汽車后橋環焊縫自動超聲波探傷系統
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1.1探傷原理
汽車后橋由沖壓成形的半橋殼、后蓋、法蘭盤、半軸套管等幾部分焊接而成。先由兩個半橋殼對接形成后橋殼，然后再由后橋殼與半軸套管用環焊縫焊接成橋殼體，環焊縫與對接縱縫成丁字交叉。
后橋材料為20號鋼，所有焊縫均采用CO2自動焊接，環焊縫為搭接形式（見圖 1），可能出現的缺陷大多為根部未焊透和保護不當引起的氣孔，其中根部未焊透對疲勞壽命影響最大。由于環焊縫與對接縱縫形成丁字形接頭，按照常規探傷方法，由于縱縫的阻礙引起幾何形狀突變，不利于探頭與工件表面的貼合，在焊縫表面實施自動探傷比較困難。若采用水浸法，則不利于在線連續生產。由圖1可知，在后橋軸頭套管內有一環形平面，環的寬度為9 mm，將探頭貼在此環上，從后橋內壁向上發射超聲波來探測焊縫，若發射的超聲波包住整個焊接接頭斷面，旋轉后橋且探頭不動，則可實現自動超聲波探傷，其原理如圖 1 所示，圖中a,b 和 c點為假設缺陷處，數字為超聲波聲軸線投影法確定的缺陷深度(單位為 mm)。
圖 1探傷原理及缺陷回波定位法示意圖
1.2.1K值
由于后橋環縫位置的幾何形狀和尺寸的限制，滿足自動探傷要求的位置狹小，為了保證探傷的可靠性，采用多探頭多方位掃查方式。探頭設計成組合探頭形式，后橋頭每邊采用4只探頭，兩邊共8只探頭同時檢測，每個組合探頭中的探頭以圓心為對稱點，相隔90°均布。探頭掃查方向如圖 2 所示，1號探頭向斜下方掃查焊縫，另外3只探頭從斜上方掃查環焊縫。兩端的組合探頭呈對稱布置。斜探頭入射角β由后橋環縫位置的幾何尺寸確定，其原則是超聲波束要包絡整個焊縫斷面，如圖1所示。計算可得［1］K1,3=1。28，K2,4=2。03。
圖 2探頭布置及掃查方向示意圖
根據超聲波檢測理論，要減小超聲波通過介質時的衰減和避免林狀回波干擾，應采用波長較長的波型和較低頻率的超聲波為宜，要檢測出尺寸很小的缺陷，則希望超聲波波長要短，綜合考慮各方面的因素并經實驗確定f=5 MHz的晶片，以保證較高的探傷靈敏度。
1.3探傷介質確定
由于后橋材料為碳鋼，且經探傷后要進行機械加工，因此選用20號機油作為探傷耦合介質，自動探傷時，由油泵均勻連續地供給機油介質，在組合探頭上設有出油孔，靠近各個分探頭，保證在探頭和被測表面之間形成均勻油膜。
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