点焊检测是保证产品质量的重要环节
电阻点焊是汽车工程、空调洗衣机生产、飞机制造中非常重要的连接工艺之一，并且是连接由钢、不锈钢、钛或铝制成的 2或3层甚至是4层金属板接头的普遍焊接技术。
尤其是在汽车车身的大规模生产中，它被认为是最重要的连接工艺，因为除其他焊接技术外，它还具有非常高的自动化水平。
每天，我们都依赖这些点焊接头的质量，无论它们是在我们的汽车制造中还是在我们的生活环境中。通常一辆乘用车大概具备4000～6000个这样的焊点。
近年来由于技术的不断发展，我们对这些焊接接头的质量保证和要求也相应提高。与安全相关的焊接接头必须承受各种动态和静态应力。因此，焊接安全在设计中起着决定性的作用。
在电阻焊中，两个或多个带有两个铜电极的金属片被压在一起并通过焊接过程中流动的电流加热，直到接头熔化。在冷却过程中，形成具有特定焊核直径的实心接头（焊核）。
影响焊接接头质量和安全性的典型焊接缺陷有：(1) 焊核直径太小，(2) 粘合接头（也称为锌粘合剂或者虚焊，其中片材的锌表面熔合在一起但没有焊核形成），（3）焊核中的气孔或孔巢，或（4）由于焊接参数不正确或过度使用焊接电极帽而导致未焊接。
对点焊质量进行质量评估的质量标准包括：
· 根据 EN ISO 10447 测量的点焊直径 dP
· 宏观截面的焊核直径 dL。在此，焊核尺寸是通过显微照片目测测量的。公式 dL= x √tmin 用作焊核直径的最小尺寸。x 的公因数是 3.5 或 4（特定于用户）。
· 点焊上电极的压痕深度（帽压痕）
· 剥离力，即焊缝对焊接在一起的两张板弯曲的阻力。这是根据 EN ISO 14270 的剥离测试确定的。
· 头部拉力：焊缝在相互焊接的两块板的平面侧对拉开的阻力。这是根据 DIN EN ISO 14272 的头部拉伸试验确定的。
· 剪切抗拉强度：两个重叠工件焊接在一起的焊缝阻力。根据 DIN EN ISO 14273，可以在所谓的剪切拉伸试验中检查焊缝的强度。
· 扭转力矩：根据 DIN EN ISO 17653 的扭转试验确定的两块板焊缝对螺旋扭转的抵抗力。
· 点焊面外观
· 点焊表面无飞溅外观
·
相互错位的点焊表面电极烧伤（太高的电流输入）
使用超声波 A、C 和 D 扫描的点焊质量（直径、残余壁厚、均匀性、声音衰减等）。
在制造过程中，必须对整个过程进行监控，以保证可靠的焊接质量。根据组件和应用，对焊接接头的质量有不同的要求。这些要求必须得到满足和验证。
早在 1979 年，DVS Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren eV（德国焊接协会）就规定，焊接工作应分为安全等级，以利于公众和生产安全。该细分在 DVS 传单 2915-1 中定义，适用于点焊、凸焊和滚缝焊。它包括并调节与焊接过程相关的所有参数。它还为返工提供了一个校正循环。安全等级 A、B 和 C 尤其重要。它们分别描述了在焊接结构失效的情况下可能造成的严重损坏程度，从而分别描述了对焊接质量的要求。
此安全等级适用于与安全相关且在发生故障时会危及人命的焊接接头。这些焊点承受高静态和动态应力，需要最大强度。这方面的一个例子是侧面碰撞保护。
此安全等级适用于焊接接头，如果失败，将导致接头无法用于其预期目的或导致财产损失。
此安全等级适用于仅承受较小应力的焊接接头，如果它们失效，对产品的预期用途的适用性几乎没有影响。
焊核直径是生产中点焊接头的默认尺寸。焊核直径与强度相关，因此与点焊的安全性相关。焊核直径的默认值取决于接头最薄板的壁厚。
焊核直径的大小取决于焊接过程中接合面产生的热量。热量越高，熔体越大，直径越大。
简而言之，以下公式适用于热量的发展：热量=（焊接电流）2 x 电阻x 焊接时间。
为确保合适的焊核直径和定义的焊缝，在此过程中设置并持续监控制造参数。点焊质量的最重要参数是 (1) 电极（焊帽直径），(2) 焊接电流，(3) 焊接时间和 (4) 电极力。
在设置焊接参数时，焊核直径被控制/监控，例如通过超声波和破坏性凿子测试。
电极将电流引导至待接合的金属板接头，并施加熔化所需的电极力（通过焊枪定义）。因此，在它们的使用过程中，它们会受到热、机械和化学应力的影响。随着电极帽表面积的增加以及合金（例如锌或氧化铝）的增加，磨损变得明显。这降低了焊接过程中的电流密度，接触电阻相应增加。这反过来又直接影响焊点质量。
焊接电流的强度必须根据材料以及要焊接的各个板材厚度来选择。如果焊接电流过低，则可能会产生不熔合或熔合不充分，从而产生不充分的焊核。相反，过高的焊接电流会导致焊接飞溅物的形成或焊点表面的不允许变形。
根据焊接电流和电极的接触压力选择焊接时间。特别是在焊接时间短的情况下，偏差可能对点焊的质量产生重大影响，因为在相应的接合平面中可能没有实现熔合或仅实现不充分的熔合。
电流与作用的电极力一起产生焊点。电极对板材表面的作用力是一个焊接参数，它直接影响焊核的形成，从而影响质量。对于高质量的焊接接头，必须选择取决于片材厚度的电极力以及焊接过程中合适的前置时间和保持时间。
一般来说，有两种类型的材料测试来保证接头的质量：破坏性材料测试和无损材料测试（NDT）。
顾名思义，点焊接头在破坏性测试期间被机械破坏，以便能够检查接头的质量。这种类型的质量保证是作为随机检查执行的。一个主要缺点是这会使组件无法使用。由于测试报废，因此破坏性测试与高成本相关联。
因此，对安全无损检测方法的需求非常高。无损检测通常与破坏性检测相关联，作为随机检测，甚至适用于集成到生产线中的检测。
三种主要的检测方法用于确保焊接质量：目视检查、凿子检查和超声波检查。
通过目视检查和超声波检测进行的质量监测是无损的。在目视检查中，检查可见的焊点质量，例如焊接飞溅的存在、焊点表面的烧伤。这种方法不能确定点焊的整体质量。
凿子测试属于破坏性且因此成本较高的测试方法。它是离线执行的，因此在生产过程之外作为随机抽样检查。将焊接后的板材再次切开，并根据焊点敲除图案评估其质量。这仅显示焊条是否保持或分离，或者该焊核的直径是多少。评估平均直径，用卡尺测量最小和最大直径，然后取平均值。
在超声波检测中，焊核的体积及其直径的质量通过适当的检测设备进行非破坏性评估。这使得点焊的超声波检测无损且快速，从而节省时间和资金。它也可以在线进行，即在生产过程中进行，因此可以进行有意义的统计检查，或者在特殊焊点的情况下进行的检查。
在视觉上，可测量变量包括光斑计数的完整性、光斑在组件上的位置、表面损伤检查、烧伤、飞溅和盖印深度。然而，可能的内部不均匀性，例如孔隙或椭圆形/C 形镜片和锌粘合剂无法通过目视检查来检测。
在视觉上，可测量变量包括光斑计数的完整性、光斑在组件上的位置、表面损伤检查、烧伤、飞溅和盖印深度。然而，可能的内部不均匀性，例如孔隙或椭圆形/C 形镜片和锌粘合剂无法通过目视检查来检测。
脉冲回波法用于点焊的超声波检测。使用相应的超声波测试设备通过幅度和传输时间评估来评估单个回波和回波序列。此信息显示为 A 扫描（振幅图像）、C 扫描或 D 扫描（振幅和行进时间的区域信息），因此允许进行焊核评估（大于/小于目标、直径、孔是/不，等等）。超声波点焊检测的目的是根据焊核的标称直径对好点和坏点进行分类。
图. 基于 A 扫描回波序列的焊点质量推导
如果没有特殊的焊点评估辅助工具和检测计划，传统的 A 型超声波设备很难实现安全的超声波检测。它要求检验人员具有扎实的点焊检验知识和经验以及多年的实践经验。这种检测方法有很大的缺点，因为如果检测探头的位置合适，将太小的焊点评估为良好的焊点需要付出很多努力。
如果将传统的 A 型扫描检测设备与检测计划和自动评估辅助设备结合使用，则可以将错误评估的风险降低。但是，这种检查无法防止检查员的主观性。
使用超声波成像检测设备可显着改善。使用频率约为 15～20 MHz 的超声波成像设备的改进技术、数字成像和评估以及焊点的显示及其评估将使独立于检查员的更客观的检查和非常准确和记录的焊点检查成为可能。
与经典的超声波检测一样，相控阵点焊检测系统也基于脉冲回波方法。然而，除了 A 扫描的经典显示外，这些系统还支持焊点的成像显示（C/D 扫描）。
为此，使用了相控阵检测设备，例如用带有 52个阵元的相控阵探头面阵探头结合NEXTSPOT600系列相控阵点焊分析仪 。相控阵技术的一个主要优点是探头的一定数量的面阵阵元可以相互控制和连接，从而创建“虚拟探头”。通过这种方式，可以创建具有互连的各个换能器的不同布置的虚拟探针，然后这些换能器以聚焦的方式和/或也以一定角度去检测焊点。这会导致在测试场中进行大量具有高分辨率的真实超声波测试。
在 NEXTSPOT产品的情况下，这意味着使用了大量阵元的个探头，可以电子扫描方式覆盖整个焊点区域，然后生成结果图像，可用于自动确定焊核直径、剩余壁厚和孔隙质量。
焊点的成像可以对整个焊核进行可靠的评估，并且可以大大减少对检查员的必要培训工作。
焊点检测可以通过超声波相控阵技术手动进行，也可以通过协作机器人或机器人（*）自动化进行。通过使用机器人，可以支持现有的检查人员，实现经济高效的综合检查。
通过在线焊接过程监控，在焊接过程完成期间或完成后立即检查点焊的质量。这允许快速检测质量偏差并立即启动任何必要的纠正措施。
在焊接系统方面，对焊点质量具有决定性意义的物理测量变量，例如焊接电流、电压、功率与动态电阻以及焊接电流时间相结合，受到监控（自适应焊接控制）。
除了通过焊接参数对焊接系统进行监控，显着提高了点焊的质量，但并不代表对点焊的质量监控，如点焊的补充无损检测，还有可能仍然在焊接过程中或随后在过程中对点焊进行超声波检测，其中通过机器人的超声波自动化结合检查员的手动检测是一种合理的解决方案。
在在线检测中，焊接机器人的电极轴（靠近电极帽）都配备了一个超声波传感器。然后在焊接过程中从焊接开始到结束进行超声波检测。在此期间，记录和评估贯穿声信号的超声波振幅和传播时间的变化。结果直接传送到焊接和机器人控制系统。这使得可以在很短的时间内调整焊接参数。它还可用于优化盖铣削的循环。NEXTSPOT系列就是这样一种在线测试系统。它提供了一个控制回路，可确定点焊质量的趋势并监控焊接过程。
粘合接头的质量会受到各种外部干扰变量的影响。
· 制造环境中的异物（例如铜颗粒、油、灰尘、粘合剂等）可能会被困在焊缝中，从而对焊接透镜的结构和形成产生负面影响。
· 电源波动会影响电流，从而影响热输入。这会导致熔体的偏差，从而导致焊点质量的偏差。
· 分流：如果点焊位置太靠近或焊点位于部件上的几何复杂位置，焊接电流可能会通过该已焊点或由于几何形状而额外传导，因为它选择了电阻最小的路径。结果，在要焊接的点产生的热量较少，这会对熔融金属产生负面影响。这种现象称为分流。
· 焊接机器人因接头松动或材料破损而失效。
焊接设备需要定期维护，以确保连续均匀的焊接过程。这包括监测电极状况、电极冷却状况、电极力、焊接时间和焊接电流。这些组件的变化对点焊质量有直接影响。例如，电极的磨损会导致电流密度的降低，从而降低产生焊核所需熔体所需的热量。
这包括材料性能的偏差，例如壁厚、强度、材料的微观结构（例如在热成型钢中）和表面涂层的性能（锌层厚度、铝板中氧化铝层的成分和层厚） ）。
NEXTNDT Technologies在工业，尤其是汽车领域的点焊超声波检测方面拥有超过 20年以上的经验。因此，我们非常了解点焊检测的挑战和要求。我们将这些经验投入到研发中，并为我们的客户提供焊点检测系统，特别是在生产中快速且简单的使用。
无损超声波点焊检测可以节省时间和成本，并且可以集成到生产线中，例如用于关键或难以接近的点焊。我们已经在焊接过程中为手动、机器人控制的离线和在线检测提供检测系统。
我们的NEXTSPOT点焊检测系统适用于检测钢、不锈钢和铝板的电阻焊点以及精确确定焊核直径。可测试的是 2 层和 3 层、甚至是4层接头，单片厚度为 0.5至 5 毫米。由于测试速度快、确定焊接镜片直径的高分辨率、自动结果建议、自动记录和简单的操作，它非常适合在生产和实验室中使用。
该设备还为与检测机器人结合使用提供了的条件。使用提供的适当接口和工具，可以安全地执行自动超声波点焊检测。
为了提高效率和检测可靠性，NEXTSPOT检测系统提供两种检测模式：按检测计划检测和自由检测。
在自由检测模式下，超声波检测仪只需点击几下即可快速检测不同的焊点（例如选择要检测的板厚组合）。如果需要，免费检查的结果也可以直接传输到检查计划中。
在根据测试计划进行测试模式下，测试工程师根据规范处理预定义和直观显示的测试计划。测试计划先前由测试主管创建。检测计划的优点是消除了手动设置，因此即使没有深入了解超声波知识的检测人员也可以快速可靠地进行检测。
借助我们的NEXTSPOT检测系统，我们还可以通过机器人辅助点焊检测来提高效率。机器人技术的使用不仅可以减少检查时间，还可以优化测量的可重复性。在这里，每个点焊的循环时间可以达到 5-15 秒，具体取决于点表面。
甚至可以使用协作机器人来提高效率。协作机器人可以很容易地由经验丰富的检查员或检查主管进行培训，并以移动方式使用。通过让检查技术人员使用 2-3 个协作机器人来检查组件，而不是手动使用一台设备，协作机器人可以降低点焊检查的成本。除了许多优点外，还有一个缺点需要考虑，协作机器人没有这么大的范围，即组件应该具有较小的性质。
NEXTSPOT 测试系统创建测试结果的自动和防篡改文档。由于可以保存整个测试区域的所有C 扫描，因此可以对破坏性测试进行后续重新评估和关联。在管理软件中，这些测试数据被集中组织并监控测试设备。
NEXTSPOT检测系统的另一个主要优势是整合来自手动和自动检测的检测数据。这意味着所有信息都在一个地方，可以集中评估并提供给中央文档。
当使用传统的超声波技术进行检测时，焊点的评估基于单次 A 扫描，即来自接头的接合和/或非接合区域的回波序列。检验员必须事先为相应的最薄板厚度选择正确的探头，就其传感器尺寸而言，这大约对应于最小焊点直径。例如，这是根据以下公式定义的：最小焊点直径 = 传感器直径 = 4 根号t 或 3.5 根号 t（其中 t = 接头的最薄板）。一些检查系统还提供估价建议。尽管如此，这种经典的超声波检测需要经过培训的超声波检测员具备大量的实践和理论经验。
另一方面，我们的NEXTSPOT检测系统的成像相控阵超声波技术无需深入的超声波知识即可实现可靠的点焊检测。
使用这项技术，可以在不到5秒的时间内生成带有颜色深度表示的点焊图像。该图像不仅可以评估焊核直径，还可以评估不同深度的孔以及仅从一侧检查时评估 3、4 层接头的最小焊核直径。
图：良好焊接镜片的测试结果显示（C扫描）
在图中，焊接区域以绿色显示，非焊接区域以红色显示。检测系统自动确定焊核直径和剩余壁厚作为焊接区域的平均值，并将这些值显示为目标/实际比较。评估建议也与创建的 C扫描图像一起自动输出。
成像相控阵超声技术极大地简化了点焊检测，提高了检测频率和安全性。
由于超声波的物理特性，所谓的“锌胶”只能在有限的范围内进行非破坏性测试。“胶水”最早出现在过去镀锌板的焊接过程中。
图：NEXTSPOT600相控阵点焊分析仪
选择的焊接参数会导致焊接或“粘合”。这样做的缺点是，由于已经互锁的晶界，可以很好地实现声音传输。因此，这些“粘合剂”显示出良好的回波序列，乍一看与良好的焊缝没有区别。
在最坏的情况下，超声波设备提供的用于检测此类粘合剂的工具无效。然后人们必须屈服于物理学并否认可测试性或更改焊接参数，以便恢复此类“粘合剂”的可测试性和检测。这需要负责焊接和测试技术的人员之间的良好合作。
NEXTSPOT超声波点焊分析仪将市场上此类粘合剂的所有评估方法收集在一个设备中进行了算法优化，用于不同设备。这些可供操作员使用，以作为单独或组合程序评估焊点。
因此，NEXTSPOT为单独或组合的粘合剂检测提供了以下可能性：
具有以下所有特征时，通常总是存在焊点的良好回波序列，但随后会被以下一项或多项特征为粘合剂评估。
· 若干个具有一定高度的假回波，表示胶粘剂、胶粘剂阈值。
· 粘合剂相对于好点的声音衰减是不同的。由于良好焊缝向粗晶粒的结构转变，在那里的声音减弱更大。
· 粘合剂的重复回波数量比良好焊缝中的要大得多，因为由于缺乏微观结构转变，后壁回波没有被削弱太多。
· 有粘合剂是因为压痕太低，即点焊不满足压痕要求（多出现在铝点焊的现象）
没有要求进行无损检测的测试标准 (DIN/ISO)。这些仅用于破坏性测试。但是，有内部规范和法规定义了焊接点连接的超声波检测。
还有一份 DVS 传单 DVS 2916-5 来自 9/2017 – 电阻压力焊接接头的测试 – 点焊接头的无损检测。
没有要求进行无损检测的测试标准 (DIN/ISO)。这些仅用于破坏性测试。
