[发明专利]一种超声波焊点检测有限元仿真分析方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种焊点质量检测方法，尤其涉及一种超声波焊点质量检测有限元仿真分析方法。 

背景技术

点焊是连接金属薄板的一种常用方法，这种焊接方法简便易行、经济有效，而且适用于高速自动化生产，因此被广泛应用于现代制造业及其它一些高科技产业与领域，如航空航天、汽车制造、能源、电子及轻工等领域，每年约占世界总焊接量的三分之一。焊接过程中的点焊参数波动将导致焊核直径不足、虚焊，焊核中存在飞溅、气孔、缩松、裂纹等问题，点焊的质量直接影响着焊点的强度，特别是一些关键焊点，焊点质量问题会影响整个结构的性能，因此焊点质量检测显得非常重要。 

焊点质量检测主要有破坏性检测和无损检测两大类，破坏性检测具有成本较高，效率低，破坏性强等缺陷，使得无损检测得到了极大的发展，从20世纪60年代起，国内外学者开始对无损检测做了大量的研究，形成了一系列的无损检测方法，包括电导性检测、热导性检测、红外线检测、X射线检测和涡流检测等方法，在这些方法中，超声波检测具有成本低、使用方便快捷、对人体无伤害、便于现场使用等特点，不仅能有效地检测虚焊接头的质量，而且能进行各类焊点缺陷的识别，同时大大降低了质量控制的成本，因此超声波检测在无损检测中应用最为广泛。 

超声波在无限大介质中传播时，将一直向前传播，并不改变方向。但遇到异质界面（即声阻抗差异较大的异质界面）时，会产生反射和透射现象。即有一部分超声波在界面上被反射回第一介质，另一部分透过介质交界面进入第二介质。当声波垂直入射界面时，反射波声压p_r与入射波声压p₀之比，称为声压反射率，透射波声压p_t与入射波声压p₀之比称为声压透射率，其表达式为： 

r=prp0=z2-z1z2+z1---(1)]]>t=ptp0=2z2z2+z1---(2)]]>

式中r为声压反射率，t为声压透射率，z₁为第一介质声阻抗，z₂为第二介质声阻抗。 

由于钢的声阻抗远远大于空气的声阻抗，所以超声波从钢中射入空气时几乎没有透射而只有反射。在超声波焊点检测过程中由于焊核直径过小或者焊核中有气孔等都 会出现非底面回波，而焊核与母材的声阻抗相差不到千分之一，所以在母材与焊核中间不会有反射波。 

超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，其能量逐渐减弱的现象，叫衰减。衰减的原因主要是超声波传播过程中被散射和吸收。超声波焊点检测过程中由于中间焊核的晶粒粗大，会引起严重衰减，焊核过大过小引起的衰减程度不一。