SU1744635A1 - Способ неразрушающего контрол прочности сварных соединений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольной технике и ультразвуковой сварке. Целью .изобретени   вл етс  повышение точности контрол  прочности сварного соединени . Согласно способу во врем  сварки измер ют два сигнала: ток преобразовател  и напр жение генератора зондирующих импульсов. Регистрируют зависимость отношени  отих величин. О прочности суд  г по разнице значени  полученной зависимости в конце сварки и экстремумом этой зависимости . 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к ультразвуковой сварке и может быть использовано дл  неразрушающего контрол  в реальном масштабе времени прочности сварных соединений на срез, выполненных ультразвуковой сваркой.

Известны методы неразрушающего контрол  сварных соединений; электромагнитный , обдувом струей газа под давлением , рентгенотелевизионный, ультразвуковой резонансный, инфракрасной радиометрии, фотоакустический и др.

Недостатком этих методов  вл етс  больша  сложность аппаратуры дл  их реализации , в св зи с чем затруднено их применение непосредственно на сварочной машине, в некоторых случа х дополнительное воздействие на уже сформированное соединение, невозможность получени  информации в реальном масштабе времени, в ходе процесса сварки.

Наиболее близким в изобретению  вл етс  способ неразрушающего контрол  прочности сварных соединений на срез, согласно которому запоминают сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний ультразвукоаого преобразовател  при возбуждении его сварочным импульсом в холостом ходу, получают сигнал обратной св зи, пропорциональный амплитуде колебаний ультразвукового преобразовател  во врем  сварки, и формируют разностный сигнал, осуществл   вычитание из запомненного сигнала, пропорционального амплитуде колебаний ультразвукового преобразовател  в холостом ходу, сигнала, пропорционального амплитуде колебаний ультразвукового преобразовател  во врем  сварки.

По полученному разностному сигналу и производ т оценку прочности соединений.

Недостатком способа  вл етс  низка  точность контрол , обусловленна  тем, что

2

JN О СО

ел

на упом нутый разностный сигнал вли ет р д факторов: выходное сопротивление ультразвукового генератора, напр жение возбуждени ультразвукового преобразовател , начальные услови  в зоне сварки, величина деформации соедин емых деталей в момент выхода инструмента ультразвукового преобразовател  на позицию сварки и величина усили  сжати  соедин емых деталей,

Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол ,

Это достигаетс  тем, что в способе контрол  сварных соединений в процессе сварки , зондируют изделие посредством последовательно соединенных генератора и ультразвукового преобразовател  и измер ют величину тока ультразвукового преобразовател , с учетом которой суд т о прочности сварных соединений, регистрируют зависимость отношени  величины тока ультразвукового преобразовател  и величины возбуждающего напр жени  генератора от времени сварки, а о прочности сварного соединени  суд т по разнице между экстремумом этой зависимости и ее точки , соответствующей концу сварки.

На фиг. 1а представлен характер изменени  во врем  сварки сигнала отношени  при делении первого сигнала обратной св зи на второй (крива  1) и соответствующего атому разностного сигнала (крива  2); на фиг, 16-сигнал отношени  от делени  второго сигнала обратной св зи на первый (крива  3) и соответствующего этому разностного сигнала (крива  4); на фиг, 2 - упрощенна  эквивалентна  схема входной цепи ультразвукового преобразовател .

Способ осуществл ют следующим образом .

Теоретические основы способа. Дл  у снени  физической сути способа обратимс  к упрощенной эквивалентной схеме входной цепи ультразвукового преобразовател  (см. фиг. 2) при возбуждении его на частоте резонанса. Эта схема получена методом электромеханических аналогий сила - напр жени , колебательна  скорость - ток, пренебрега  потер ми на излучение в воздух, и узел акустической разв зки и нелинейными эффектами при преобразовании электрической энергии в механическую. На фиг. 2 обозначено: Ur - амплитуда напр жени , возбуждающего ультразвуковой преобразователь;

i - амплитуда тока во входной цепи ультразвукового преобразовател ;

R - собственное сопротивление потерь преобразовател  (резонансное сопротивле0

5

0

ние ультразвукового преобразовател  в холостом ходу);

г- сопротивление потерь в зоне сварки (вносимое сопротивление);

U - амплитуда падени  напр жени  на сопротивлении (аналог силы сопротивлени  перемещению инструмента).

На основании закона Ома U М, если i const с, т.е. стабилизируетс  ток во входной цепи или колебательна  скорость ультразвукового преобразовател , то

U гс г,(1)

т.е. сила сопротивлени  перемещению инструмента пропорциональна  г.

Если Ur const с, т.е. стабилизируетс  напр жение возбуждени , то

U - Ur . г - сг го

R+r1W

т.е. сила сопротивлени  перемещению инструмента пропорциональна

5

0

5

0

5

5

г

I const

3(Г-Г„)

I const

R+r1

Поскопьку значение г в начале процесса сварки содержит информацию о начальном состо нии соедин емых деталей (начальна  деформаци , усилие нагружени , начальное состо ние поверхностей соедин емых деталей ), то дл  формировани  сигнала S, пропорционального прочности соединени  на срез, необходимо произвести вычитание:

U- UH С ( Г- ГН )( I -const

c(r-rH)R ™(fTf г))

где UH, гн - соответствующие параметры, характеризующие начальное состо ние в зоне сварки. Откуда

(Г-Гн)Я

(K+rKR + J U const(3)

Основна  иде  предлагаемого способа и состоит в том, чтобы сформировать сигнал S в соответствии с выражением (3), в отличие от способа-прототипа, который работает по выражению (2), что и обуславливает его низкую прочность, а при стабилизации I способ-прототип вообще не работает.

Суть способа заключаетс  в следующем .

Способ-прототип и предлагаемый спо- соб работают только при возбуждении ультразвукового преобразовател  на частоте резонанса. Согласно предлагаемому способу дл  контрол  прочности соединени  во врем  выполнени  сварки tc (фиг. 1) получают первый сигнал обратной св зи Ui, пропорциональный колебательной скорости ультразвукового преобразовател . ,л  получени  указанного сигнала можно восполь- «ибо датчиком , во входной

цепи ультразвукового преобразовател , например на основе трансформатора тока, включенного последовательно с ультразвуковым преобразователем, либо специальным датчиком колебательной скорости ультразвукового преобразовател .

После получени  первого сигнала обратной св зи Ui получают второй сигнал обратной св зи U2, пропорциональный напр жению , возбуждающему ультразвуковой преобразователь во врем  сварки.

Затем путем арифметического делени  определ ют величину отношени  полученных сигналов обратной св зи и по полученной величине формируют сигнал отношени . При определении величины отношени  необходимо устанавливать однозначное соответствие между режимом работы системы ультразвуковой генератор -ультразвуковой преобразователь и назначением делимого и делител . Если система ультразвуковой генератор - ультразвуковой преобразователь работает в режиме стабилизации колебательной скорости или тока во входной цепи ультразвукового преобразовател , то необходимо определ ть величину отношени  второго сигнала обратной св зи Da к первому Ui - Ite/lb ч формировать сигнал отношение п;1 гир зональный резонансному сопротивлению входной цепи ультразвукового преобразовател .

Если система ультразвуковой генера- тор - улыразау ОЕЭй преобразователь ра ботает в режиме стабилизации напр жени  возбуждени  ультразвукового преобразовател , то необходимо определ ть величину отношени  первого сигнала обратной св зи Ui ко второму Ua - Ui/U2 и формировать, следовательно, сигнал отношени , пропорциональный резонансной проводимости входной цепи ультразвукового преобразовател  .

После этого определ ют экстремальное значение сформированного сигнала отно- . Дл  режима стабилизации колебательной скорости или тока это будет минимум,   дл  режима стабилизации на- пс жеьи  - максимум (см. соответственно Фиг 1а и фмг. 16). Указанное экстремальное значение и будет  вл тьс  тем самым пер- внм значением, в котором с. де,з итс  информаци  о начальных услови х сварки. -j jЈ жк на велщчну At (ск фиг 1), до о..н )ру/ке1/ш лекума, нео6/;с- дл  окончани  пере . ..-х процессов ъ системе автоподстоойкю ц а втразвуковс 1 преоб- ре-зсватсте, вызван t -зким увс WSHH- сч в начале ь збужда чцего

ультразвуковой преобразователь напр же; ни .

Обнаруженное экстремальное значение сигнала отношени  запоминают дл  5 дальнейшего определени  величины разности между запомненным экстремальным и текущим значени ми сигнала отношени . По полученной величине формируют разностный сигнал (фиг. 1а и 16, кривые 2 и А), по 0 которому и оценивают прочность соединени .

При работе в режиме со стабильной колебательной скоростью или током во входной цепи ультразвукового преобразовател  5 (фиг. 1а) значение разностного сигнала пропорционально Гн - г, что с точностью до знака совпадает с выражением (3).

При работе в режиме со стабильным

напр жением возбуждени  (фиг. 16) значе0 ние разностного сигнала пропорционально

Гн Г

/р . г /Р О- г V ЧТО С ТОЧНОСТЬЮ ДО ПОСТОЯН- (г т f)(r -г Гн)

ного во врем  сварки коэффициента, равного R, совпадает с выражением (3).

5 Следовательно, на точность определени  прочности соединени  не вли ют ни изменение амплитуды напр жени , возбуждающего ультразвуковой преобразователь, не изненлй тс а во входной цепи ультразву0 коаого преобрззоьагел , начального состо ни  пиазрхносгей соедин емых деталей и усили  их сжати , что и повышает точность контрол  прочное5и. П р и м е р

5 Способ был проверен в лабораторных услови х на опытном образце автомата уль- 1 развуко ой сварки ЭМ-4170. Испогьзовали ультразвуковой преобразоватепьсч-зсги ой резонанса в холостом ходу 69, 85 кГц и учь0 тразвукоаой генератор с системами авто- подстроики частоты и стабилизации напр жени  возбуждени  или тока во входной цепи ультразвукового преобразовател  В режиме стабилизации тока в качестве

5 первого сигнала обратной св зи использо вали ц .фровой сигнал, значение кода которого с ОГ-н до FFM задавало значение тока во ало/, ю „,еги ул развукового преобразовател , подгержи лаемого во врем  свар0 ки посто нным системой стабилизации тока.

В качестве второго сигнала обратной св зи использовали сигнал, пропорцио- HEnsH .fi напр жению возбуждени  ультра5 зеуко о О преобоз овател  амплитудой оi 1 дс 10 В.

8 режиме стабилизации напр жени  в качестзе первого сигнала обратной св зи исполпзовалм сигнал, с выхода трансформа

тора тока во входной цепи ультразвукового преобразовател  амплитудой до 1 до 8 В, а в качестве второго сигнала обратной св зи - цифровой сигнал, значение кода которого (от OFH до FFH) задавало значение напр жени , возбуждающего ультразвуковой преобразователь, поддерживаемого во врем  сварки посто нным системой стабилизации напр жени . Сигнал отношени  в обоих случа х формировали при помощи умножающего цифроаналогового преобразовател ,

Поиск экстремального значени  сигнала отношени , запоминание экстремального значени  и формирование разностного сигнала осуществл ли с помощью аппаратно-программного комплекса, состо щего из аналого-цифрового преобразовател , специально разработанного контролера на основе однокристалльной микроЭВМ КР 1816ВЕ39 и управл ющей программы.

Опробование показало увеличение точности контрол , в результате чего оказалось возможным оценить вли ние на прочность соединени  скорости выхода на позицию сварки и режимов сварки.

%

Розноаль

Разность

Экономи  от применени  предлагаемо,- го способа может быть достигнута за счет увеличени  реальной производительности и выхода годных, св занных с увеличением точности контрол , а также за счет увеличени  надежности полученной продукции,

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ неразрушающего контрол 

   прочности сварных соединений в процессе сварки, заключающийс  в том, что зондируют изделие посредством последовательно соединенных генератора и ультразвукового преобразовател  и измер ют величину тока

   ультразвукового преобразовател , с учетом которой суд т о прочности сварных соединений , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, измер ют возбуждающее напр жение генератора, регистрируют

   зависимость отношени  величины тока ультразвуки зого преобразовател  к величине возбуждающего напр жени  генератора от времени сварки, а о прочности сварного соединени  суд т по разнице между экстремумом этой зависимости и ее точкой, соответствующей концу сварки.

   te/

   фиг. 2