要点速览

• 熔核直径通行要求 d ≥ 3.5√t ~ 5√t（t 取最薄板厚，mm）；公开国标层面没有统一的点焊超声验收等级，实际门限在 OEM 企业规范里。
• 探头频率必须让 -6 dB 束径小于熔核直径：5 MHz 时束径约 5.0 mm（糊），15 MHz 时约 1.7 mm（够用）。这是点焊要用 10–20 MHz 的真正原因。
• A 扫五类判据：好焊点、未焊合、小焊核、虚焊、气孔，回波特征各不相同，可对照金相结论建立图谱。
• 超声测到的是熔合区直径 D（含热影响区），真正承载的焊核 d 更小——线性超声分不开这两者，这是点焊定量的能力边界。
• 在线原位监测（超声探头内嵌电极臂）能把检测从"焊后抽检"提前到"焊中实时判定"。

一、为什么点焊必须靠超声

电阻点焊是白车身最主要的连接工艺，平均一台白车身上约有 5000 个焊点 [1]。这些焊点是在约 2 s 的工艺窗口内形成的，受电流、电压、电极压力、板材状态等多因素耦合影响，缺陷不可避免 [1]。

质量控制手段分两类：

•破坏性检测（撕破试验、凿检、切片金相）：简便直观，是熔核直径的标定基准，但焊点被破坏、只能抽检，无法覆盖全量。

•无损检测：超声因成本低、操作方便、对人体无害、便于现场使用，成为应用最广的点焊质量无损评价方式 [1]。

超声还能做一件事是破坏试验做不到的：在线监测。把超声探头集成进焊钳电极动臂的水冷腔，焊接过程中实时采集熔核熔化与凝固的声学信号，焊完即出结论，不必等冷却后再补一道工序 [2][3]。

二、接头解剖与缺陷谱

点焊接头自上而下是：上板 → 板间界面（熔核所在）→ 下板。缺陷谱与超声表现如下：

三、合格判据从哪来

行业内以熔核直径作为点焊质量的主要评定指标——焊点的拉伸剪切载荷与熔核直径有良好的对应关系 [1]。通行取值是d ≥ 3.5√t ~ 5√t（t 为最薄板厚，mm），具体取值由 OEM 企业规范规定：

自洽校验：有研究对 1.6 mm + 1.4 mm 不锈钢搭接接头做在线监测，取汽车领域标准要求的合格熔核直径不低于 4 mm [2]。按最薄板 t = 1.4 mm 代入 3.5√t：

3.5 × √1.4 = 3.5 × 1.18322 = 4.141 mm  ≈ 4 mm（文献取整值）

两者吻合，说明"最薄板厚"这个口径选对了——如果按总厚 3.0 mm 代入会得到 6.06 mm，与文献值差 50 % 以上。这类口径错误在现场很常见，写工艺卡时务必注明 t 取最薄单板厚度。

需要说清楚的是：公开国标层面目前没有统一的点焊超声验收等级。超声判据的建立路径是——用破坏试验测金相熔核直径，建立超声特征量与熔核直径的相关曲线，再用这条曲线判合格与否 [2][3]。

这一点和焊缝检测形成鲜明对照，也是很多人一开始会找错标准的地方：

所以点焊的超声工艺卡里，"判据"这一栏不是抄标准，而是自己建曲线：用同一批板材、同一套焊接参数做出包含合格/不合格的样本，逐个做超声和金相，拟合出特征量—熔核直径关系，再用 3.5√t 类的门限切一刀。检测术语（如 A 扫、C 扫、闸门、盲区的定义）可沿用 GB/T 12604.1 的超声检测术语体系 [8]。

这个空白本身就是风险：不同 OEM、不同产线的判据互不相通，换车型就要重建曲线。小狮子的看法是，与其等标准落地，不如把"特征量—金相熔核直径"的相关曲线和它的建立日期、样本量一起纳入工艺文件管理——标准是别人的，曲线是自己做的，后者才是能追责的东西。

四、探头怎么选：束径必须小于熔核

这是点焊选型里唯一一条硬约束，也是为什么点焊不沿用焊缝检测常用的 2–5 MHz。

聚焦探头的 -6 dB 束径近似为：

d₋₆dB ≈ 1.02 · λ · F / D          λ = c / f

来源：圆活塞换能器聚焦声场的一阶衍射结果（焦点处 -6 dB 束宽）。符号：λ 为工件中波长（mm），F 为焦距（mm），D 为晶片有效直径（mm），f 为频率，c 为材料中声速（钢纵波取 5900 m/s）。适用边界：几何聚焦、无像差、忽略材料衰减；焦距越短或晶片越大，束径越小。工程用法：束径必须小于待测熔核直径，否则边界糊掉、定量失效。

取 F = 25 mm、D = 6 mm 实算：

四类探头形态：

•单晶聚焦直探头（10–20 MHz）：手动或机器人携带，配延迟块或水膜耦合，焦距对准板间界面。现场主力。

•二维相控阵面阵：已有研究用 52 个晶元、晶元间距 1.25 mm、频率 20 MHz 的二维相控阵探头对点焊成像，每个晶元独立发射接收，等效于用电子扫描替代 C 扫的机械移动，效率高、定位准 [4]。

•在线原位监测：10 MHz 探头内嵌电极动臂水冷腔，脉冲重复频率 1 kHz，循环冷却水既保护传感器又提供耦合 [2][3]。

•声学显微镜（数十至上百 MHz）：用于发现微裂纹、微孔洞等微小缺陷 [5]。只适合实验室或抽检，上不了产线。

五、判据图谱：A 扫与 C 扫各五类

这是点焊检测最实用的一张表——把回波特征与金相结论直接对应起来 [1]：

A 扫（看回波序列与衰减）

C 扫（看成像颜色与形状）

虚焊和未焊合是最容易混淆的一对：两者都判废，但成因和处置完全不同——未焊合是热输入不够（调电流/时间），虚焊往往是界面状态问题（表面处理、电极压力、板材镀层），靠加大电流不一定能解决。A 扫上区分的关键是衰减：未焊合衰减很低（声波根本没进第二层），虚焊衰减偏低但仍有多层回波。

六、三个案例

案例一：在线原位监测，用 TOF 直接判熔核（文献实数据）

工况：SUS304 不锈钢搭接，板厚 1.6 mm + 1.4 mm；超声探头集成在焊钳电极动臂水冷腔内，中心频率 10 MHz，脉冲重复频率 1 kHz，焊接电流停止后继续采集 500 次以保证凝固过程信号完整 [2]。

过程特征：通电前 A 扫上是铜-钢、钢-钢（一次、二次）三组界面回波；通电后熔核长大，出现熔化焊核上下界面的回波；断电冷却，温度梯度使固液界面向焊核中心推进，若熔核质量良好，两层板搭接面回波消失 [2][3]。

判据：熔核厚度对应的超声飞行时间（TOF）与熔核直径呈良好线性关系；3 mm 搭接接头合格熔核直径 4 mm 对应 TOF 特征值0.38 μs，TOF 小于该值即无法获得有效熔核直径 [3]。

电流门槛：压力 3.4 kN、通电 250 ms 条件下，电流 6.0 / 6.5 / 7.0 kA 时不出现形核特征（判未熔合），7.5 / 8.0 / 8.5 kA 才出现明显的形核长大与凝固特征 [2][3]。

价值：这套方法把"焊后抽检、看运气"变成"每个焊点焊完即出结论"，而且能反映焊点实际接受的热输入——设备监测到的电极电流和通电时间，会因为分流等因素而偏离焊点真实获得的能量，声学信号反而更接近真实 [2]。

案例二：小焊核的定量，别只看"有没有中间波"

工况：1.0 mm + 1.0 mm 冷轧板，门限按 3.5√t 取 3.50 mm（实际以 OEM 规范为准）。

判读流程：① 先确认聚焦在板间界面（焦距不对，中间波幅度就没意义）；② 看有无中间波——有中间波说明声束落在熔核外，进入定量环节；③ C 扫成像测等效直径；④ 与金相熔核直径比对，建立该板组的相关曲线。

关键点：中间波的幅度与焊核大小、声束直径两者都有关 [1]。这就是为什么前面强调束径要小于熔核——束径接近熔核直径时，中间波始终存在，无法区分"熔核略小"和"探头没对准"。

案例三：三层板与铝合金，为什么必须上相控阵

工况：三层及以上叠焊、铝合金点焊。

难点：① 多个板间界面导致闸门设置复杂，A 扫上回波序列难以一一对应；② 铝合金声速与衰减差异大，且焊核边界不如钢清晰；③ 熔核内部微小气孔在常规频率下易被噪声淹没。

方案：二维相控阵面阵成像，用电子扫描替代机械 C 扫，一次覆盖整个焊点区域，定位与定量同时完成 [4]；铝合金点焊已有成熟的超声 C 扫研究，成像结果与撕破试验的焊点尺寸对应良好 [6]。

微缺陷：常规频率分辨不出微裂纹、微孔洞时，可引入声学显微镜 [5] 或非线性超声成像——后者利用界面"呼吸效应"产生的接触非线性识别未完全结合界面，与线性 C 扫能发现不同尺度的缺陷 [7]。

七、产线落地要点

•节拍：在线方案要求单点判读在亚秒级完成，靠的是自动化扫查与预设判据，不是人工读波形。

•耦合一致性：延迟块压力、水膜厚度、探头磨损都会改变回波幅度。幅度类判据必须定期用标准件校准。

•人为因素：A 扫判读高度依赖操作者的理论与经验 [1]。要降低误判，就上 C 扫/相控阵成像 + 自动判读，把波形判读变成图像判读。

•周期性金相校准：超声特征量与熔核直径的相关曲线会随电极磨损、板材批次漂移，必须周期性用破坏试验复核。

•数据追溯：每个焊点保存 A 扫/C 扫记录，与焊机参数（电流、时间、压力）关联，出现批量异常时才能回溯根因。

把前面这些落到质量体系语言里：一个焊点失检，背后是车身一处强度缺口，碰撞工况下就是安全裕度的真实损失；白车身约 5000 个焊点，抽检覆盖不到的那部分，靠的就是这套全检与数据追溯构成的完整链路。对质量总监而言，超声全检记录是应对召回追责的关键凭证——能证明"每个焊点都检过、判定有据"，和"抽几个看看"是两种法律风险。成本上，超声全检比破坏抽检贵在设备投入，但省在不用切废整车身、不用为不可追溯的结论背锅。

八、避坑清单

九、一句判断收束

点焊超声的核心不是"找缺陷波"，而是看回波序列按什么间距排列、衰减有多快——序列按单片板厚排就是没焊上，按整叠排但衰减异常就是虚焊或气孔。

开工前必做两件事：① 确认 -6 dB 束径小于该板组的合格熔核直径（按 3.5√t 算）；② 用破坏试验把超声特征量与金相熔核直径的相关曲线建起来，别直接套别人的门限。

你手上的点焊检测是离线 A 扫、C 扫还是在线监测？板厚组合是多少？留言报一下，小狮子把对应的频率与判据清单发你。

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参考文献

[1] 王佳. 超声波无损检测在汽车电阻点焊检查中的应用[J]. 机电技术, 2022(1): 86-89.

[2] 赵新玉, 等. 电阻点焊超声在线监测[J]. 电焊机, 2023(8). DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.08.18.

[3] 赵新玉, 陈一淳, 张佳莹. 电阻点焊熔核质量的超声原位监测[J]. 无损检测, 2024(12).

[4] DENISOV A A, SHAKARJI C M, LAWFORD B B, et al. Spot weld analysis with 2D ultrasonic arrays[J]. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 2004, 109(2): 233-244.

[5] CHEITOV A M, MAEV R G, SEVERIN F M. Acoustic microscopy of internal structure of resistance spot welds[J]. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 2007, 54(8): 1521-1529.

[6] THORNTON M, HAN L, SHERGOLD M. Progress in NDT of resistance spot welding of aluminium using ultrasonic C-scan[J]. NDT & E International, 2012, 48: 30-38.

[7] KAWASHIMA K, MURASE M, YAMADA R, et al. Nonlinear ultrasonic imaging of imperfectly bonded interfaces[J]. Ultrasonics, 2007, 44(Suppl): e1329-e1333.

[8] GB/T 12604.1-2005, 无损检测 术语 超声检测[S].