Способ контроля процесса сварки трением и устройство для его осуществления

(19) П 1) 3 К 20 12 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТ К АВТОРСКОМУ 1) 3957050/31-272) 16.07.856) 23.05.87. Бюл. У 19 ГОСУДИфСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(6) Заявка Франции У 2407784,кл. В 23 К 19/02, 1979.Чоггга 8 Ъапд зЬапй гцш Ке 1 ЬзсЬе 1 ЬКо 11 аяцдш,24. РеЬгцаг 1978 АасЬепАасЬеп "Ие оЬегшасЬцпе дез ЧегйаЬгепзаЪ 1 ацНез аког ге 1 ЪзсЬюеззшазсЬ 1 пеп йцгсЬ рагашесг Копгго 11 е".1 п 8 (8 гапй) О. БсЬегцЬе 1, Ац 8 Ъцг 8,Б. 91-106.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА СВАРКИТРЕНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к сварочной технике и может быть использовано в инструментальной, станкостроительной, автомобилестроительной,авиационной и др. промышленностяхпри изготовлении деталей сваркойтрением. Целью изобретения являетсяупрощение технологии и реализующегоее оборудования. Контроль процессасварки трением заключается в последовательном контроле основных параметров в характерных точках процесса. В качестве контролируемых пара-.метров выбраны величины давлениянагрева, осадки нагрева, давленияпроковки, времени нагрева. Одновре-менно с контролем производят регистрацию указанных величин. При получении некачественного соединения блокируют разжим тисков сварочной машиныи отведение их в исходное положение2 с,п. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил, 1311890Изобретение относится к сварочной технике и может быть использовано в инструментальной, станкостроительной, автомобильно-строительной, авиационной промышленности и др, при изготовлении деталей и узлов сваркой трением.Целью изобретения является упрощение технологии контроля и реализующего его оборудования. 10В процессе сварки осуществляют неодновременный последовательный контроль четырех параметров, а именно: давления нагрева, осадки нагрева, времени нагрева и давления по ковки. При этом давление нагрева оценивают с задержкой относительно начала сварки на время, равное 20- 353 задаваемого времени нагрева, а в момент окончания нагрева (включе ние режима Проковка) запоминают время нагрева и осуществляют оценку величины осадки нагрева, а затем запомненного значения реального времени нагрева. Далее с задержкой относительно включения проковки на время, равное 30-457 выставляемого времени проковки, оценивают давление проковки.Моменты времени для контроля дав ления нагрева контроля проковки выбираются в указанных пределах прямо пропорциональными задаваемыми технологическими значениями давления наГрева и давления проковки соответст венно.Документирование реальных значений контролируемых параметров осуществляют последовательно в момент оценки соответствия этого его значения эталонному.Отбраковку сварных соединений осу ществляют. по окончании процесса сварки запретом отвода в исходное положение и разжииа тисков машины. 45На фиг. 1 представлена. структурная схема устройства для контроля процесса сварки трением; на фиг. 2 временные диаграммы процесса сварки трением и контроля его основных пара метров; на фиг. 3 - структурная схема . блока управления; на фиг. 4 - блок сравнения; на фиг. 5 - блок исходных данных; на фиг. 6 - структурная схема блока управления работой ЦПУ. 55 На фиг. 2 обозначено: ОВ - время нагрева, ВД - время проковки, Оптимальным минимумом параметров, характеризующих процесс сварки трением является давление нагрева, осадка нагрева, время нагрева и давление проковки. Первые три параметра достаточно полно характеризуют первый этап сварки трением - нагрев. Действительно, контролируя давление нагрева и скорость нагрева (а контроль осадки нагрева эа время нагрева явля 61.ется скоростью нагрева ( в ) можно выМявить практически все возможные причины возникновения брака; косые торцы заготовок, окалину и ржавчину наторцах, случайную подмену одного материала другим и др. Более того, скорость осадки косвенно оценивает идавление нагрева, так как изменениеего величины повлечет за собой изменение скорости нагрева. Кроме того,практика показывает, что если машинасварки трением вышла на режим нагрева, в дальнейшем величина давлениянагрева не изменяется. Исходя из изложенного, предлагается осуществлятьконтроль давления нагрева в однойточке (А на фиг. 2), с задержкой относительно начала нагрева на величину=20-357 г., Диапазон 20-353 выбран опытным путем, исходя из возможностей гидроприводов машин сваркитрением. Величина задержки а с длякаждой машины и конкретной технологии выбирается прямо пропорциональной величине давления нагрева, таккак чем больше давление нагрева, тембольше времени понадобится машинедля выхода на режим нагрева,Характерной точкои развития процесса является момент окончания нагрева и включения режима "Проковка" (точка В на фиг, 2). В этот момент предлагается: запомнить значение времени нагрева (Т); оценить величину осадки нагрева (ш, 2); оценить запомненную величину времени нагрева (и. 3). Затем с задержкой относительно момента включения проковки на величину й=30-45 ИТ предлагается оценить давление проковки (точка 4 на диаграмме давления фиг, 2). Проковка в меньшей степени чем "нагрев влияет на качество сварного соединения. В случае выхода гидроприбора машины на режим (достижение величины давления в главном цилиндре значения Р=Р ) можно говорить о сом, что давление проковки не повле 1311890 4чет за собой снижение качественныхпоказателей характеризующих стык.Диапазон изменения д =30-457 йвыбран в результате анализа диаграммреальных сварок, как и дй, . Величина Д 1 попределяется исходя изработы конкретной машины сварки трением и выбирается прямо пропорциональной величине давления проковки.В случае выполнения четырех неравенств в течение цикла сварки; Р,.ьВрнд + Д, (точка 1).; Ь ,р - 6 сс Ьс д + Д, (точка 2); Сн,р -дснлрс Ссй н.тр +дз(точка 3)рпр,тр д(с рс р, + д+ (точка 4), можно 15гарантировать качество сварного соединения.И, наоборот, в случае невыполнения одного и более неравенств - сварное соединение отбраковывают. Причем 20наиболее наглядно отбраковку осуществлять запретом разжима и отвода висходное положение тисков машинысварки трениемВ этом случае дотех пор, пока не будет выявлена причина брака, цикл сварки прерывается.Предлагается также в момент А распечатывать реальное значение давлениянагрева, в момент времени В - значения осадки нагрева и времени нагрева 30 .и в момент времени С - значение давления проковки. И в .случае выходазначения реального параметра за пределы строба Ф Д распечатывается реальное значение параметра, что позволяет в дальнейшем ОТК контролировать и паспортизировать сварные соединения.Структурная схема устройства дляконтроля процесса сварки трением 40содержит датчик 1 давления и датчик 2Оперемещения, подключенные через коммутатор 3 к аналого-цифровому преобразователю (АЦП). 4, блок 5 управления цифропечатающим устройством, соединенный с цифропечатающим устройством (ЦПУ) 6, генератор 7, соединенный со счетчиком 8, блок 9 исходных данных через блок 10 сравнения иблок 11 управления соединен с блоком 5012 управления машины сварки трением МСТ. По команде блока 12 управления МСТ ",Начало нагрева" на блок 11 управления выдаются следующие команды: подключение к АЦП 4 через коммутатор 3 датчика давления; счетчик 8 начинает отсчитывать время сварки и величину Д; с блока исходных данных 9 на блок сравнения подключаются регистры давления нагрева.По окончании времени дТ блок 10 сравнения оценивает величину давления нагрева и транслирует оцениваемое значение давления нагрева на вход цифропечатывающего устройства 6; по команде с блока 11 управления, блок 5 управления работой ЦПУ осуществляет управление распечатной величины Р на ЦПУ; По команде с блока управления коммутатор подключает датчик 2 перемещения на вход АЦП 4, через него на вход блока 10 сравнения. На вход блока 10 сравнения с блока 9 исходных данных 9 подключаются регистры осадки.По команде "Конец нагрева" с,блока 12 управления МСТ блоком 11 управления формируются последовательно команды, по которым блоком 10 сравнения запоминается величина времени нагрева; блоком 10 сравнения оценивается величина осадки нагрева .и транслируем ее на вход ЦПУ 6.Блок 5 управления ЦПУ обеспечивает распечатку осадки нагрева, С блока 9 исходных данных на блок 10 сравнения подключаются регистры Сц.Блок 10 сравнения оценивает величину времени нагрева и транслирует ее на вход ЦПУ 6.Блок 5 управления ЦПУ обеспечивает распечатку времени нагрева. Счетчик отсчитывает величину Д. На вход блока 10 сравнения через коммутатор 3 и АЦП 4 подключается датчик давления. С блока 9 исходных данных. .".а вход блока 10 сравнения подключаются регистры давления проковки.По окончании отсчета времени ДС блоком 11 управления формируются последовательно команды, по которым блок 10 сравнения оценивает величину давления проковки и транслирует ее на вход ЦПУ 6; блок 5 управления ЦПУ обеспечивает распечатку величины давления проковки.В случае выявлений брака блоком 10 управления формируется команда "Брак", по которой блоком 12 управления МСТ формируется команда запрета разжима тисков и отвода их в исходное положение.Блок управления представлен на фиг. 3. Управление счетчиком осуществляется триггером 13 начала нагре 5 131189ва (фиг. 3). Блоком 14 управлениякоммутатором в соответствии с сигналами Т и сигналом с выхода блока 15 управления каналом контроляперемещения Формируются команды Рили 1, по которым коммутатор 3 осуществляет подключение к АЦП или датчика давления 1, или перемещения 2,По команде "Нач. нагрева" с блока 12управления МСТ (фиг. 1) триггер 13 10начала нагрева разрешает подсчетвременных импульсов счетчиком 8(фиг. 1), На вход блока 16 выявлениябрака поступает сигнал с блока 10сравнения (фиг, 1), который характеризует результат сравнения реального значения параметра и эталонногод, а блоком 17 выбора регистра обеспечивается подключение пары регистров (требуемого значения и а ) оцениваемого параметра, Сигналами опросабрака, поступающими на блок 16 выявления брака, являются: для давления нагрева - С, для осадки нагрева - конец нагрева, формируемый триггером 18 нагрева; для времени нагрева и давления - проковки сигнала,формируемые блоком 19 управленияканалами контроля,Блок выбора регистра срабатывает после поступления на один из еговходов сигнала с триггера 20 задержки, На регистр АЦП 21 блока сравнения (Фиг. 4) поступает результатпреобразования с АЦП 4, т.е, или коддавления, или перемещение.На регистр 22 времени нагрева поступает код времени нагрева. Так каквыходы обоих регистров объединены, топодключение на вход первого сумматора 23 кода времени или давления перемещения определяется блоком 11 управления К (фиг. 1), С помощью первогосумматора 23 осуществляется операциявычитания, где уменьшаемое 3 Р - реальное значение контролируемого параметра, а вычитаемое , - эталонноеего значение. На втором сумматоре 24 осуществляется сравнение величины, полученной на первом сумматоре 23 разности и допускаемой отклонением , задаваемым, как и величина 3 Р , узлом 9 исходных данных (Фиг, 1)Ф, 55В случае, когда 1 - 3 тйФиксируется брак и сварйое соединение отбраковывается. Если 1 - 8а, - значение оцениваемого параметра находится в пределах допустимых отклонений, цикл сварки продолжается,С выхода второго сумматора 24результат преобразования поступаетна вход блока 16 выявления брака(фиг. 3), блока 11 управления (фиг.1),инвертор 25, подключенный на входуправления регистра АЦП 21, обеспечивает противофаэное подключениерегистра АЦП 21 и регистра 22 времени нагрева на вход первого сумматора 23,Блок 9 исходных данных обеспечивает набор требуемых эталонных значений контролируемых параметров, допустимых отклонений, а также запоминание этих значений. Выбор пары регистров 8, и Ь осуществляется селектором 26. Конкретные значения ои 11 набираются с помощью пульта 27набора. Выходы регистров объединеныв две группы; регистры 28 - 3 1 Рц,1 , , Ря составляют одну группу,а регистры 11, 32 (допустимое отклонение давления нагрева), й 33 (осадки нагрева), 6 34 (времени нагрева), Й 35 (давления проковки)вторую группу регистров, выходы которых объединены. Выбор пары регистров Гт и Ъ, т.е. Р, или в., или1 з иаили г. и Ь) или Р иосуществляется блоком 9 управления(Фиг. 1), а именно, блоком 17 выбора регистра (фиг. 3, выход С).Значение кодов 3и ц поступаетна блок 10 сравнения (фиг. 1); ЕРна первый сумматор 23, а- на второй сумматор 24. Блок 5 управления работой цифропечатающего устройства (фиг. 1) формирует команды нЗапрос ЦПУ", "Прогон ЦПУ", по которым обеспечивается распечатка значений параметров (фиг. 6). Счетчик 36 сигналов "Готовность ЦПУ", поступающих с выхода ЦПУ, и дешифратор 37 обеспечивают разрешение распечатки очередного контролируемого параметра. Блок 38 формирования "Запрос ЦПУ" формируется по сигналам блока 11 управления (фиг. 1), а именно сигналам, осуществляющим опрос брака блока 16 выявления брака (фиг. 3). Тем самым, обеспечивается одновременность контроля и распечатки именно реального контролируемого значения параметра, Непосредственно распечатываемое значение параметра поступает на вход ЦПУ 6 (фиг. 1) с выхода бло 1311890 8ка 10 сравнения, а именно, с объединенных выходов регистров времени АЦП21 и 22 (фиг. 4) .Блок 39 формирования сигнала"Сброс" (фиг. 6) обеспечивает формирование двух сигналов: "Сброс" и"Прогон ЦПУ". Первый формируется после распечатки последнего четвертогопараметра Ри поступает на входвсех элементов устройства для уста- .новки их в исходное состояние в случае отсутствия брака, При включенииустройств контроля и в случае выявления брака (отклонение параметра эапределы допустимого) команда "Сброс"формируется вручную, с помощью кнопки "Сброс" (не показана).Команда "Прогон ЦПУ" обеспечиваетформирование свободных зон на бланкераспечатки параметров, что облегчаетанализ результатов документирования.В случае поступления на вход блока 39формирования сигнала "Сброс" (фиг.6)сигнала "Брак" с УУ 11 (фиг. 1), аименно, с выхода блока 19 выявлениябрака (сигнал Л, фиг. 3) блоком 39формирования сигнала "Сброс" (фиг,6)формируется сигнал "Прогон" ЦПУ,длительность которого в 2 раза больше длительности сигнала "Прогон",сформированного без брака. Это обеспечивает в материалах документирования выделение документа бракованногосварного соединения.1П р и м е р. Производят сваркутрением заготовок ф 32 из стали35 хГСА на машине ГД. Режим сварки следующий: давление нагрева Р ==70 МПа (давление проковки Р=150 МПа, 40осадка нагрева Ь 1 ц=7 мм, суммарнаяосадка Ь 1=11 мм, время нагреваСц=12 с, время проковки пр =9 с; время нарастания давления нагрева=1,5 с, время нарастания давления проковкина пр =1 с, На осцилло,грамме (фиг.12) приведены кривые изменения основных параметров сварки во времени. Контроль давления нагрева осуЛществляется в момент времен конт.м 50=3 с относительно начала сварки,время нагрева С и осадка нагреваЬ 1- в момент включения проковки,давление проковки Р - в момент врепрмени Тщ, р =1.,2 с относительновключения проковки. Допустимое отклонение реального параметра от эталонного (выставленного) для давлениянагрева Ьсоставляет 3 МПа, давления проковки й 5 МПадля осадки нагрева й а 1 0,3 мм, для времени нагрева д 1.с. Регламентация процесса сварки осуществляется по осадке нагрева, Из 200 сварных заготовок, сваренных на приведенном режиме с описанным контролем параметров 6 сварены на параметрах, выходящих за установленные пределы, т.е. зафиксирован брак по параметрам. Все 200 сварных заготовок подвергнуты одинаковой термической обработке и из них подготовлены детали, которые испытывались на из- гиб, Все 194 детали, сваренные с соблюдением предлагаемой технологии,озагнуты на угол 180 (П) без разрушения и образования трещин. Иэ 6 деталей, сваренных с нарушением описанной технологии, 5 оказались бракованными (разрушались при угле загиба менее 180 (П).Применение способа и устройства для контроля процесса сварки трением позволяет упростить технологию койтроля и конструкцию устройства для контроля процесса сварки трением.Формула изобретения1. Способ контроля процесса сварки трением, при котором сравнивают текущее значение каждого из контролируемых параметров и при отклонении их на величину более допустимой от эталонного значения отбраковывают сварное соединение, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения технологии контроля и реализующего его оборудования, в качестве контролируемых параметров выбирают величины давления нагрева, осадки нагрева, времени нагрева и давления проковки, контроль которых осуществляют в следующей последовательности: давление нагрева контролируют в момент времени, соответствующий 20-353 заданного времени нагрева, в момент включения режима проковки контролируют время нагрева и величину осадки нагрева, в момент времени, соот-, ветствующий 30-457 заданного времени проковки, контролируют давлениепроковки, причем момент времени для контроля давления нагрева и момент времени для контроля давления проковки выбирают в указанных пределах пря-, мо пропорционально заданным техничес 1311890ким значениям давления нагрева и давления проковки соответственно.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа в момент контроля осуществляют дополнительно регистрацию величин каждого из контролируемых параметров.3. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что при отклонении 10 контролируемых параметров от эталонного значения более чем на допустимую величину подают сигнал на запрет разжима и отведения тисков сварочной машины в исходное положение, что яв ляется сигналом для отбраковки сварного соединения.4. Устройство для контроля процесса сварки трением, содержащее датчики давления и перемещения, подключен ные через коммутатор на вход аналого" цифрового преобразователя, генератор, подключенный к первому входу счетчика, блок управления машинной сварки трением, о т л и ч а ю щ е е с я 25 тем, что в него введены последовательно соединенные блок исходных данных, блок сравнения и блок управления, второй вход которого соединен с первым выходом счетчика второй 30 выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, третий вход которого соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя, четвертый вход блока сравнения соединен с первым выходом блока управления, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющим входом коммутатора, вторым входом счетчика и входом блока исход ных данных, пятый выход блока управления соединен с входом блока управления машины сварки трением, первый и второй выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым 45 входами блока управления. 5. Устройство по п, 4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на триггере начала нагрева, вход которого является третьим входом блока управления, а выход - третьим его выходом, второй вход блока управления соединен с первым входом блока управления коммутатором и первым входом блока выделения брака, выход которого является пятым выходом блока управления, первый вход блока управления соединен с вторым входом блока выявления брака, третий и четвертый входь 1 которого соединены соответственно с первыми вторым выходом блока управленияканалами контроля, первый вход которого соединен с вторым входом управления коммутатором, выходом блокауправления каналом контроля перемещения и первым входом блока выборарегистра, выход которого соединен счетвертым выходом блока управления,второй вход блока выбора регистра соединен с первым выходом блока управления коммутатором, второй выход которого является вторым выходом блока управления, четвертый вход которого через триггера конца нагревасоединен с входом блока управленияканалом контроля перемещения, пятымвходом блока выявления брака и первым выходом блока управления, выходтриггера задержки соединен с третьимвходом блока выбора регистра и вторым входом блока управления каналамиуправления,6. Устройство по и. 4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, блок сравнения выполнен на регистре аналогоцифрового преобразователя, первый вход которого является третьим входом блока сравнения, второй вход которого соединен с первым входом регистра нагрева, выход которого соединен с выходом регистра аналого-цифрового преобразователя и первым входом первого сумматора, второй вход которого является первым входом блока сравнения, выход первого сумматора соединен через второй сумматор с первым выходом блока сравнения, четвертый вход которого соединен с вторым входом регистра времени нагрева и через инвертор - с вторым входом регистра аналого-цифрового преобразователя.7. Устройство по п. 4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок исходных данных выполнен на пульте набора, выход которого соединен с первыми входами регистров блока, вторые входы которых соединены с входом блока исходных даннь 1 х, выход которого соединен с выходами всех регистров блока, третьи входы первого и пятого регистров соединены с первым выходом селектора., второй выход которого соединен с третьими входами1 З 18 О 12второго и шесторого регистров, тре- селектора, четвертый выход котороготьи выходы третьего и седьмого ре- соединен с третьими входами четвертогистров соединены с третьим выходом го и восьмого регистров.1311890 Составитель В.Грибоедактор С.Патрушева Техред А.Кравчук Корректор М,Пож Заказ 1921 сн Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектна Тираж 916 НИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 13035, Москва, Ж-З 5, Раув