Способ неразрушающего контроля прочности сварных соединений

1744635 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 й 29/04 ЕТЕНИ ВТОРСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВУ лект точ Управле- дартиэаер, , с пса тгоп рас цапб гоц гапипе з, 1977. цпц апб Вг 191 йоп,М Фь Ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО(71) Конструкторское бюроронного машиностроения(56) Электронная техника,ние качеством, метрологиция, 1979, вып, 3, с. 11-25.Ргосееб 1 пцз о 1 йе ТесЬ1 птегпас 1 опа М 1 сгое 1 ес1 пгегпатопа еессгоп 1 сргобост 1 оп сопегепсез. Еп18-20 ОсюЬег 1977, рр. 83 -Изобретение относится к ультразвуковой сварке и может быть использовано для неразрушающего контроля в реальном масштабе времени прочности сварных соединений .на срез, выполненных ультразвуковой сваркой.Известны методы неразрушающего контроля сварных соединений; электромагнитный, обдувом струей газа под давлением, рентгенотелевизионный, ультразвуковой резонансный, инфракрасной радиометрии, фотоакустический и др,Недостатком этих методов является большая сложность аппаратуры для их реализации, в связи с чем затруднено их примене-ие непосредственно на сварочной машине, в некоторых случаях дополнительное воздействие на уже сформированное соединение, невозможность получения информации в реальном масштабе времени, в ходе процесса сварки,(54) СПОСОБ НЕРАЗРУША 1 ОЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ(57) Изобретение относится к контрольной технике и ультразвуковой сварке. Целью ,изобретения является повышение точности контроля прочности сварного соединения. Согласно способу во время сварки измеряют два сигнала: ток преобразователя и напряжение генератора зондирующих импульсов. Регистрируют зависимость от ношения этих величин. О прочности судят по разнице значения полученной зависимости в конце сварки и экстремумом этой зависимости. 2 ил. Наиболее близким в изобретению является способ .неразрушающего контроля прочности сварных соединений на срез, согласно которому запоминают сигнал, пропорциональный амплитуде колебаний ультразвукового преобразователя при возбуждении его сварочным импульсом в холостом ходу, получают сигнал обратной связи, пропорциональный амплитуде колебаний ультразвукового преобразователя.во время сварки, и формируют разностный сигнал, осуществляя вычитание из запомненного сигнала, пропорционального амплитуде колебаний ультразвукового преобразователя в холостом ходу. сигнала, пропорционального амплитуде колебаний ультразвукового преобразователя во время сварки.По полученному разностному сигналу и производят оценку прочности соединений,Недостатком способа является низкая точность контроля, обусловленная тем, чтона упомянутый разностный сигнал влияетряд факторов; выходное сопротивление ультразвуковогоо генератора., напряжение возбуждения ультразвуковогопреобразователя, начальные условия в зоне 5сварки, величина деформации соединяемыхдеталей в момент выхода инструмента ультразвукового преобразователя на г 1 озициюсварки и величина усилия сжатия соединяе. мых деталей, 10Целью изобретения является повышение точности контроля,Это достигается тем, что в способе контроля сварных соединений в процессе сварки, зондируют изделие посредством 15последовательно соединенных генератораи ультразвукового преобразователя и измеряют величину тока ультразвукового преобразователя, с учетом которой судят опрочности сварных соединенийрегистрируют зависимость отношения величины тока ультразвукового преобразователя ивеличины возбуждающего напряжения генерагора от времени сварки, а о прочностисварного соединения судят по разнице между экстремумом этой зависимости и ее точки, соответствующей концу сварки,На фиг. 1 а представлен характер изменения во время сварки сигнала отношенияпри делении первого сигнала обратной связи на второй (кривая 1) и соответствующегоэтому разностного сигнала (кривая 2); нафиг, 1 б - сигнал отношения от деления второго сигнала обратной связи на первый(кривая 3) и соответствующего этомуразностнаго сигнала (кривая 4); на фиг, 2 - упрощенная эквивалентная схема входной цепиультразвукового преобразователя.Способ осуществляют следуюгцим образом. 40Теоретические основы способа. Дляуяснения физической сути способа обратимся к упрощенной эквивалентной схемевходной цепи ультразвукового преобразователя (см. Фиг, 2) при возбуждении его на 45частоте резонанса, Эта схема получена методом электромеханических аналогий сила - напряжения, колебательная скорость -ток, пренебрегая потерями на излучение ввоздух, и узел акустической развязки и нелинейными эффектами при преобразовании электрической энергии в механическую.На фиг. 2 обозначено:Ог - амплитуда напряжения, возбуждающего ультразвуковой преобразователь; 55- амплитуда тока во входной цепи ультразвукового преобразователя,Я - собственное сопротивление потерьпреобразователя (резонансное сопротивление ультразвукового преобразователя в холостом ходу);г - сопротивление потерь в зоне сварки(вносимое сопротивление);О - амплитуда падения напряжения насопротивлении (аналог силы сопротивленияперемещению инструмента).На основании закона Ома О = г , если= сопзт = с, т.е, стабилизируется ток вовходной цепи или колебательная скоростьультразвукового преобразователя, тоО=гс г, (1)т,е. сила сопротивления перемещению инструмента пропорциональная г,Если Ос= сопзт,= с, т,е, стабилизируетсянапряжение возбуждения, тоОг сг г"=В+г "=В+г"я+г (2)т.е, сила сопротивления перемещению инструмента пропорциональна - ,К+гПоскольку значение г в начале процессасварки содержит информацию о начальномсостоянии соединяемых деталей (начальнаядеформация, усилие нагружения, начальноесостояние поверхностей соединяемых деталей), то для формирования сигчала Я, пропорционального прочности соединения насрез, необходимо произвести вычитание;О- Он = с ( г- гн ) 1= соняс(г - г 1 йЯ+ гДР.г,)где Он, гн - соответствующие параметры,харахтеризующие начальное состояние взоне сварки,Откуда(3)Основная идея предлагаемого способа и состоит в том, чтобы сформировать сигнал Я в соответствии с выражением (3), в отличие от способа-прототипа, который работает по выражению (2), что и обуславливает его низкую прочность, а при стабилизацииспособ-прототип вообще не работает,Суть способа заключается в следующем.Способ-прототип и предлагаемый способ работают только при возбуждении ультразвукового преобразователя на частоте резонанса. Со, ласно предлагаемому способу для контроля прочности соединения во время выполнения сварки 1 с(фиг. 1) получают первый сигнал обратной связи О 1, пропорциональный колебательной скорости ультразвукового преобразователя. ",ля получения укаэанного сигнала можно воспольэое,.тьсг. либо датчиком ,скз во входной510 20 во входной цепи ультразвукового преобра 30 35 40 45 50 цепи ультразвукового преобразователя, например нэ основе трансформатора тока, включенного последовательно с ультразвуковым преобразователем, либо специальным датчиком колебательной скорости ультразвукового преобразователя.После получения первого сигнала обратной связи 01 получают второй сигнал обратной связи 02, пропорциональный напряжению, возбуждающему ультразвуковой преобразователь во время сварки.Затем путем арифметического деления определяют величину отношения полученных сигналов обратной связи и по полученной величине формируют сигнал отношения. При определении величины отношения необходимо устанавливать однозначное соответствие между режимом работы системы ультразвуковой генератор- ультразвуковой преобразователь и назначением делимого и делителя, Если система ультразвуковой генератор -ультразвуковой преобразователь работает в режиме стабилизации колебательной скорости или тока зователя, то необходимо определять величину отношения второго сигнала Обратной связи 02 к первому О 1- 02%1 ч Формироаэть сигнэл отношени;, п," л орционэльный резонансному сопротлал нию входной цепи ультразвукового преобразователя.Если система ультразвуковой генератор - ультразвуковой преобразователь ра ботает а режиме стабилизации напряжения возбуждения ультразвукового преобразователя, то необходимо определять величину отношения первого сигнала обратной связи О 1 ко второму 02 - 01,02 и формировать, следовательно, сигнал отношения, пропорциональный резонансной проводимости входной цепи ультразвукового преобразоВэтеляВ+гПосле этого определяют экстремальное значение сформированного сигнала отноше"ия, Для режима стабилизации колебательной скорости или тока это будет минимум, э для режима стабилизации нап яжения - максимум (см. соответственно фиг, 1 а и фиг; 1 б), Указанное экстремальное значение и будет являться тем самым пераьм значением, в котором с:-.де.хится информация о начальных условиях сварки.3-"дгжкг на величину й (см. фиг, 1), до оонгружениятремума, неогхп 1 лмэ для окончания пере,"лц;ь х процессов; системе автог;одстройки и в ультразвуковом преобр:завлтеле, аызааннс г;эким увеличениеа начале сварки в;збуждэ":"щего ультразвуковой преобразователь напряже-,ния.Обнаруженное экстремальное значение сигнала отношения запоминают длядальнейшего определения величины разности между запомненным экстремальным итекущим значениями сигнала отношения.По полученной величине формируют разностный сигнал (фиг, 1 а и 16, кривые 2 и 4), покоторому и оценивают прочность соединения.При работе в режиме со стабильной колебательной скоростью или током во входной цепи ультразвукового преобразователя5 (фиг. 1 а) значение разностного сигнала пропорционально гн - г, что с точностью до знака совпадает с выражением (3),При работе в режиме со стабильнымнапряжением возбуждения (фиг. 16) значение разностного сигнала пропорциональног, - гЯ+г Я+гу+ ут+ - с, что с точностью до постоянного во время сварки коэффициента, равного й, совпадает с выражением (3),Следовательно, на точность определения прочности соединения не влияют ниизменение амплитуды напряжения, возбуждающего ультразвуковой преобразователь,не изменяя тока во входной цепи ультразвукового преобразователя, начального состояния поверхностей соединяемых деталей иусилия их сжатия, что и повышает точностьконтроля прочности.Пример,Способ был проверен в лабораторныхусловиях нэ опытном образце автомата ультразвуковой сварки ЭМ, Использовалиультразвуковой преобразователь с частотойрезонанса в холостом ходу 68, 85 кГц и ультразвуковой генератор с системами автоподстройки частоты и стабилизациинапряжения возбуждения или тока во входной цепи ультразвукового преобразователя,В режиме стабилизации тока в качествепервого сигнала обратной. связи использовали ц;фроаой сигнал. значение кода которого с ОР до Г"-н задавало значение токаво вход.ю. цепи ультразвукового преобразователя, поддерживаемого во время сварки постоянным системой стабилизациитока.В качестве второго сигнала обратнойсвязи использовали сигнал, пропорциональн й нэпряххению возбуждения ультраэауко:аго и реобрэ. овэтеля амплитудой от 1дс С В.В режиме стабилизации напряжения вкачестве первого сигнала обратной связииспользовали сигнал, с выхода трансформа1744635 Ю 707 Б торэ тока во входной цепи ультразвукового преобразователя амплитудой до 1 до 8 В, а в качестве второго сигнала обратной связи - цифровой сигнал, значение кода которого (от ОРн до РЕн) задавало значение напряжения, возбуждающего ультразвуковой преобразователь, поддерживаемого во время сварки постоянным системой стабилизации напряжения. Сигнал отношения в обоих случаях формировали при помощи умножающего цифроаналогового преобразователя.Поиск экстремального значения сигнала отношения, запоминание экстремального значения и формирование разностного сигнала осуществляли с помощью аппаратно-программного комплекса, состоящего из аналого-цифрового преобразователя, специально разработанного контролера на основе однокристалльной микроЭВМ КР 1816 ВЕ 39 и управляющей программы.Опробование показало увеличение точности контроля, в результате чего оказалось возможным оценить влияние на прочность соединения скорости выхода на позицию сварки и режимов сварки,Зкономия от применения предлагаемо;го способа может быть достигнута за счет увеличения реальной производительности и выхода годных, связанных с увеличением 5 точности контроля, э также за счет увеличения надежности полученной продукции,Ф о рмула и зоб рете н и я Способ неразрушающего контроля 10 прочности сварных соединений в процессесварки, заключающийся в том, что зондируют изделие посредством последовательно соединенных генератора и ультразвукового преобразователя и измеряют величину тока 15 ультразвукового преобразователя, с учетомкоторой судят о прочности сварных соединений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, измеряют возбуждающее напряжение генератора, регистрируют 20 зависимость отношения величины тока ультразвукыого преобразователя к величине возбуждающего напряжения генератора от времени сварки, а о прочности сварного соединения судят по разнице между зкстрему мом этой зависимости и ее точкой,соответствующей концу сварки.17446359 Ъе 2Составитель А. Коэич Редактор Л, Народная Техред М.Моргентал Корректор А,Осауленко Заказ 2195 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101