无损检测技术在汽车点焊质量管控中的应用和发展

无损检测技术在汽车点焊质量管控中的应用和发展

前言

汽车车身即白车身，是整个汽车零部件的载体，其制造质量的优劣对整车的质量起着

决定性的作用。现代乘用车的绝大多数采用承载式金属车身，承载式车身的构造连接中，70%~90%的焊接点为电阻点焊连接，一台普通乘用车的车身需要4000~6000个电阻焊点来保障其刚性和安全强度。因此，车身点焊质量的管控是汽车整车质量管控的关键因素之一。但由于电阻点焊的工艺特征和构造特征，点焊的质量管控也面临着诸多的困难和问题：

1. 无法从外观检测完全确保焊点质量和强度，传统的检测手段需要采用目视+破检（或半破检）来确认。

2. 焊点数量众多，分布广泛，复杂，传统的检测手段无法实现全检或者相对高频的过程控制。

3.汽车车身的材料随着汽车工艺的发展不断发展更迭，车身材料的发展也对检测手段的发展提出了新要求。

无损检测则是解决上述问题的重要手段，要实现全检及过程控制，必须使用无损检测手段；从某种意义上来说，无损检测是衡量一个行业，甚至国家工业和经济发展的程度，以及科学技术发展水平高低的标志之一。

一、什么是无损检测

1. 无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。

2. 无损检测的常规方法

人类利用无损检测方法进行工业检测的历史已经有100余年，西方先进国家的之所以能够

成为制造强国，这与他们对无损检测技术的不断研发与广泛应用是离不开的。应用在工业领域的无损检测主要分为五大常规方法：分别是射线、超声、涡流、磁粉和渗透。

① 射线检测法，利用射线的穿透特性结合成像技术，对物质内部进行查看分析，大多可以通过肉眼分辨识

别物质内部的构造或缺陷，容易分析。医疗使用的X光检查，CT检查，机场的行李安检设备就是射线

检测的应用案例。

② 超声波检测法，利用超声波的特性，对物质的内部进行声波分析，通过不同的声波反

馈判断内部结构或

缺陷。医疗用的“B超检查”，超声波探伤检测等为典型应用案例。

③ 电磁涡流检测法，利用感磁性导电材料受到磁场影响后会产生感应涡电流的特性，分

析工件外表及浅表

磁场变化，对工件进行外表及浅表的缺陷分析及筛选。涡流检测广泛用于金属精密加

工制品的表面及浅

探伤，如汽车轴承，曲轴表面的探伤。

④ 磁粉检测法，利用钢铁等磁性材料工件被磁化后，如果有表面缺陷，会使工件表面和

近表面的磁力线发

生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显

示出不连续性的位置、大小、形状和严重程度。

⑤ 渗透检测法，是一种利用毛细渗透现象为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法。

汽车制造强国（美，欧）自1990年代后半开始逐渐导入无损点焊检测技术以提高对点焊质量的检测效率，降低车身焊接质量风险，并尝试寻找更为适合点焊检测的无损检测方法

二、无损检测技术在汽车点焊质量管控中的应用

1.射线检测在汽车点焊检测中的应用

射线检测法，射线检测适用于绝大多数材质和产品形式，如焊件、铸件、复合材料等。

射线检测胶片对材质内部结构可生成缺陷的直观图象，定性定量准确，检测结果直接

记录，并可长期保存。对体积型缺陷，如气孔、夹渣等的检出率很高，对面积型缺陷，如裂纹、末熔合类也可检测。

但是，检测金属制品的高强度射线对人体有害，检测现场的环境管理成本会很高。更

重要的是，汽车车身的点焊配件构造复杂，配件总成的焊点数量少则数十多则数百数

千，且焊点的分布位置角度差异大，焊点构造的金属材质，厚度，层数也有很大差异。

汽车车身的这些特殊性限制了使用射线检测汽车点焊配件的普及：大型检测设备成本

过高，检测过程复杂，检测效率低，如果射线照相角度不适当，很容易漏检。因此，

射线检测仅限于对个别特殊焊点的深度失效分析。

2.磁粉/渗透法在汽车点焊检测中的应用

磁粉与渗透检测，这两种方法操作简单，迅速，但是无法检测焊点的内部缺陷。且汽

车车身由焊点将多

层薄板结合在一起的构造物，薄板之间存在狭窄的缝隙空间，使用磁粉与渗透检测车

身点焊配件后，磁

粉材料或渗透材料会形成残留污染，难以彻底清除。这些残留污染物质会对后续的电

泳防锈工艺留下质

量隐患。

3.涡流检测在汽车点焊检测中的应用

电磁涡流检测法，电磁涡流检测被广泛应用于金属制品的表面及浅表面缺陷检测。电磁涡流检测点

焊所利用的原理是比对焊点构造不同部位的晶粒组织所导致的磁通量差异，分析焊核直径有无，直

径的大小，进而通过设备厂家提供的焊核直径与焊接强度的关联性推测焊点的强度。

电磁涡流检测

的优点为非接触式检测，检测焊点时不需要耦合剂。但是，使用电磁涡流检查点焊质量的应用时间

较短，电磁涡流检测焊点的可靠性尚需要通过更广泛更深入的验证：

1）涡流检测方法是比对法而非实际测量值，因此比对结果可靠性取决于预制的焊点检测样本数据库的规模和完善性。

2）建设足够精确，足够规模的焊点样本数据库，需要大量的前期准备工作。如果用于对比的数据

库错误或精度不足，会导致无法检测或检查可靠度不足。

3）涡流检测仅限于浅表面的“焊核直径”的分析，无法检测焊点熔深及焊点厚度指标，这种检测方法是否会对焊点纵深的质量隐患（熔深不足，过烧，深层脱焊图-1等缺

陷）分析不足，有待大量的实践验证。

图-1 焊点深层缺陷（左2/3间脱焊；右焊核异形）

4.超声检测在汽车点焊检测中的应用和发展

超声波检测法，相较其他检测方式而言，超声检测适合于点焊的质量分析，利用融合与未熔合的钢板差异，可检测焊点融合情况，也可以利用超声的特性进行板层厚度方面的测量，可得出多种检测数值，包括融合不良的多种状况。

经过近30年的研究和应用，超声波检测以其原理特性、效率及成本优势被广泛应用于汽车制造的点焊检测，超声波检测在点焊质量控制中的发展也经历了三个重要阶段：超声波波形