[发明专利]用于测试点焊的相控阵列探头和方法

说明书

一种用于测试结构600上的点焊601的相控阵列探头系统10和方法。所述相控阵列探头包括多个换能器1000并可以包括柔性延迟线1001。将所述相控阵列探头10相对于所述点焊601定位在所述结构600上的第一位置。使用所述相控阵列探头10的至少一个第一换能器701向所述点焊生成并从所述点焊接收第一超声信号1030。处理所述第一接收到的超声信号1030以相对于所述点焊601确定所述结构600上的第二优化位置。使用所述相控阵列探头的第二换能器702在所述第二优化位置处向所述点焊601生成并从所述点焊接收第二超声信号1030。处理所述第二接收到的超声信号1030以确定所述点焊601的特征尺寸(d)。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月13日提交的标题为“METHOD AND APPARATUS FOR NON-DESTRUCTIVE TESTING OF SPOT-WELDS”的美国临时专利申请序列号62/470,598和2018年3月9日提交的标题为“PHASED ARRAY PROBE AND METHOD FOR TESTING A SPOT-WELD”的美国专利申请序列号15/916,510的优先权，前述申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本文公开的主题涉及非破坏性测试领域，并且更具体地，涉及用于对点焊的非破坏性测试的超声系统。

背景技术

金属薄板连结工艺广泛地用于许多工业，包括汽车工业。在这些工艺中，电阻点焊是用于连结金属薄板的非常常见的程序，并且激光点焊或缝焊也已经获得了认可。这种连结工艺的质量控制已经被认为是制造业的关键问题。目前，通过常规单元件探头或矩阵相控阵列系统来检查点焊。这些超声检查系统试图检测点焊缺陷，如虚焊、过烧点焊、熔入不足焊接和脱焊点焊，以及试图直接地或间接地估计点焊熔核直径具有最小所需直径。例如，在点焊中，通过施加激光或电流来焊接重叠的金属片导致熔融金属快速地冷却并凝固成被称为熔核的接合处。

一种类型的超声换能器，即，相控阵列换能器，包括结合了压电陶瓷的多个电气地和声学上独立的换能器元件。在操作期间，将电波形脉冲施加到探头的相控阵列换能器元件的电极，以导致压电陶瓷的状况的机械变化并产生超声信号(例如，超声束)，该超声信号可以传输通过探头联接到的材料。通过改变施加到相控阵列换能器元件的电波形脉冲的定时，相控阵列换能器可以以不同的角度产生超声束，以允许相控阵列换能器使超声束以不同的角度转向通过测试对象来试图检测异常。当从被检查的材料反射的超声束与相控阵列换能器元件的压电陶瓷的表面接触时，在电极的两端产生电压差，该电压差被信号处理电子器件检测为接收信号。当超声束穿过对象时，随着超声束与测试对象内的内部结构(例如，异常)相互作用，发生被称为回波的各种脉冲反射。通过跟踪电脉冲的传输与电信号的接收之间的时间差并测量接收到的超声信号的幅度，可以确定材料的各种特性。这些回波允许确定给定的测试对象内的异常的深度和大小。

尽管常规单元件探头可以可靠地检测缺陷，如虚焊、过烧点焊、熔入不足焊接和脱焊点焊，但是常规单元件探头无法实现对最小熔核直径的直接测量。目前可用的常规矩阵相控阵列系统采用具有64个或121个元件和一条硬rexolite延迟线的相控阵列探头。硬rexolite延迟线限制了与感兴趣区域的联接，因为这些区域可能因焊接过程而具有凹口和非平坦的联接表面。尽管此类系统可以对点焊直径进行成像，但是有限的可再现联接导致不可再现的检查结果。此外，这些系统如何能够可靠地识别虚焊是成问题的，虚焊通常由板的剩余壁厚度决定。这是因为如果探头不能直接地且垂直地联接到点焊，那么可能会有损于此类测量，对于硬延迟线也可能是这种情况。目前可用的系统可以采用对点焊的幅度C-扫描和插值算法来确定最小有效熔核直径。这些插值算法缺乏所需的重建分辨率(典型地为0.2mm)来可靠地确定最小点焊直径或二维熔合区域。一种可用的系统采用合成孔聚焦技术(SAFT)算法来确定熔核直径。对于激光点焊或缝焊，以高分辨率重建二维熔合区域是至关重要的，因为这些接合处原则上可以采取任意形状。

发明内容