СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРКИ МЕЖЭЛЕМЕНТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01N27/90 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве химических источников тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ контроля качества сварных соединений, основанный на облучении исследуемого сварного соединения электромагнитным переменным полем, вследствие чего в этом соединении наводятся токи Фуко. Поле этих наведенных токов измеряют и на основе величины этого поля в сварных соединениях делают вывод о качестве сварных соединений [1]
Величина напряженности электромагнитного поля при распространении в проводящей среде зависит от магнитной проницаемости среды, ее проводимости и толщины, причем величина напряженности поля убывает по экспоненциальному закону по мере проникновения его вглубь среды.

В зависимости от качества сварки, образующееся сварное соединение имеет разные проводимость γ и магнитную проницаемость m так как в некачественных сварных соединениях образуются трещины, раковины, происходят структурные изменения, приводящие к изменениям этих параметров, по отношению к качественно сваренным соединениям.

Улавливая величину напряженности магнитного поля, прошедшую через исследуемое соединение, можно судить таким образом о качестве сварного соединения.

Недостатком известного способа является невысокая чувствительность при контроле качества сварных соединений из материалов с невысокой проводимостью, сравнительно большой толщины и малой магнитной проницаемостью.

Примерами таких сварных соединений являются, например сварные соединения из свинца, которые имеют невысокую проводимость, малую магнитную проницаемость при большой толщине свариваемых материалов. Причиной большой толщины сварных соединений из свинца низкая механическая прочность свинца.

Задача изобретения повышение достоверности разбраковки сварных соединений из толстостенных проводящих материалов с невысокими проводимостью и магнитной проницаемостью.

Поставленная задача достигается тем, что исследуемое сварное соединение локально намагничивают в области сварного соединения с помощью электромагнитного поля скачкообразно измеряющегося тока, измеряют напряженность поля, прошедшего через это соединение, по величине которой определяют качество контролируемого сварного соединения.

Устройство, реализующее данный способ, снабжено предварительно заряжаемым конденсатором и ключом, причем возбуждающая обмотка одним из выводов через ключ подключена к положительному выводу конденсатора, вторым выводом к другому выводу конденсатора, а измерительная обмотка подключена к блоку измерения.

Как известно (Касплянский А.Е. Теоретические основы электротехники, М, Высшая школа, 1972, с. 418), при скачкообразно изменяющемся токе электромагнитное поле, вызванное этим током, и распространяющееся в проводящей среде скачком измениться не может, так как при изменении магнитного потока в подводящей среде возникают вихревые токи, которые создают магнитный поток, препятствующий изменению внешнего потока, поэтому в магнитном потоке при скачкообразно изменяющемся токе возникает переходной процесс, описывающийся следующим дифференциальным уравнением.

Процессы распространения электромагнитных полей при облучении проводящих сред синусоидально изменяющимися или скачкообразно изменяющимися электромагнитными полями, коэффициенты затухания распространяющихся полей, характеризующиеся степенью натурального числа l, различны.

При облучении электромагнитным полем скачкообразно изменяющегося тока проводящих сред, изменения магнитной проницаемости m и проводимости g оказывают более сильное воздействие на проходящее через проводящую среду поле, чем при воздействии на эту же среду синусоидального поля. Кроме того, чем больше неоднородностей будет иметь облучаемая проводящая среда, тем сильнее будет происходить изменение электромагнитного поля, так как изменение будет происходить на всякой границе неоднородностей проводящей среды.

Другим важным достоинством предлагаемого способа контроля является сравнительная простота получения мощных электромагнитных полей для облучения исследуемых сред, так как необходимо просто создать перепад тока без поддержания его стабильности, что позволяет использовать в качестве источника тока конденсатор, при разряде которого могут быть получены большие величины токов в начальный момент разряда конденсатора, при этом ток разряда определяется активным и волновым сопротивлениями и разрядкой цепи, которые имеют сравнительно малые значения и составляют сотые доли ома.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего заявляемый способ контроля качества межэлементных сварных соединений аккумуляторных батарей.

Блок-схема включает ключ 1, конденсатор 2, возбуждающую обмотку 3, исследуемое сварное соединение 4, измерительную обмотку 5, и блок 6 измерения.

В исходном состоянии конденсатор 2 предварительно заряжают до значения напряжения на нем, необходимого для создания достаточного тока, протекающего при его разряде через возбуждающую обмотку 3, а ключ 1 разомкнут. Возбуждающая обмотка 3 и измерительная обмотка 5 расположены напротив друг друга, причем так, что исследуемое изделие со сварным соединением 4 находится между ними, а исследуемое сварное соединение локально намагничивают с помощью электромагнитного поля, изучаемого возбуждающей обмоткой 3.

Устройство электромагнитного контроля качества сварки межэлементных сварных соединений аккумуляторных батарей работает следующим образом.

При замыкании ключа 1 предварительно заряженный конденсатор 2 разряжается через излучатель, в качестве которого используется возбуждающая обмотка 3.

Возникающее электромагнитное поле вокруг излучателя 3 намагничивает исследуемое изделие в области сварного соединения 4. Напряженность поля, прошедшее через это соединение, улавливается измерительной обмоткой 5. Электрический сигнал, индуцированный в измерительной обмотке 5, поступает на блок 6 измерения, где осуществляется измерение амплитуды напряжения сигнала, поступившего на блок 6. На основе измерения амплитуды напряжения определяют качество контролируемого сварного соединения 4.

При замыкании ключа 1 напряжение, до которого заряжен конденсатор 2, прикладывается к возбуждающей обмотке 3, вследствие чего конденсатор 2 разряжается, причем ток разряда его носит скачкообразный характер. Электромагнитное поле, вызванное этим током, при облучении исследуемого изделия в области сварного соединения 4 испытывает влияние со стороны этого соединения в виде возникновения в электромагнитном поле переходного процесса. Чем более неординарна структура сварного соединения, тем больше влияние этого сварного соединения на изменения электромагнитного поля, так как при движении поля внутри исследуемого соединения при появлении всяких неоднородностей, раковин, трещин, изменения структуры соединения оно всякий раз испытывает переходной процесс, изменяющий первоначальную картину поля, неся тем самым информацию о состоянии испытываемого сварного соединения исследуемого изделия 4. Видоизмененное поле, прошедшее через сварное соединение, улавливается измерительной обмоткой 5, на которой в зависимости от величины напряженности поля, определяемого качество сварного соединения, индуцируется сигнал, поступающий на блок 6 измерения, где идентифицируется.

Предлагаемым способом было проверено более 115 сварных соединений аккумуляторных батарей 6 СТ 55А. Проверяемые сварные соединения находились между излучателем электромагнитного поля и приемником, электрический сигнал с которого поступал на аналого-цифровой блок измерения. С целью получения большей достоверности сигнал с приемника дополнительно фиксировался осциллографом.

Были испытаны сварные соединения, не имеющие сварки и не имеющие видимых дефектов.

После проверки предлагаемым способом проконтролированные соединения были сломаны и сломы их визуально изучены с целью определения в процентном отношении площади сваренной поверхности места сварки и наличия видимых дефектов.

Результаты десяти сломанных сварных соединений сведены в таблицу.

Анализ полученных данных визуального контроля и предлагаемым способом позволяет сделать вывод, что показания блока измерения устройства, осуществляющего предлагаемый способ, однозначно определяют данные визуального контроля.

Предлагаемый способ контроля качества сварки межэлементных соединений аккумуляторных батарей реализован в установке для контроля качества сварки межэлементных соединений неразрушающим способом аккумуляторных батарей 6 СТ 44А.

Установка позволяет контролировать поочередно пять сварных соединений аккумуляторной батареи. Измерение сигнала с измерительной обмотки, предварительно усиленного усилителем, осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразования Ф707М, сигнал с которого поступает в микроконтроллер, обрабатывающий этот сигнал с целью получения визуальной информации.

Получение мощного, облучающего исследуемое сварное соединение электромагнитного поля производится с помощью дозированного разряда конденсатора типа K 50 37 емкостью 15000 МКФ на возбуждающую обмотку с помощью электронного ключа на оптотиристоре ТО 125 12,5, управляемого микроконтроллером установки.

Амплитуда импульса тока разряда ≈ 300 700 А.

Использование: изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для определения качества сварного соединения. Сущность: способ отличается тем, что намагничивание проводят электромагнитным полем скачкообразно изменяющегося тока. Устройство отличается тем, что оно снабжено предварительно заряженным конденсатором и ключом, причем возбуждающая обмотка одним из выводов через ключ подключена к положительному выводу конденсатора, вторым выводом - к другому выводу конденсатора, а измерительная обмотка подключена к блоку измерения. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.,1 табл.

1. Способ электромагнитного контроля качества сварки межэлементных соединений аккумуляторных батарей, заключающийся в том, что локально намагничивают исследуемое изделие в области сварного соединения, измеряют напряженность поля, прошедшего через это соединение, по величине которой определяют качество контролируемого сварного соединения, отличающийся тем, что намагничивание проводят электромагнитным полем скачкообразно изменяющегося тока. 2. Устройство элекромагнитного контроля качества сварки межэлементных сварных соединений аккумуляторных батарей, содержащее возбуждающую и измерительные обмотки, предназначенные для установки с противоположных сторон изделия в области сварного соединения, и блок измерения, отличающееся тем, что оно снабжено предварительно заряжаемым конденсатором и ключом, причем возбуждающая обмотка одним из выводов через ключ подключена к положительному выводу конденсатора, вторым выводом к другому выводу конденсатора, а измерительная обмотка к блоку измерения.