Способ неразрушающего контроля прочности сварных соединений

 

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 отношения отих величин. О прочности судя г по разнице значения полученной зависимости в конце сварки и экстремумом этой зависимости . 2 ил.

(19) (I () СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 6 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4862780/28 (22) 27.08.90 (46) 30.06.92. Бюл. М 24 (71) Конструкторское бюро точного электронного машиностроения (72) А.А, Козич (53) 620.179.16(088.8) (56) Электронная техника. Сер. 8. Управление качеством, метрология, стандартизация, 1979, вып. 3, с. 11-25..

Proceedings of the Technical programme

international Microelectronics, 1977.

internet!onal electronic pacI

production conferences. England, Brighton, 18-20 October 1977, рр. 83 — 86, 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 НЕРАЗРУШАЮЩЕГО 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 отношения 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, про- ъ порциональный амплитуде колебаний ультразвукового преобразователя при возбуждении его сварочным импульсом в холостом ходу, получают сигнал обратной связи, + пропорциональный амплитуде колебаний С ультразвукового преобразователя.во время Од сварки, и формируют разностный сигнал, Ql 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 рочности соединений.

Недостатком способа является низкая точность контроля, обусловленная тем, что

1744635 на упомянутый разностный сигнал влияет ряд факторов: выходное сопротивление ультразвуковогоо генератора., напряжение возбуждения ультразвукового преобразователя, начальные условия в зоне сварки, величина деформации соединяемых деталей в момент выхода инструмента ультразвукового преобразователя на ггозицию сварки и величина усилия сжатия соединяе. мых деталей, Целью изобретения является повышение точности контроля, Это достигается тем, что в способе контроля сварных соединений в процессе сварки, зондируют изделие посредством последовательно соединенных генератора и ультразвукг ваго преобразователя и измеряют величину тока ультразвукового преобразогателя, с учетом которой судят о прочности сварных соединений„регистрируют зависимость отношения величины тока ультразвукового преобразователя и величины возбуждающего напряж8HMR f8 нератора от времени сварки, а о прочности сварного соединения судят по разнице между экстремумом этой зависимости и ее точки, соответствующей концу сварки, На фиг. 1а представлен характер изменения во время сварки сигнала отношения при делении первого сигнала обратной связи на второй (кривая 1) и соответствующего этому разностного сигнала (кривая 2); на фиг, 1б — сигнал отношения от деления второго сигнала обратной связи на первый (кривая 3) и соответствующего этому разноcTHofo сигнала (кривая 4); на фиг, 2 — упрощенная эквивалентная схема входной цепи ультразвукового преобразователя.

Способ осуществляют следуюгцим образом.

Теоретические основы способа. Для уяснения физической сути способа обратимся к упрощенной эквивалентной схеме входной цепи ультразвукового преобразователя (см. фиг. 2) при возбуждении его на частоте резонанса. Эта схема получена методом электромеханических аналогий сила — напряжения, колебательная скорость— ток, пренебрегая потерями на излучение в воздух, и узел акустической развязки и нелинейными эффектами при преобразовании электрической энергии в механическую.

На фиг. 2 обозначено:

U — амплитуда напряжения, возбуждающего ультразвуковой преобразователь; ! — амплитуда тока во входной цепи ультразвукового преобразователя, R — собственное сопротивление потерь преобразователя (резонансное сопротивление ультразвукового преобразователя в холостом ходу);

r — сопротивление потерь в зоне сварки (вносимое сопротивление);

5 U — амплитуда падения напряжения на сопротивлении (аналог силы сопротивления перемещению инструмента).

На основании закона OMa U = r I, если

I = const = с, т.е, стабилизируется ток во

10 входной цепи или колебательная скорость ультразвукового преобразователя, то

U=rc r, (1) т.е. сила сопротивления перемещению инструмента пропорциональная r, 15 Если Ur= const = с, т,е, стабилизируется напряжение возбуждения,то

Ur cr r

R+г R+ã Я+г т.е. сила сопротивления перемещению инс20 г трумента пропорционал ьна —, R+r

Поскольку значение г в начале процесса сварки содержит информацию о начальном состоянии соединяемых деталей (начальная

25 деформация, усилие нагружения, начальное состояние поверхностей соединяемых детаneA), то для формирования сигчала $, пропорционального прочности соединения на срез, необходимо произвести вычитание;

U- Оч = с (г- гн )(I = const

t (r — г„)R (R+ гДР - ;,)! где U<, rH — соответствующие параметры, характеризующие начальное состояние в зоне сварки, Откуда г — гн R

S=(r-г„)! t- n t

+r +гн)

U = const (3)

Основная идея предлагаемого способа и состоит в том, чтобы сформировать сигнал

5 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 заключается в следующем.

Способ-прототип и предлагаемый способ работают только при возбуждении ультразвукового преобразователя на частоте резонанса. Согласно предлагаемому способу для контроля прочности соединения во

5 время выполнения сварки 1 (фиг. 1) получают первый сигнал обратной связи U>, пропорциональный колебательной скорости ультразвукового преобразователя,,ля получения укаэанного сигнала мож -o воспольэо:;. òüñ. либо да чиком, к::- во входной

1T44635

10

20 во входной цепи ультразвукового преобра- 25

45

55 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 U> получают второй сигнал обратной связи Uz, 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 Uz к первому U1- Uz/U ч формировэть сигнэл Отношениг;, п л лорционэльный резонансному сопротивлению входной цепи ультразвукового преобразователя.

Если система ультразвуковой генератор — ультразвуковой преобразователь работает в режиме стабилизации напряжения возбуждения ультразвукового преобразователя, то необходимо определять величину отношения первого сигнала обратной связи

41 ко второму U2 - U>/Uz и формировать, следовательно, сигнал отношения, пропорциональный резонансной проводимости входной цепи ультразвукового преобразоВэтеля

Я+r

После 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 фиr, 1а и фиг. 1б), Указанное экстремальное значение и будет являться тем самым первь м знэ 1ением, в котором c:"::äå;;.:.хится информация о начальных условиях сварки.

3-".:д ";жкг на величину Ж (см. фиг, 1), до оонгружения ..;ремума, неог."-о;.;.";ма для окончания пере,. :и,;-:ь х процессов; системе автог одстройки и в ультраэвуковсм преобразователе, вызванил;.к. г эким увличениг в начале св".рки в" збуждэ":"щего ультразвуковой преобразователь напряже-, ния.

Обнаруженное экстремальное значение сигнала отношения запоминают для дальнейшего определения величины разности между запомненным экстремальным и текущим значениями сигнала отношения.

По полученной величине формируют раэностный сигнал (фиг. 1а и 16, кривые 2 и 4), по которому и оценивают прочность соединения.

При работе в режиме со стабильной колебательной скоростью или током во входной цепи ультразвукового преобразователя

5 (фиг. 1а) значение раэностного сигнала пропорционально гя - r, что с точностью до знака совпадает с выражением (3), При работе в режиме со стабильным напряжением возбуждения (фиг. 16) значение разностного сигнала пропорционально

r r (Й+ Г л+ Г

+ — — -, 4TO C ТОЧНОСТЬЮ ДО ПОСТОЯНного во время сварки коэффициента, равного R, совпадает с выражением (3).

Следовательно, на точность определения прочности соединения не влияют ни изменение амплитуды напряжения, возбуждающего ультразвуковой преобразователь, не измен. :я тока во входной цепи ультрэзвуково -о преобразователя, начального состояния по ерхностей соединяемых деталей и усилия их сжатия, что и повышает точность контроля прочности.

П р и м 8 р.

Способ был проверен в лабораторных условиях нэ опытном образце автомата ультразвуковой сварки ЭМ-4170, Испольэовали ультразвуковой преобразователь с часто:: ой резонанса в холостом ходу 69, 85 кГц и ультразвуковой генератор с системами автоподстройки частоты и стабилизации напряжения возбуждения или тока во входной цепи ультразвукового преобразователя.

В режиме стабилизации тока в качестве первого сигнала обратной. связи использо вали ц::;фровой сигнал. значение кода которого о ОР,, до Е"-, задавало значение тока во вход -.о:: цепи ультразвукового преобразователя, поддерживаемого во время сварки постоянным системой стабилизации тока.

В качестве второго сигнала обратной связи использовали сигнал, пропорциональнс.;й нэпряххению возбуждения ультразвуко;-:ого и реобрэ "овэтеля амплитудой î r 1 дс 10 В

В режиме стабилизации напряжения в качестве первого сигнала обратной связи использовали сигнал, с выхода трансформа1744635

Рд//0077Б

Iugность 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 OFH 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 KP

1816ВЕ39 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, а также за счет увеличения надежности полученной продукции.

Формула изобретения

Способ неразрушающего контроля

10 прочности сварных соединений в процессе сварки, заключающийся в том, что зондируют изделие посредством последовательно соединенных генератора и ультразвукового преобразователя и измеряют величину тока

15 ультразвукового преобразователя, с учетом которой судят о прочности сварных соединений, отличающийся 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 Ilo разнице между экстрему25 мом этой зависимости и ее точкой, соответствующей концу сварки.

PuzZ

Составитель А. Козич

Редактор Л, Народная Техред M.Mîðãåíòàë Корректор A,Осауленко

Заказ 2195 Тираж Подписное

В НАКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101