Способ контроля качества соединений в процессе контактной стыковой сварки Советский патент 1992 года по МПК B23K11/04 

(Л

С

Использование: для неразрушающего контроля соединения, выполненного контактной стыковой сваркой. Сущность изобретения: в процессе осадки измеряют текущие значения перемещения подвижной колонны сварочной машины и проскальзывания деталей в зажимах, Измеряют также текущее значение сварочного усилия до остановки колонны. В качестве контролируемого параметра принимают интеграл функции величины усиления от переменной - разности перемещения подвижной колонны и проскальзывания деталей, 3 ил. 1 табл,

Изобретение относится к контактной стыковой сварке и может быть.использова- ; но для неразрушающего контроля сварного -, соединения при работе на различном СТУ- косварочном оборудовании.

Цель изобретения - повышение досто- верности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля качества соединений в процессе контактной стыковой сварки контролируемые значения параметров сравнивают с результатами, предварительно полученными опытным путем, измеряют величину перемещения подвижной колонны сварочной машины, величину проскальзывания деталей в зажимах машины, определяют разность измеренных величин, причем в процессе осадки измеряет текущее значение перемещения подвижной колонны сварочной машины, текущее значение проскальзывания деталей, определяют разность текущих значений перемещения

подвижной колонны сварочной машины и проскальзыйания деталей, измеряют текущее значение усиления сварного соединения до фактической остановки колонны, а в качестве контролируемого параметра принимают вычисленный по результатам измерений усиления и разности перемещения подвижной колонны и проскальзывания деталей определенный интеграл функции величины усиления от переменной - разности перемещения подвижной колонны сварочной машины и проскальзывания деталей на отрезке интегрирования от величины перемещения подвижной колонны в момент начала осадка до величины, определяемой разностью значений перемещения подвижной колонны и проскальзывания деталей в зажимах машины при осадке.

Определенный интеграл функции усиления сварного соединения от переменной перемещения подвижной колонны машины на отрезке интегрирования от значения пеviел

Јь СО

ремещения в момент начала осадки до значения перемещения в момент окончания осадки при записи с использованием математических символов имеет вид

J Hy(S)dS, SH

где SH- значение перемещения подвижной колонны сварочной машины в момент начала осадки;

SK SK - Snp - значение перемещения подвижной колонны машины в момент окончания осадки с учетом проскальзыва- ния сварных деталей в зажимных губках сварочной машины;

SK,-значение перемещения подвижной колонны сварочной машины;

Snp - значение проскальзывания свар- ных деталей в зажимных губках сварочной машины;

S - перемещение подвижной колонны сварочной машины;

Ну - значение величины усиления свар- ного соединения.

Вычисление такого интеграла сводится к определению площади, ограниченной сверху линией, описываемой уравнением Н H(S), снизу осью абсцисс (осью S), a no краям линиями S SH и S S«.

На фиг.1 и 2 показана зависимость усиления сварного шва от перемещения подвижной колонны сварочной машины при осадке; на фиг.З - блок-схема устройства.

При контактной стыковой сварке оплавлением в начальный момент осадки S SH усиление равно нулю и зависимость Н H(S) имеет вид, показанный на фиг.1, а величина

интеграла / Hy(S) dS определяется пло-

SH

щадью, ограниченной кривой аб и отрезками ав и бв.

Рассмотрим случаи различного разо

грева после оплавления.

Некачественное соединение может быть получено вследствие чрезмерного увеличения или уменьшения градиента температурного поля в зоне термического влияния в результате причин, носящих слу- чайный характер, например повышение напряжения питающей сети, короткого замыкания и др. На фиг.2 линиями аб. аг, ад показань зависимости Н H(S) соответственно в трех случаях; идеальная свар ка, уве- личенный градиент температурного поля, уменьшенный градиент температурного поля. Площадь ограниченная линией аб и отрезками ав, бв соответствует величине

Q

g

0

5

g

5

5

0 5

интеграла / H(S)dS при идеальной сварке.

SH

Площадь, ограниченная линией аг и отрезками ав, вг соответствует величине интегра- ла, вычисляемого при увеличенном градиенте температурного поля. Площадь, ограниченная линией ад и отрезками ав, вд соответствует величине интеграла, вычисляемого при уменьшенном градиенте температурного поля.

Из фиг.2 видно, что отклонение процесса сварки от идеального случая ведет к завышению- или занижению величины интеграла. Если величина интеграла / H(S)dS

SH

не укладывается между крайними значениями заданного интервала сварка считается некачественной.

На фиг.З представлена блок-схема устройства, позволяющего реализовать предложенный способ контроля качества сварных соединений.

Схема состоит из датчиков 1 и 2 перемещения, блока 3 сравнения, датчика 4 перемещения, блока 5 эталонных значений, цифрового компаратора 6, аналого-цифрового преобразователя 7, персональной ЭВМ 8 и блока 9 индикации.

Датчик перемещения предназначен для измерения текущих значений подвижной колонны сварочной машины и своим выходом связан со входом блока 3 сравнения.

Датчик 2 перемещения предназначен для измерения проскальзывания деталей в зажимных губках сварочной машины и своим выходом связан со входом блока 3 сравнения.

Блок 3 сравнения предназначен для алгебраического сложения сигналов и своим выходом связан со входом цифрового компаратора б.

Датчик 4 перемещения предназначен для измерения текущих значений усиления сварного соединения и своим выходом связан с входом цифрового компаратора 6. Блок 5 эталонных значений предназначен для формирования сигнала, пропорционального ёеличине оптимального значения, и своим выходом связан со входом цифрового компаратора 6 Цифровой компаратор 6 предназначен для передачи в аналого- цифровой преобразователь 7 поступающих сигналов поочередно с задержкой не более 250 не по команде с ЭВМ и своим выходом связан со входом аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП), а своими входами связан с ЭВМ 8.

АЦП 7 предназначен для преобразования аналогового сигнала в цифровой и своими выходами связан со входами ЭВМ 8, а своими входами с выходом ЭВМ 8.

ЭВМ 8 предназначена для вычисления определенного интеграла, сравнение результатов с эталонным значением и выдачи сигнала о результате контроля качества. ЭВМ 8 связана своим выходом с блоком 9 индикации.

Блок 9 индикации предназначен для сигнализации о качестве сварного соединения.

Устройство работает следующим образом.

С началом осадки с датчиков 1 и 2 перемещения поступают текущие значения величины перемещения подвижной колонны сварочной машины и проскальзывания в блокЗ сравнения, где выполняется их алгеб- раическое сложение. Полученный сигнал поступает в цифровой компаратор б. Одновременно с началом осадки на сварной стык опускается Т-образная корундовая консоль, при помощи которой выполняется измере- ние текущих значений усиления датчиком 4 перемещения, которые поступают в ЦК 6. Также в ЦК 6 поступают сигналы с блока 5 эталонных значений. По команде,, поданной из ЭВМ 5 дискретно через заданные про- межутки времени или пути прохождения подвижной колонны сигналы из ЦК 6 в установленном порядке поступают в АЦП 7. По команде, поданной из ЭВМ 8, преобразованные аналоговые сигналы в цифровые поступают в ЭВМ 8. В ЭВМ 8 с начала осадки определяется площадь элементарных прямоугольников (со сторонами: измеренное усиление и величина перемещения). Площадь элементарных прямоугольников суммируется. После окончания осадки просуммированная площадь сравнивается с эталонным значением. Если она входит в установленные пределы, то выдается сигнал на блок 9 индикации о качественном сварном соединении, если не входит, то выдается сигнал о некачественном соединении.

Для измерения текущих значений подвижной колонны сварочной машины S (блок 1) величины текущих значений проскальзывания сварных деталей Snp (блок 2) и текущих значений усиления сварного соединения Ну (блок 4) использовались системы измерительные электронные, модель 217(217.0.00.0.00ПС)

В качестве блока сравнения использовался дифференциальный усилитель К140УД7. В качестве блока 5 эталонных значений использовался потенциометр.

В качестве цифрового компаратора 6 использовался компаратор типа К561ИП2.

В качестве АЦП 7 использовался преобразователь типа К1113ПВ1.

В качестве ЭВМ использовалось ЭВМ типа 1816ВЕ48.

В качестве блока 9 индикации использовался индикатор АЛС324А.

Предложенный способ контроля качества соединений применялся при контактной стыковой сварке оплавлением квадратных заготовок 60 х 60 мм на экспериментальной установке на базе машины для контактной стыковой сварки оплавлением типа К-190П. При сварке с целью сравнения достоверности оценки качества сварного соединения параллельно проводился контроль качества соединений посредством прототипа и при помощи предложенного способа. Затем из всех сварных соединений изготавливались образцы и подвергались разрушающему контролю с целью определения механических свойств при ударе. Изготавливались шлифы для определения характера прохождения волокон.

Режим для сварки был выбран следующим

Напряжение холостого хода сварочных трансформаторов, В6,8

Припуск на оплавление, мм 20 Припуск на осадку, мм12

Граничные значения в предлагаемом способе контроля заданного интервала устанавливались 20% от значения интеграла, определенного для варианта сварки, принятого за эталон.

При контактной стыковой сварке пульсирующим оплавлением квадратных заготовок 60 х 60 мм за эталонное принято значение интеграла 45 мм2.

С началом осадки на сварной стык опускается Т-образная корундовая консоль, при помощи которой выполняется измерение текущих значений усиления. Одновре- менно измеряют текущее значение перемещения подвижной колонны сварочной машины, текущее значение проскальзывания деталей до фактической остановки колонны. Дискретно через заданные промежутки времени или пути прохождения подвижной колонны определяют площадь элементарных прямоугольников (со сторонами: измеренное усиление и величина перемещения). В нашем конкретном случае через каждых 0,2 мм с начала осадки определялась площадь элементарных прямоугольников. Площадь элементарных прямоугольников суммируется. После окончания осадки просуммированная площадь

сравнивается с эталонным значением. Если оно входит в установленные пределы, то выдается сигнал о качественной сварке. На данном режиме было сварено три

партии,

В первой партии процесс сварки прошел нормально на установленном режиме. Разогрев в процессе сварки зоны термического влияния оптимальный. Осадка проходила полностью до установленной величины без проскальзывания, Оба способа контроля сигнализировали о качественной сварке. Исследованные образцы дали удовлетворительные результаты.

Во второй партии был смоделирован процесс с повышенным напряжением питающей сети на том же режиме. В результате произошло нарушение процесса нагрева. На свариваемых деталях возрос градиент температурного поля. Осадка проходила полностью до установленной величины без проскальзывания. Способ контроля качества сигнализировал о качественной сварке. Предлагаемый способ контроля качества соединений сигнализировал о некачественной сварке. Образцы, исследуемые после сварки, показали на неудовлетворительные результаты.

В третьей партии был смоделирован процесс с короткими замыканиями на том же режиме. В результате градиент температурного поля уменьшился по сравнению с оптимальным. Способ контроля качества сигнализировал о некачественном соединении, Образцы показали на неудовлетворительные результаты, .

Полученные результаты сведены в таблицу. Как видно из таблицы, среднее значение ударной вязкости при применении предлагаемого способа контроля повышается на

100 %

69-35 35

х 100 % 97 %.

Формула изобретения

Способ контроля качества соединений в

процессе контактной стыковой сварки, при котором контролируемые значения параметров сравнивают с результатами, предварительно полученными опытным путем, при

0 этом в качестве контролируемого параметра используют параметр, который характеризуется величиной перемещения подвижной колонны сварочной машины и величиной проскальзывания деталей в за5 жимах машины, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, в процессе осадки измеряют текущее значение перемещения подвижной колонны сварочной машины и текущее значение

0 проскальзывания деталей, определяют разность текущих значений перемещения подвижной колонны сварочной машины и проскальзывания деталей, измеряют текущее значение усиления сварного соедине5 ния до фактической остановки колонны, вычисляют по результатам измерения усиления и разности перемещения подвижной колонны и проскальзывания деталей определенный интеграл функции величины

0 усиления от переменной - разности перемещения подвижной колонны сварочной машины и проскальзывания деталей на отрезке интегрирования от величины перемещения подвижной колонны в момент начала

5 осадки до величины, соответствующей разности значений перемещения подвижной колонны и проскальзывания деталей в зажимах машины при осадке, и в качестве параметра, характеризуемого величиной

0 перемещения подвижной колонны сварочной машины и величиной проскальзывания деталей в зажимах машины, принимают этот интеграл.

а

И

%

fW.f

4W.2

В