Файл: Фельдман Л.С. Неразрушающий контроль качества клеесварных соединений.pdf

При работе с двумя искателями пьезоэлементы / и 2 посылают два направленных навстречу друг другу пучка ультразвуковых колебаний.

При этом так же, как и в первом случае, в точке с хоро­ шим проваром оба пучка проходят через ядро точки и рас­ сеиваются в нижнем листе. В случае непровара оба пучка проходят только в верхнем листе, многократно отражаются и принимаются каждым искателем.

Так как оба искателя ра­ ботают по отношению к при­ емной схеме усилителя син­ хронно, то на экране трубки дефектоскопа появляется им­ пульс, указывающий на на­ личие непровара в точке.

При контроле сварного соединения листа с про­ филем возможна работа с призматическим искателем ЦНИИТМАШ (рис. 47). При этом в случае хорошего про­ вара ультразвуковые коле­ бания проходят через ядро точки, отражаются от края профиля и принимаются ис­ кателем, а в случае непрова­ ра колебания рассеиваются в листе, не проникая в профиль.

Практически контроль сварных точек производится следующим образом. Поверхность контролируемого изде­ лия покрывается тонким слоем масла, служащего для со­ здания акустического контакта. Искатель устанавлива­ ется на участок, не имеющий сварных точек, и произво­ дится регулировка чувствительности дефектоскопа. Опти­ мальной является чувствительность, при которой импульс на экране дефектоскопа имеет высоту 15—20 мм над линией развертки. Затем с помощью искателя в зону сварной точки вводятся ультразвуковые колебания.

При контроле желательно вводить максимальную отсечку сигнала и добиваться требуемой чувствительности за счет усиления приемного тракта дефектоскопа.

Автор исследовал возможность использования ультра­ звукового метода контроля для определения диаметра

90

ядра сварных точек и непровара в клеесварных соединениях из сплава Д16 перед нанесением клея, так как клей ока­ зался прозрачным для ультразвуковых колебаний.

Для определения диаметра ядра сварных точек иска­ тель перемещался над точкой, и в момент исчезновения сигнала на экране дефектоскопа на детали делалась отметка положения искателя. Дальнейшее перемещение искателя на диаметрально противоположный край точки приводил к появлению сигнала и снова делалась отметка на детали. Расстояние между отметками соответствовало диаметру сварной точки.

В табл. 21 приведены результаты определения с по­ мощью ультразвукового дефектоскопа значений диаметра сварных точек образцов с нормально выполненными свар­

найденные при помощи металлографического исследования.

В целом ряде случаев диаметр ядра, полученный с по­ мощью ультразвукового дефектоскопа, оказывался больше диаметра, найденного путем металлографического иссле­ дования, за счет погрешности эксперимента, а также наличия вокруг сварной точки зоны слипания свариваемых листов.

Для выяснения возможности определения непровара с помощью ультразвука были сварены 10 технологических

91

с помощью ультразвука слипание не было обнаружено, но четко фиксировался непровар с наличием воздушной прослойки между листами.

В результате проведенных работ установлено, что ультра­ звуковой метод контроля позволяет обнаружить только один из видов непровара — отсутствие сварки с наличием воздушной прослойки между листами.

По причине прозрачности зоны слипания для ультра­ звуковых колебаний метод не позволяет отличить наиболее опасный дефект точечной сварки алюминиевых сплавов — слипание, характеризующееся отсутствием литого ядра с возможным наличием кратера, от качественного сварного соединения. Диаметр ядра в этом случае, измеренный на плоских панелях, может быть больше диаметра кратера за счет включения зоны слипания. Эта особенность метода существенным образом ограничивает область его приме­ нения. Метод позволяет при наличии качественной сварки определить диаметр ядра с точностью до +25% . Нестабиль­ ность и субъективность результатов контроля, а также значительная трудоемкость метода ограничивают приме­ нение его в промышленности.

Вопрос о целесообразности проведения ультразвуко­ вого контроля точечной сварки должен рассматриваться в каждом конкретном случае с учетом указанных недо­ статков метода.

Ультразвуковой контроль сварных точек по отражению ультразвуковых колебаний в процессе сварки

H. М. Тарасов и В. К. Карташов 155, 56] предложили способ контроля формирования литого ядра при контакт­ ной точечной и роликовой сварке. Предложенный способ основан на отражении ультразвуковых колебаний от гра­ ниц раздела жидкая — твердая фаза и производится он в процессе сварки. Вследствие значительного изменения акустических свойств металла при переходе из твердого в жидкое состояние граница расплавленного в процессе точечной сварки ядра является интенсивным источником отражения ультразвука.

При контроле используется импульсный эхо-метод с вво­ дом нормальных ультразвуковых колебаний в сваривае-

92

мыи лист рядом с электродом в направлении центра свари­ ваемой точки.

На рис. 48 представлена принципиальная схема конт­

жателю на эластичной подвеске крепится призматический искатель, контактная поверхность которого выступает на несколько миллиметров ниже контактной поверхности верхнего электрода, что создает в момент сварки необхо­ димое прижатие призматического искателя к верхнему

чается в том, что момент появления литой зоны опреде­ ленных размеров и окончание процесса затвердевания ее определяют по возникновению и исчезновению отраже­ ния ультразвукового сигнала от расплавленного ядра. В основу контроля положен амплитудно-временной метод, при котором за критерий оценки размеров ядра принято время существования отраженного ультразвукового сиг­ нала от расплавленного ядра в течение протекания свароч­ ного тока. При отсутствии расплавления ультразвук сво­ бодно проходит по листу, не давая отражения.

В общем случае, кроме ультразвукового сигнала, отра­ женного от расплавившегося ядра (полезный сигнал), мо­ гут наблюдаться помехи в виде электродного отражения, отражения от вмятины и от возможного буртика в области контакта свариваемых деталей. Хотя все перечисленные отражатели размещаются практически в одной селекти­ руемой области, но в ряде случаев могут быть разделены во времени. Наличие ряда отраженных сигналов зависит

93

от свойств свариваемых материалов. Так, в нержавеющих сталях, высокопрочных материалах типа BHG измене­ нием чувствительности ультразвукового дефектоскопа отделяются помехи и остается только полезный сигнал.

Кроме отраженных ультразвуковых сигналов, из области сварочного контакта могут появляться на экране электрон­ но-лучевой трубки ультразвукового дефектоскопа отраже­

что соответствует радиусу сварного ядра. При выклю­ чении тока источник отражения приближается к оси и исчезает на некотором расстоянии, что отражает процесс за­ твердевания. В этом случае расстояние сигнала от оси элект­ родов показывает в некотором масштабе радиус расплав­ ленного ядра в соответствующий момент сварочного цикла. При этом возможно автоматическое регулирование процесса сварки путем доведения до заданного размера радиуса ядра и выключения сварочного тока. Точность определе­ ния радиуса ядра составляет +1,0 мм. Необходимо учи­ тывать еще дополнительную погрешность за счет измене-

94

ния расстояния между искателем и электродом. Поэтому описанный способ контроля рекомендуется при сварке листов толщиной не менее 4—5 мм, когда ядро достигает значительных размеров и допустимы измерения диаметра его с точностью ±2 мм.

При меньшей толщине свариваемых листов целесооб­ разен контроль диаметра ядра амплитудным методом, при котором точки нормальных размеров дают ультразву­ ковое отражение заданной величины, а точки малых раз­ меров получ-ают меньшее отражение и отбраковываются.

Амплитудный метод исследовали при сварке листового материала толщиной 1,0—З.Олш, Определяли оптимальные параметры контроля: частоту ультразвуковых колебаний, угол ввода, зону селекции и расстояние между искателем

иэлектродом.

Врезультате исследований установлено, что оптималь­ ным является интервал частот 2,5—5 Мгц. Ультразвуковые колебания с частотой свыше 5 Мгц тяжело ввести в свари­ ваемый лист, а применение низких частот (менее 2,5 Мгц) приводит к увеличению размеров искателя и понижению разрешающей способности. В табл. 22 приведены рекомен­ дуемые частоты для контроля материалов. На этих частотах получается надежное отражение ультразвуковых коле­ баний от ядра, если его диаметр больше указанных мини­ мальных значений.

уменьшения влияния помех, при этом ось электродов и гра­ ница ядра должны обязательно находиться в этой зоне.

95

При совмещении одного из краев зоны селекции с осью электродов второй край должен находиться на несколько большем расстоянии, чем требуемый по техническим усло­ виям радиус ядра. Необходимо также учитывать темпера­ турный дрейф, связанный с наличием зоны термического влияния, в которой скорость ультразвука уменьшается, вследствие чего отраженный от ядра сигнал несколько сме­ щается относительно положения, установленного по холод­ ному металлу.

Обычно с учетом температурного дрейфа зона селекции выбирается равной 0,7d3, где d3 — диаметр контактной поверхности электродов.

І\ПЛА.Г>

При значительном увеличении расстояния растет коли­ чество рассеянной ультразвуковой энергии, поэтому его необходимо выбирать минимальным (насколько позволяет конструкция приспособления для установки искателя).

Настройка аппаратуры на фиксацию ядра определен­ ных размеров производится регулированием мощности посылаемых ультразвуковых колебаний и усиления дефек­ тоскопа. Эти параметры выбираются так, чтобы при сварке на оптимальном режиме возникло отражение, достаточное для срабатывания фиксирующей аппаратуры.

На рис. 50 приведены осциллограммы отраженных ультразвуковых колебаний, полученные при контроле качества сварки листов из стали 1 х 1Х18Н9Т толщиной 2 + 2 мм с продолжительностью сварки 0,24 сек и различ­ ными значениями сварочного тока. " В результате испыта-

96