《電觸頭組件焊接質量超聲波檢測方法》編制說明

《電觸頭組件焊接質量超聲波檢測方法》編制說明

（征求意見稿）

一、工作簡況

1任務來源

中國機械工業(yè)聯(lián)合會2021年第五批團體標準制修訂計劃，項目名稱《焊接電觸頭組件超聲波檢

測方法》，項目編號20210504，主要起草單位為施耐德電氣（上海）有限公司，計劃完成時間2022

年10月。

2工作過程

起草階段：在接到項目任務下達通知以后，在全國電工合金標準化技術委員會秘書處的組織協(xié)

調下，于2021年9月份成立了以施耐德電氣（中國）有限公司上海分公司為牽頭單位，桂林金格電

工電子材料科技有限公司、上海和伍精密儀器股份有限公司、桂林電器科學研究院有限公司、安徽

鑫瑞新材料有限公司、中希集團有限公司、寧波電工合金有限公司、浙江冶金研究院有限公司、佛

山市諾普材料科技有限公司、福達合金材料股份有限公司、溫州宏豐電工合金股份有限公司、浙江

松發(fā)復合新材料有限公司、沈陽金昌藍宇新材料股份有限公司、浙江正泰集團股份有限公司、溫州

聚星科技股份有限公司、蘇州希爾孚新材料股份有限公司、三友聯(lián)眾集團股份有限公司和陜西斯瑞

新材料股份有限公司等單位相關專家組成標準起草工作組。標準起草工作組通過開展資料收集、調

研和技術研究，形成了《焊接電觸頭組件超聲波檢測方法》草案主題部分。

2021年12月在寧波召開第一次起草會議，討論了標準的主要范圍，梳理了檢測步驟，確定以

描述了使用發(fā)射和接收超聲波脈沖儀器，以水為耦合劑，通過液浸的方式檢測電觸頭組件焊接質量

的方法，包括檢測原理、儀器設備、樣品、檢測步驟、試驗數(shù)據(jù)處理、精密度和測量不確定度、試

驗報告等為主要內(nèi)容，討論以適用于上表面至焊接界面距離在0.5mm~4.0mm、表面為平面或弧面

曲率半徑大于等于25mm的電觸頭組件為對象。會上還建議將《焊接電觸頭組件超聲波檢測方法》

修改為《電觸頭組件焊接質量超聲波檢測方法》。

施耐德電氣（中國）有限公司上海分公司根據(jù)會上的討論結果進行修改，桂林電器科學研究院

有限公司、安徽鑫瑞新材料有限公司、中希集團有限公司、寧波電工合金有限公司、浙江冶金研究

院有限公司、佛山市諾普材料科技有限公司、福達合金材料股份有限公司、溫州宏豐電工合金股份

有限公司和浙江松發(fā)復合新材料有限公司等，分別對該檢測方法進行試驗驗證，確保方法的正確性。

征求意見階段：2022年5月對各起草單位的試驗結果進行匯總和分析，形成標準征求意見稿。

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3起草單位和起草人情況

本標準由施耐德電氣（上海）有限公司、桂林金格電工電子材料科技有限公司、上海和伍精密

儀器股份有限公司、桂林電器科學研究院有限公司、安徽鑫瑞新材料有限公司、中希集團有限公司、

寧波電工合金有限公司、浙江冶金研究院有限公司、佛山市諾普材料科技有限公司、福達合金材料

股份有限公司、溫州宏豐電工合金股份有限公司、浙江松發(fā)復合新材料有限公司、沈陽金昌藍宇新

材料股份有限公司、浙江正泰集團股份有限公司、溫州聚星科技股份有限公司、蘇州希爾孚新材料

股份有限公司、陜西斯瑞新材料股份有限公司、三友聯(lián)眾集團股份有限公司、溫州銀宇合金有限公

司、浙江至信新材料股份有限公司、無錫先驅自動化科技有限公司等單位相共同起草。

主要起草人：李本祿、崔得鋒、裘揆、趙浩融、張曉輝、馮如信等。

主要工作分工：李本祿任工作組組長，全面負責組織起草工作；崔得鋒負責協(xié)調工作，組織相

關方溝通和文本修改工作；裘揆負責技術驗證工作，提供資料、企業(yè)標準、進行試驗和驗證等；趙

浩融、張曉輝、馮如信負責標準內(nèi)容準確性審核，提出意見。

二、標準編制原則和主要內(nèi)容

1編制原則

（1）本標準按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分標準文件的結構和起草規(guī)則》

給出的要求起草；

（2）本標準以制定方式進行起草。

（3）本標準規(guī)范性引用文件的版本應為最新版本。

（4）為了利于對本標準的理解，本標準適當采用表格、圖片和文字表述，盡可能清楚、準確和

簡練，保證標準的適用性。

2標準主要內(nèi)容

本標準總結了使用發(fā)射和接收超聲波脈沖器，以水為耦合劑，通過液浸的方式檢測電觸頭組件

焊接質量的方法，對焊接電觸頭組件的超聲波檢測方法進行了規(guī)范。本標準填補了行業(yè)內(nèi)對電觸頭

組件焊接質量檢測方法標準的空白，可用于行業(yè)內(nèi)企業(yè)對電觸頭焊接組件產(chǎn)品的質量管控，也可用

于低壓電器下游行業(yè)企業(yè)對來料產(chǎn)品的交貨驗收。

本文件描述了電觸頭組件焊接質量的超聲波檢測方法,內(nèi)容包括檢測原理、儀器設備、樣品、檢

測步驟、準確度、試驗報告。

3主要技術指標

超聲波探頭產(chǎn)生超聲波脈沖（縱波），通過耦合介質（水）到達被測電觸頭組件。由于物質聲阻

的不同，在不同物質的交界處產(chǎn)生反射回波和透射波。超聲波探頭接收反射回波，并轉換成電信號。

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計算機處理電信號，顯示為波形或圖像。通過數(shù)據(jù)和圖像分析，檢測評估電觸頭組件的焊接質量。

3.1儀器設備

（1）超聲波檢測裝置的性能指標應滿足附錄A的要求并提供證明文件，性能的測試方法按

GB/T27664.1的規(guī)定。

（2）使用的超聲檢測設備應通過標準試塊中的參考缺陷進行校準，檢測結果與參考缺陷的偏差

應不大于3%。在使用期限內(nèi)，應每隔12個月對設備的性能進行檢驗和校準。

（3）設備維修或更換關鍵部件后應進行檢驗和校準。

（4）標準試塊的制作和校驗方法應符合GB/T11259的規(guī)定。

（5）超聲波檢測裝置的系統(tǒng)檢驗應符合GB/T27664.3的規(guī)定。

（6）使用超聲波檢測裝置對焊接電觸頭組件進行檢測前，宜先根據(jù)被測組件的尺寸和材質選擇

適宜的探頭類型/參數(shù)。探頭的選擇見附錄B。裝配適宜的探頭后，正式檢測前，宜使用標準試塊對

探頭進行校準，以修正檢測能力的偏移。

（7）在探頭完成對待檢測的焊接電觸頭組件對焦后，水槽中的水位宜高于探頭下表面20mm以

上。

（8）正式掃描前核查運動機構，應確保不會發(fā)生碰撞。宜在設備中增加安全防護模塊以保證設

備和操作人員的安全。

3.2未焊接電觸頭的掃描

（1）粗搜底面回波信號，核算聲速和焦距。將待測樣品浸入水中，去除表面附著的氣泡。水平

移動（X，Y方向）探頭，對準未焊接電觸頭中心區(qū)域。豎直移動（Z方向）探頭，直至出現(xiàn)上表面

和下底面兩個信號，且下底面信號強度明顯大于背景隨機信號。分別記錄上表面信號和下底面信號

的飛行時間。

（2）使用實測的材料聲速Cm，核算探頭焦距，具體參照附錄B。如果探頭焦距小于名義焦

距，則應更換焦距更長的探頭，然后重新執(zhí)行探頭校準和檢測步驟。

（3）將探頭移動至觸點正上方，調節(jié)探頭Z向高度，使觸點上表面A掃信號位于觸發(fā)門內(nèi)。

觸發(fā)門的高度應低于上表面波高度的50%，噪聲的高度低于觸發(fā)門值的50%。

（4）精對焦。調節(jié)探頭Z向高度，使焊接面A掃描信號幅值達到最高；調節(jié)增益，使信號最

高幅值達到滿屏的60%~80%；調整數(shù)據(jù)門位置及寬度，使數(shù)據(jù)門內(nèi)僅有焊接面信號，避免C掃描圖

像中出現(xiàn)干擾釬著率計算的信號顯示；調節(jié)觸發(fā)門高度，使其達到滿屏的10%~20%，以保證檢測面

內(nèi)所有數(shù)據(jù)都能有效記錄。

（5）設置量程。精對焦后，對焊點中心區(qū)域取5個位置，分別記錄底面信號幅值占滿屏的百分

比x1、x2、x3………x5，取其平均值記為為；計算3個或以上未焊觸點的底面信號幅值占滿屏的

百分比的均值,,…平均值記為??x?；根據(jù)ΔdB=20lg(滿屏量程/?)，計算結果四舍五

入取整；在現(xiàn)有增益??的基礎上提高Δ????dB，以此作為增益，此時底面回波信號強度達到滿屏，為未焊??

接電觸頭材料的超聲波檢測量程。當使用的設備具備自動計算所選區(qū)域平均信號能量功能時，可直

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接使用多個未焊接電觸頭的中心區(qū)域平均能量作為量程。

（6）設置掃描分辨率。C掃描時記錄的每個信號數(shù)據(jù)對應的尺寸決定了掃描圖像的分辨率。分

辨率越高，記錄的信號點越多，步進距離越小，圖像清晰度越高，但對設備要求也越高，掃描速率

可能會減慢。

（7）以當前對焦高度對工件進行全面積掃描得到C掃描圖像。

三、主要試驗（或驗證）情況

1標準主要技術內(nèi)容確定的依據(jù)和過程情況

焊接電觸頭組件廣泛應用于低壓電器設備中。電觸頭組件的焊接質量是影響低壓電器設備可靠性的關鍵要

素。當焊接釬著率（焊合面積與總焊接面積的比例）或焊接面積低于一定值時，開關設備在工作時電觸頭焊接

位置容易發(fā)生過熱等問題，嚴重時會觸點脫落，造成設備失效，甚至引起火災等事故。目前關于電觸頭組件焊

接質量的檢測規(guī)范及標準，主要有金相方法或推拉力方法，但這些方法效率低或具破壞性，只能進行少量抽檢。

并且只是間接測量焊接面積或焊接面積比例，測試結果和實際比往往相差較大。

超聲檢測方法是一種無損檢測方法，可以無需破壞電觸頭焊接組件，就能通過掃描成像的方式準確檢測出

焊接釬著率或焊接面積數(shù)值，具備大量檢測的潛力。超聲顯微鏡（或超聲檢測系統(tǒng)）是實現(xiàn)超聲檢測的實用設

備。作為電接觸質量檢查的關鍵技術,超聲波C掃檢查方法已在電器產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)電觸頭焊接質量檢驗過程中

得到了廣泛應用。但是目前沒有相關統(tǒng)一的檢測方法標準來明確超聲檢測的具體操作過程。一般超聲檢測過程

分為3個步驟：檢測未焊接銀點；檢測參考工件；檢測待測工件。在電接觸材料行業(yè)有的企業(yè)采用全部步驟，

而有的采用部分步驟進行檢測，企業(yè)間的檢測方法存在差異。由于各個企業(yè)對于探頭配置、增益參數(shù)選擇、能

量參數(shù)設置、阻尼參數(shù)選擇、儀器校準等都不一樣，容易出現(xiàn)同樣性能的電觸頭焊接質量檢測結果不一致的問

題。

本標準參照GB/T11259和GB/T27664等現(xiàn)有標準，對涉及的超聲波檢測設備性能和檢定進行了限制。結合

施耐德電氣等廠家的使用經(jīng)驗，以及不同設備、不同廠家和不同操作人員對相同樣品的交叉測試結果，規(guī)范了

的超聲波檢測焊接電觸頭的參數(shù)設置方法和檢測步驟，用以得到穩(wěn)定可靠，具有泛用性的檢測結果。

施耐德電氣有10年以上的超聲波檢測焊接電觸頭的應用經(jīng)驗，作為重要的焊接質量控制手段。2018年至

2021年，施耐德電氣和桂林金格，上海和伍一起，對不同生產(chǎn)工藝的AgSnO2、AgC和AgNi的電觸頭焊接組件，

進行了反復交叉測試，并通過與金相法或腐蝕法得到的缺陷結果對比，得到了準確性高，一致性好的檢測方法。

為了盡可能降低檢測設備和操作人員帶來的影響，其后又在宏豐，福達，諾普等多家觸頭材料生產(chǎn)廠家的不同

設備上，多次驗證了檢測方法的適用性。

2標準起草后使用（或試用）的驗證情況

自本標準起草后，施耐德電氣的研發(fā)和工廠已廣泛采用此方法，用于新項目和現(xiàn)有產(chǎn)品的質量管控，反響

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良好，對焊接釬著率的檢測結果更加準確。金格等多家廠家的質量人員經(jīng)簡單培訓后即可正常操作。對于本標

準適用范圍內(nèi)的焊接電觸頭組件，不同廠家使用不同設備，按本檢測方法可以得到一致性良好的超聲波檢測結

果，波動≤3%。截止目前，已有多家企業(yè)采用本標準推薦的方法作為電觸頭組件焊接質量的常規(guī)檢測手段，反

響良好。

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四、標準中涉及專利的情況

本標準不涉及專利和知識產(chǎn)權問題。

五、預期達到的社會效益和對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用

本標準的制定規(guī)范了電觸頭組件焊接質量的超聲波檢測方法,規(guī)范和統(tǒng)一了基于超聲的焊接電觸頭組件

質量的檢測方法，實現(xiàn)了焊接釬著率和焊接面積的檢測結果一致性，對提高電觸頭焊接組件產(chǎn)品質量具有重要

意義。

本標準的制定可直接用于行業(yè)內(nèi)企業(yè)對電觸頭焊接組件產(chǎn)品的質量管控，同時也將推進行業(yè)市場規(guī)范化，

另外也可直接用于低壓電器下游行業(yè)企業(yè)對來料產(chǎn)品的交貨驗收環(huán)節(jié)。不僅能促進電接觸材料行業(yè)的質量提升

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和行業(yè)發(fā)展，也能帶動下游低壓電器行業(yè)的有序和穩(wěn)健發(fā)展。

六、與國際或國外對比情況

檢索到國際的電接觸焊接質量測量方法標準，主要有ASTMB773-96（R2008重新審批）《用超聲

波C掃描進行硬釬焊或熔化焊焊接的電觸頭組件的和程度評價操作指南StandardGuidefor

UltrasonicC-ScanBondEvaluationofBrazedorWeldedElectricalContactAssemblies》。

該標準列出了在進行超聲C掃檢查標準方法制定過程中所應注意到的指導性原則。該操作指南中通

過實驗數(shù)據(jù)證明不同實驗室的結果之間，存在很好的相關性。但是，由于檢查結果受到所用儀器的

不同和操作者水平不同的影響。因此，該超聲檢查方法并不能保證不同檢測者的檢測結果的一致性。

國內(nèi)相關的標準主要有GBT23912-2009《無損檢測液浸式超聲縱波脈沖反射檢測方法》（參考ASTM

E214—96《液浸式縱波脈沖反射法實施方法》而制定），該標準規(guī)定了以液浸及其它液體耦合方式對

被檢物進行超聲縱波直射探傷時應遵守的一般規(guī)則。該規(guī)范并沒有針對低壓電器電觸頭焊接的特殊

性做出明確規(guī)定，因此，GB/T23912-2009《無損檢測液浸式超聲縱波脈沖反射檢測方法》與本項

目是不重復的，而是互補的。

本標準的方法首先進行設備的校準，然后分別對與被測樣品同型號的未焊接銀觸點和參照樣品

進行檢測，固化檢測參數(shù)，再對被測樣品進行檢測掃描圖像，并由計算機自動計算焊接釬著率或焊

接面積。目前電觸頭缺陷的超聲顯微鏡檢測方法還沒有統(tǒng)一的國家和行業(yè)標準。

與國外Insight等企業(yè)自行定義的檢測方法相比，本標準定義了對待測工件的要求，及如何選

取和測量最大缺陷信號，更明確了缺陷閾值的選擇方法為半波法，避免了設備影響和人為誤差。計

算所得的釬著率結果和實際結果更為接近。

七、在標準體