這些僅用于破壞性測試。但是，有內部規(guī)范和法規(guī)定義了焊接點連接的超聲波檢測。

還有一份 DVS 傳單 DVS 2916-5 來自 9/2017 – 電阻壓力焊接接頭的測試 – 點焊接頭的無損檢測。
沒有要求進行無損檢測的測試標準 (DIN/ISO)。這些僅用于破壞性測試。