1.本发明涉及电阻点焊焊接工艺控制技术领域，具体涉及一种快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法及装置。
背景技术：2.电阻点焊，是在电极压力的作用下利用产生的焦耳热使得相接触的金属工件表面发生熔化，进而产生永久性冶金结合的一种焊接工艺。电阻点焊广泛地应用于现代汽车制造业中，一辆普通汽车上就有多达数千个电阻点焊接头。在汽车低碳化的发展趋势下，在汽车上轻量化材料的应用比例将逐步地提升，比如铝合金、热成形高强钢等。铝合金具有热导率高、热膨胀系数大、易氧化以及氢在固/液中溶解度差异大等特点，使得铝合金焊核中容易出现缩孔、裂纹等缺陷。热成形钢的碳当量较高，表面往往还有一层铝硅镀层，使得其电阻点焊的工艺参数窗口较窄，如果工艺参数控制不当，往往会在其焊点接头内部出现一些缺陷，如缩孔、未焊透等，进而减少焊接接头的有效承载面积，影响着焊接零件的服役寿命与疲劳耐久性能。如何快速、有效、经济地检测出金属电阻点焊接头中的缺陷，成为了汽车工程师们日益关注的问题之一。
3.目前，焊接缺陷的无损检测手段主要包括：目视检验、液体渗透检验、x射线检验、磁粉检验、超声波检验以及涡流检测等。目视法与液体渗透法只适用于焊接表面缺陷的检验，目视检查法还要求检测人员具有丰富的经验。x射线检测的可靠性较高，但x射线具有强的辐射性，对人体的损害极大，检测成本较高与检验周期比较长。磁粉检验只适用于铁磁性材料的焊接缺陷检测。
4.现有技术cn106198721a公布了一种薄板不锈钢电阻点焊接头的无损检测方法，包括如下步骤：1)首先对待检焊点的表面状况检查，使得焊点的表面平整、无不良状况；2)依据焊点的宽度范围，选择形式与尺寸相匹配的远场涡流检测探头；3)依据工件的厚度，选择相匹配的涡流激励频率；4)依据无缺陷的焊点接头，进行校准仪器；5)利用已校准后的设备，对待检电阻点焊接头进行检测；6)根据检测信号的变化与否，对电阻点焊接头质量进行判定。上述涡流检测只适用于表面缺陷的检测，但需要专业的涡流探伤检测设备。
5.现有技术cn112756768a公布了一种基于超声图像特征融合的焊接质量评价方法及系统，包括如下步骤：1)首先对回填式搅拌摩擦点焊焊接头进行超声检测，采集焊接区域的b扫图像和c扫图像；2)对得到的b扫图像和c扫图像进行分析处理，提取图像中的有效信息和焊点内部的缺陷特征，形成对焊接质量的三维信息表征；3)利用信息熵对三维信息表征中的特征量赋予不同的权重系数，再融合为一个综合指标，作为评价结果。上述超声波检测要求待检测的表面具有一定的光洁度，且需要耦合介质，检测速度慢。
技术实现要素：6.为了弥补现有焊接缺陷检测方法的不足，本发明基于金属材料的导电原理，提出了一种快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法。该方法可用于金属材料点焊工艺的开发
与优化、金属点焊接头焊接质量的快速评价。
7.为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
8.一方面，本发明提供一种快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法，检测装置包括直流电阻电桥，直流电阻电桥包括电源、开关和四个桥臂，第一桥臂和第二桥臂串联构成第一串联桥臂组，第三桥臂和第四桥臂串联构成第二串联桥臂组，第一串联桥臂组和第二串联桥臂组之间并联连接，第一桥臂串联组的串联点与第二桥臂串联组的串联点之间连接有检流计，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂上依次设有第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3中至少有一个为可变电阻，第四桥臂上有两个用于外接电阻为rs的测试件的连接端子；检测方法包括：
9.s1、获取待测点焊接头尺寸，并将其表面清理干净；
10.s2、标定可变电阻，使得当各电阻之间满足r1/r2＝r3/rs关系时，检流计数值为零；
11.s3、将待测点焊接头接入已标定直流电阻电桥中形成闭合电路，然后记录检流计的读数；若检流计的度数为零，则可确定该区域无焊接缺陷；若检流计的读数不为零，则可确定该区域存在焊接缺陷。
12.优选的是，步骤s1中，待测的点焊接头表面清理步骤为：首先清洗点焊接头表面的油污，烘干后再去除点焊接头表面的氧化层。
13.优选的是，步骤s1中，点焊接头尺寸获取步骤为：在点焊接头表面上沿着相互垂直的方向测量点焊接头的尺寸，至少测量3次以上，然后再取平均值。
14.进一步优选的是，电极的直径可确定为点焊接头测量尺寸的1/3～1/4。
15.优选的是，步骤s2中，标定步骤为：将具有与待测点焊接头的焊接工艺相同且已知没有焊接缺陷的点焊接头置于两个电极之间并夹紧，之后将两个电极分别接至两个连接端子与直流电阻电桥形成闭合电路，通过调节可变电阻使得检流计读数归零，标定完毕后拆除该点焊接头。
16.优选的是，步骤s3中，待测点焊接头的连接步骤为：将待测点焊接头置于两个电极之间并夹紧，之后将两个电极分别接至两个连接端子与直流电阻电桥形成闭合电路。
17.优选的是，在步骤s3基础上可进一步判断点焊接头的缺陷类型，包括：将电极沿任一方向移动，每移动一定距离记录一次读数，若电极移动距离不超过第一阈值，检流计的读数归零，则可以判断该缺陷类型为单独的孔洞类缺陷；若电极移动距离超过第二阈值，检流计的读数仍不为零，则可以判断该缺陷类型为裂纹类缺陷。
18.另一方面，本发明提供一种快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的装置，装置包括：
19.直流电阻电桥，直流电阻电桥包括电源、开关和四个桥臂，第一桥臂和第二桥臂串联构成第一串联桥臂组，第三桥臂和第四桥臂串联构成第二串联桥臂组，第一串联桥臂组和第二串联桥臂组之间并联连接，第一桥臂串联组的串联点与第二桥臂串联组的串联点之间连接有检流计，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂上依次设有第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3中至少有一个为可变电阻，第四桥臂上有两个连接端子；
20.两个电极，两个电极分别与两个连接端子连接并与直流电阻电桥形成闭合电路，且两个电极之间留有用于夹持金属点焊接头的夹持空间；以及
21.夹持组件，夹持组件与两个电极固定连接，用于调整两个电极之间的夹持距离。
22.优选的是，夹持组件包括：
23.两个电极底座，两个电极底座分别用于固定两个电极；
24.第一连接件，第一连接件的一端与其中一个电极固定连接；
25.第二连接件，第二连接件的一端与另一个电极固定连接，另一端与第一连接件的另一端接触并可相对移动；以及
26.锁紧结构，锁紧结构用于锁定第一连接件和第二连接件之间的相对位移距离。
27.进一步优选的是，第一连接件和第二连接件均采用l形金属管，第一连接件的直径小于第二连接件的直径，第一连接件端部可插入第二连接件内并可相对滑动；锁紧结构包括螺栓和开设于第二连接件端部侧壁上的螺纹孔，螺栓可穿过螺纹孔并向内压紧第一连接件外壁从而锁紧第一连接件和第二连接件。
28.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
29.1)本技术利用金属材料的导电特性，通过待测点焊接头的电阻变化来判断接头内是否出现焊接缺陷，检测方法简便易操作，不要求操作人员具有丰富的经验。
30.2)本技术的方法检测成本低，不要投入昂贵专业的检测设备。
31.3)本技术的方法检测速度快、结果判定的周期短。
附图说明
32.图1是电阻点焊缺陷检测的原理图；
33.图2是本发明快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的装置结构示意图；
34.图3是本发明第一连接件和第二连接件连接部位的侧视图(省略螺栓)。
35.附图标记：1、直流电阻电桥；2、金属导线；3、纯铜导线；4、点焊接头；5、被点焊连接的金属板；6、夹持组件；61、电极底座；62、第一连接件；63、第二连接件；64、锁紧结构；641、螺栓；642、螺纹孔；7、电极；8、连接端子。
具体实施方式
36.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
37.如图1所示，本发明基于的检测原理如下：
38.金属导体的电阻不仅自身的电阻率相关，还与其几何形状有关，与其横截面积呈反比例，与其长度呈正比。当点焊接头内存在如孔洞、微裂纹等焊接缺陷时，就会减少点焊接头的有效截面积，增大点焊接头的电阻值。本发明是基于惠斯通电桥测量电阻的原理来测量点焊接头的电阻变化，进而判断点焊接头内是否存在缺陷。
39.在闭合的电路中，当被测导体的电阻rs与可变电阻r2(选用电阻r2作为可变电阻仅是举例说明，也可为其他电阻)之间满足r1/r2＝r3/rs的关系时，检流计两端的电势差为零，因而没有电流通过检流计，其读数也就为零；当待测的测试件电阻rs与可变电阻r2不满足
r1/r2＝r3/rs的关系时，检流计两端就会存在电势差，进而会产生电流，使得电流表的指针向左或者向右偏转，其读数不为零。检流计可采用灵敏电流计，提高测量精度，对于闭合电路中非常微小的电流变化都能测量出来。
40.本发明在标定和检测过程中，无需确定第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3各自所采用的具体电阻值以及r1/r2的比值，只需通过调节可变电阻便可使得各电阻之间满足rs/r3＝r1/r2关系，实现检流计数值为零，从而完成对已知没有缺陷点焊接头的标定。
41.如图2和3所示，本发明提供一种快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的装置，所述装置包括：
42.直流电阻电桥1，直流电阻电桥1包括电源、开关和四个桥臂，第一桥臂和第二桥臂串联构成第一串联桥臂组，第三桥臂和第四桥臂串联构成第二串联桥臂组，第一串联桥臂组和第二串联桥臂组之间并联连接，第一桥臂串联组的串联点与第二桥臂串联组的串联点之间连接有检流计，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂上依次设有第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3中至少有一个为可变电阻，第四桥臂上形成有两个用于外接电阻为rs的测试件的连接端子8；
43.两个电极7，两个电极7分别与两个连接端子连接并与直流电阻电桥1形成闭合电路，且两个电极7之间留有用于夹持金属点焊接头4的夹持空间；以及
44.夹持组件6，夹持组件6与两个电极7固定连接，用于调整两个电极7之间的夹持空间的大小。
45.其中，所述夹持组件6包括：
46.两个电极底座61，两个所述电极底座61分别用于固定两个所述电极7；
47.第一连接件62，所述第一连接件62的一端与其中一个所述电极7固定连接；
48.第二连接件63，所述第二连接件63的一端与另一个所述电极7固定连接，另一端与所述第一连接件62的另一端接触并可相对移动；以及
49.锁紧结构64，所述锁紧结构64用于锁定所述第一连接件62和第二连接件63之间的相对位移距离。
50.在具体的实施过程中，所述第一连接件62和第二连接件63均采用l形金属管，所述第一连接件62的直径小于所述第二连接件63的直径，所述第一连接件62端部可插入第二连接件63内并可相对滑动。所述锁紧结构64包括螺栓641和开设于第二连接件63端部侧壁上的螺纹孔642，所述螺栓641可穿过所述螺纹孔642并向内压紧所述第一连接件62外壁从而锁紧所述第一连接件62和第二连接件63，螺栓641和螺纹孔642相适配。
51.在具体的实施过程中，所述电极底座61采用绝缘材质，优选采用酚醛树脂，主要起到固定支撑电极7的作用。酚醛树脂具有较高的强度、良好的绝缘性，耐热、耐腐蚀性。
52.其中，所述电极底座61内嵌设有纯铜导线3，所述纯铜导线3一端与电极7连接，另一端通过金属导线2与直流电阻电桥1连接。纯铜导线3贯穿于电极底座61，主要起到连接电极7和金属导线2的作用，这样设计主要是考虑到实际检测操作的便捷性，采用两种导线(金属导线2与纯铜导线3)，这样可以先将连接好纯铜导线3的电极7固定于焊点接头，等固定好之后再使用金属导线2连接直流电阻电桥1。
53.在具体的实施过程中，所述电极7采用圆柱状的铬锆铜电极7，其夹持面镀金以增强其导电性，其高度为10-15mm。铬锆铜电极7的导电性较好、较高的硬度和强度，价格也相
对较低。
54.基于上述结构，本发明提供一种快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法，所述方法包括以下步骤：
55.s1、获取待测点焊接头4尺寸，并将其表面清理干净；
56.具体的，点焊接头表面预处理：利用工业酒精清洗点焊接头4上下表面的油污，再利用电吹风烘干表面，然后利用2000#以上的细砂纸对焊点的上下表面进行轻轻地打磨，去除点焊接头4上下表面的氧化层；焊点表面存在油污和氧化层会增加界面接触电阻，进而影响测量精度，所以测量前要去掉；
57.测量点焊接头尺寸：利用游标卡尺在水平面上沿着相互垂直的方向(指水平面上的任意两个相互垂直的方向)测量点焊接头4的尺寸，至少测量3次以上，然后再取平均值(该平均值为所有方向测试数据计算出的平均值)；
58.确定电极的尺寸：在电阻点焊工艺过程中，在电极压力的作用下会使得高温状态下的点焊表面凹陷。当圆柱电极7的直径大于点焊的尺寸时，在缺陷检测过程中，圆柱电极7端部并不能与电焊接头上下表面直接地接触，无法有效地开展检测工作；当圆柱电极7的直径过小时，会增大电极7与焊点表面之间接触电阻，影响检测结果的精度。本测试方法中，圆柱电极7的直径取为焊点测量尺寸(即上述得到平均值)的1/3～1/4。
59.s2、标定可变电阻，使得当各电阻之间满足r1/r2＝r3/rs关系时，检流计数值为零；
60.标定步骤为：将具有与待测点焊接头尺寸相同且已知没有缺陷的点焊接头置于两个电极7之间并夹紧，之后将两个电极分别接至两个连接端子与直流电阻电桥形成闭合电路，通过调节可变电阻使得检流计读数归零，标定完毕后拆除该点焊接头。
61.s3、将待测点焊接头4接入已标定直流电阻电桥1中形成闭合电路，然后记录检流计的读数；若检流计的度数为零，则可确定该区域无焊接缺陷；若检流计的读数不为零，则可确定该区域存在焊接缺陷。
62.具体的，先将待测点焊接头4通过两个电极夹紧后，再将两个电极分别与两个连接端子连接，与已标定直流电阻电桥1中形成闭合电路。
63.进一步地，在步骤s5基础上可判断点焊接头的缺陷类型，包括：
64.将电极7沿任一方向(金属板5长度方向或者宽度方向)移动，每移动一定距离(每次移动1/4电极7直径的距离)记录一次读数，若电极7移动距离不超过第一阈值(第一阈值为常规孔洞尺寸范围上限值)，检流计的读数就归零，则可以判断该缺陷类型为单独的孔洞类缺陷；若电极7移动距离超过第二阈值(第二阈值为常规裂纹尺寸范围下限值)，检流计的读数仍不为零，则可以判断该缺陷类型为裂纹类缺陷。第二阈值不小于第一阈值。为了结果判断更加准确一些，可以将电极7每次移动的距离进一步地缩小。
65.本发明的金属电阻点焊缺陷的检测方法，首先，不同于其他传统焊接缺陷地检测方法，是基于焊接缺陷对点焊接头电阻的影响开展的检测；其次，搭建了一套电阻点焊缺陷的检测设备；然后，是利用惠斯通电桥直接测量电路中的电流变化，具有较高的准确度和灵敏度。
66.以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似的方法替代，这些也应视作本发明的保护范围。
技术特征：1.一种快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法，其特征在于，检测装置包括直流电阻电桥(1)，直流电阻电桥(1)包括电源、开关和四个桥臂，第一桥臂和第二桥臂串联构成第一串联桥臂组，第三桥臂和第四桥臂串联构成第二串联桥臂组，第一串联桥臂组和第二串联桥臂组之间并联连接，第一桥臂串联组与第二桥臂串联组之间连接有检流计；第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂上依次设有第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，其中至少有一个为可变电阻；第四桥臂上有两个用于外接电阻为rs的测试件的连接端子(8)；检测方法包括：s1、获取待测点焊接头(4)尺寸，并将其表面清理干净；s2、标定可变电阻，使得当各电阻之间满足r1/r2＝r3/rs关系时，检流计数值为零；s3、将待测点焊接头(4)接入已标定的直流电阻电桥(1)中形成闭合电路，然后记录检流计的读数；若检流计的度数为零，则可确定该区域无焊接缺陷；若检流计的读数不为零，则可确定该区域存在焊接缺陷。2.根据权利要求1所述的快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法，其特征在于，步骤s1中，待测的点焊接头表面清理步骤为：首先清洗点焊接头(4)表面的油污，烘干后再去除点焊接头(4)表面的氧化层。3.根据权利要求1所述的快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法，其特征在于，步骤s1中，点焊接头尺寸获取步骤为：在点焊接头的表面上沿着相互垂直的方向测量点焊接头(4)的尺寸，至少测量3次以上，然后再取平均值。4.根据权利要求3所述的快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法，其特征在于，电极(7)的直径可确定为点焊接头(4)测量尺寸的1/3～1/4。5.根据权利要求1所述的快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法，其特征在于，步骤s2中，标定步骤为：将具有与待测点焊接头的焊接工艺相同且已知没有缺陷的点焊接头置于两个电极(7)之间并夹紧，之后将两个电极分别接至两个连接端子(8)与直流电阻电桥形成闭合电路，通过调节可变电阻使得检流计读数归零，标定完毕后拆除该点焊接头。6.根据权利要求1所述的快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法，其特征在于，步骤s3中，待测点焊接头的连接步骤为：将待测点焊接头置于两个电极(7)之间并夹紧，之后将两个电极分别接至两个连接端子(8)与直流电阻电桥形成闭合电路。7.根据权利要求1所述的快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法，其特征在于，在步骤s3基础上可进一步判断点焊接头(4)的缺陷类型，包括：将电极(7)沿任一方向移动，每移动一定距离记录一次读数，若电极(7)移动距离不超过第一阈值，检流计的读数归零，则可以判断该缺陷类型为单独的孔洞类缺陷；若电极(7)移动距离超过第二阈值，检流计的读数仍不为零，则可以判断该缺陷类型为裂纹类缺陷。8.一种快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的装置，其特征在于，装置包括：直流电阻电桥(1)，直流电阻电桥(1)包括电源、开关和四个桥臂，第一桥臂和第二桥臂串联构成第一串联桥臂组，第三桥臂和第四桥臂串联构成第二串联桥臂组，第一串联桥臂组和第二串联桥臂组之间并联连接，第一桥臂串联组的串联点与第二桥臂串联组的串联点之间连接有检流计，第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂上依次设有第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3中至少有一个为可变电阻，第四桥臂上有两个连接端子(8)；两个电极(7)，两个电极(7)分别与两个连接端子(8)连接并与直流电阻电桥(1)形成闭
合电路，且两个电极(7)之间留有用于夹持金属点焊接头(4)的夹持空间；以及夹持组件(6)，夹持组件(6)与两个电极(7)固定连接，用于调整两个电极(7)之间的夹持距离。9.根据权利要求8所述的快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的装置，其特征在于，夹持组件(6)包括：两个电极底座(61)，两个电极底座(61)分别用于固定两个电极(7)；第一连接件(62)，第一连接件(62)的一端与其中一个电极(7)固定连接；第二连接件(63)，第二连接件(63)的一端与另一个电极(7)固定连接，另一端与第一连接件(62)的另一端接触并可相对移动；以及锁紧结构，锁紧结构用于锁定第一连接件(62)和第二连接件(63)之间的相对位移距离。10.根据权利要求9所述的快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的装置，其特征在于：第一连接件(62)和第二连接件(63)均采用l形金属管，第一连接件(62)的直径小于第二连接件(63)的直径，第一连接件(62)端部可插入第二连接件(63)内并可相对滑动；锁紧结构包括螺栓(641)和开设于第二连接件(63)端部侧壁上的螺纹孔(642)，螺栓(641)可穿过螺纹孔(642)并向内压紧第一连接件(62)外壁从而锁紧第一连接件(62)和第二连接件(63)。
技术总结本发明公开一种快速检测金属点焊接头中焊接缺陷的方法及装置，检测装置包括直流电阻电桥、两个电极以及夹持组件；检测方法包括：S1、获取待测点焊接头尺寸，并将其表面清理干净；S2、标定可变电阻，使得当各电阻之间满足R1/R2＝R3/Rs关系时，检流计数值为零；S3、将待测点焊接头接入已标定直流电阻电桥中形成闭合电路，然后记录检流计的读数；若检流计的度数为零，则可确定该区域无焊接缺陷；若检流计的读数不为零，则可确定该区域存在焊接缺陷。本申请利用金属材料的导电特性，通过待测点焊接头的电阻变化来判断接头内是否出现焊接缺陷，检测方法简便易操作，检测速度快，结果判定的周期短。的周期短。的周期短。
技术研发人员：陶攀 秦兴国 李径亮 张叮 齐叶龙
受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司
技术研发日：2022.03.30
技术公布日：2022/7/5
