Файл: Фельдман Л.С. Неразрушающий контроль качества клеесварных соединений.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 64
Скачиваний: 0
Полученные закономерности могут быть использованы при создании установки с автоматической регистрацией качества сварных соединений.
Изучение особенностей температурного поля на поверх ности свариваемых деталей вблизи электрода показало, что для контроля сварных соединений можно использовать
аппаратуру, |
основанную |
на улавливании |
инфракрасного |
||||||||||
(теплового) излучения поверхности детали. |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
На |
основании |
изучения |
зависи |
|||||||
|
|
|
мости |
инфракрасного |
излучения от |
||||||||
|
|
|
протекания сварочного процесса и ка |
||||||||||
|
|
W/3 |
чества |
получаемого сварного соеди |
|||||||||
|
|
|
нения |
было |
разработано |
автоматиче |
|||||||
|
|
|
ское |
|
устройство |
для |
контроля |
ка |
|||||
|
|
|
чества |
точечной |
сварки |
в |
|
процессе |
|||||
|
|
|
изготовления |
детали |
[19]. |
Автомат |
|||||||
|
V |
1 |
осуществляет |
контроль |
и |
управляет |
|||||||
|
|
|
процессом точечной сварки по интен |
||||||||||
|
|
|
сивности потока инфракрасного |
излу |
|||||||||
|
|
|
чения, |
исходящего из кольцевой око |
|||||||||
|
|
|
лоэлектродной |
области |
свариваемых |
||||||||
|
|
|
деталей. В момент достижения за |
||||||||||
Рис. 73. |
Схема изме |
данного уровня инфракрасного излу |
|||||||||||
рительной |
|
головки |
чения, |
соответствующего |
определен |
||||||||
автомата |
для |
контро |
ному |
|
качеству |
сварной |
точки, |
авто |
|||||
ля качества точечной |
мат выключает сварочный ток. |
|
|||||||||||
сварки по |
инфракрас |
|
|||||||||||
ному излучению. |
Автоматическое устройство состоит |
||||||||||||
|
|
|
из двух основных частей: измери- |
||||||||||
тельной головки и измерительного блока. |
На |
нижней |
|||||||||||
конической |
поверхности |
кольца |
измерительной |
головки |
(рис. 73) укреплено несколько рабочих фотосопротивле ний 4, улавливающих инфракрасное излучение с по верхности свариваемой детали. К верхнему электроду кольцо / крепится винтом 2. В головке использованы фото сопротивления типа ФСА-1, имеющие максимум чувст вительности в инфракрасной области спектра. Кроме рабо чих фотосопротивлений, головка имеет компенсирующие фотосопротивления 3, расположенные так, что улавливае мое инфракрасное излучение не попадает на их поверхность.
Назначение этих |
элементов — устранить влияние темпе |
|||
ратуры на работу |
установки. |
|
|
|
Принципиальная |
электрическая |
схема |
установки |
|
(рис. 74) представляет |
собой обычную |
мостовую |
цепь, два |
154
плеча которой представляют собой эквивалентные сопротив ления рабочей Rp и компенсирующей RK групп фотосопро тивлений головки.
Два других плеча моста образованы двумя одинако выми постоянными сопротивлениями R и одним пере менным R0, служащим для балансировки мостовой схе мы перед работой.
В измерительную диагональ моста включена обмотка чувствительного реле РМ типа РП-5, а к другой диа гонали подается стабилизированное постоянное напряжение Uo.
Контакты реле РМ соединены с электронным регулятором времени типа РВЭ-7 и служат для подачи им пульса на отключение сварочного тока.
Перед началом работы на свароч ной машине мостовая схема автомата настраивается с помощью потенцио метра R0 так, чтобы ток в цепи реле РМ был равен нулю.
В процессе сварки фотометричес кая головка воспринимает постоянно увеличивающееся инфракрасное излу чение, в связи с чем непрерывно из меняется сопротивление Rp, мостовая схема все больше дебалансируется и через обмотку реле РМ начинает протекать непрерывно увеличиваю щийся ток.
Рис. 74. Принципи альная электрическая схема установки для контроля качества то чечной сварки по ин фракрасному излуче
нию 129].
Когда в обмотке реле РМ ток достигает величины тока срабатывания, контакты этого реле замкнутся и подадут импульс на отключение сварочного тока. Таким образом, прекращение протекания сварочного тока будет' всегда происходить при одной и той же степени нагрева сваривае мого изделия.
Мостовая схема установки рассчитана таким образом, чтобы на выходе ее получалась максимальная мощность, позволяющая работать без усилителя. При этом схема обла дает высокой чувствительностью, обеспечивающей улав ливание даже слабых сигналов инфракрасного излучения, имеющих место при малом времени сварки.
155
Для регистрации интенсивности инфракрасного излу чения в установке предусмотрено подключение шлейфа осциллографа.
Испытание установки проводили на образцах из мало углеродистой стали толщиной 2,5—3,0 мм. Для испытания были сварены специальные опытные образцы с преднаме ренно нарушенным оптимальным режимом (занижали или завышали ток и усилие сжатия электродов, изменяли ха рактер подготовки образцов). Перед сваркой автомат на страивали таким образом, чтобы сварочный ток выклю чался в момент образования литого ядра диаметром 9,5— 10 мм, что соответствовало определенному уровню инфра красного излучения.
Автомат был опробован при исследовании зависимости прочности сварного соединения и размеров литого ядра от
параметров сварочного режима и подготовки |
образцов. |
|||
Так при изменении усилия сжатия электродов |
в 1,5—2 |
|||
раза разброс по разрывному |
усилию, на сварную точку со |
|||
ставлял |
± 6 % . Отклонение |
от установленного |
диаметра |
|
сварного |
ядра — около |
5%. |
|
|
При |
лабораторных испытаниях установлено, |
что при |
||
отклонении сварочного |
тока |
и усилия сжатия электродов |
от оптимальных режимов устройство автоматически регу лирует время протекания сварочного тока, обеспечиваю щего требуемую прочность соединения.
Необходимо продолжить испытания устройства в на правлении учета многообразия параметров (различные материалы, толщина и геометрия сварного соединения, режимы сварки и т. п.), влияющих на результаты измерения, и более четкого выделения полезной информации о каче стве сварного соединения.
Контроль качества клеевых соединений тепловыми методами
Для контроля качества клеевых соединений был пред ложен метод [77] с использованием инфракрасного излу чения. Исследовали односторонний метод контроля, при котором как нагреватель, так и приемник находятся на одной и той же стороне образца. На основании данных исследований была разработана установка для инфракрас ного контроля, схема которой приведена на рис. 75. Для
156
нагрева образцов использовали инфракрасную лампу мощностью 250 вт с вмонтированным рефлектором. Инфра красный приемник, применяемый для измерения колеба ний температуры поверхности, состоит из фотосопротив ления (сернистый свинец) с площадью чувствительной поверхности 8,13 х 8 , 1 3 л ш 2 . Кривая чувствительности фотосопротивления является почти прямолинейной для длины волны от 1 до 2,5 мкм и составляет 3 дб при 2,85 мкм.
Температура |
приемника |
в течение |
всего |
испытания |
была постоянна |
и равнялась |
25° С. При |
этой |
температуре |
/
Рис. 75. Схема установки для инфракрасного контроля клеевых соединений:
/ — регистрирующее устройство; S — усилитель; 3 — фотосопротнвлснне; 4 — защитный экран; . 5 —нагреватель; 5 — образец; 7 — фильтр; 8 — секторный диск; 9 — мотор.
потребовалось приблизительно 100 мксек для того, чтобы под воздействием модулированной радиации сигнал достиг 63% от максимального.
Перед фотосопротивлением был установлен инфракрас ный фильтр для видимых компонентов света, например, для освещения окружающей среды.
Вращающийся секторный диск служил перерывателем для получения сигнала переменного тока приблизительно в 100 гц, который затем усиливается усилителем звуковой частоты.
Во время |
испытания образец вращался со скоростью |
3 об/мин. Так |
как нагревательная лампа и детектор нахо |
дятся на расстоянии друг от друга под углом примерно 90°, температура поверхности измерялась через 5 сек после нагрева.
157
Контролируемые образцы состояли из цилиндрического стального корпуса (оболочки) длиной 254 мм, с внешним диаметром 152 мм, толщиной стенок 3,2 мм и прокладки толщиной 3,2 мм. Эталонный образец имел дефект между стальным корпусом и прокладкой вдоль всей длины цилиндра в виде непроклея шириной 25,4 мм. Поверхность образцов окрашивали в черный цвет для обеспечения равномер ного нагрева и излучения тепла, за исключением узкой полосы, проходящей параллельно цилиндру, которая была оставлена для регистрации оборотов изделия. В месте не проклея наблюдалось увеличение излучения тепла, свя занное с повышением температуры поверхности образца над непроклеенным участком, вызванным пониженной пере дачей тепла в прокладку. Ширина графического изображе ния дефектов оказалась больше действительной ширины мест непроклея из-за того, что сталь обладает большей теплопроводностью по сравнению с прокладкой, и тепло в ней быстро распространяется в поперечном направлении. Для алюминиевых образцов, которые обладают большей теплопроводностью, это явление еще заметнее и выявлен ные дефекты оказываются более широкими по сравнению с их действительными размерами.
Дефекты в образцах выявлялись, когда температура поверхности достигала 60—70° С. При дальнейшем повы шении температуры обнаруживается большее количество дефектов.
Записи распределения температуры по поверхности, полученные примерно после 10 оборотов образцов под нагревательной лампой, достаточно четки для определения непроклеев. После нагрева приблизительно в течение 1 ч температура поверхности повышается примерно до 80° С. Если в этот момент нагревательная лампа выключается, наблюдаются следующие явления: в течение короткого периода времени сталь продолжает оставаться более горя чей, чем прокладка, амплитуда кривой постоянна, затем амплитуда в месте дефекта постепенно уменьшается до тех пор, пока в определенный момент кривая не меняет своего направления. Это указывает на то, что температура над дефектом клеевого соединения ниже по сравнению с участ ками, где качественные клеевые соединения нагревают стальную оболочку.
Выявление дефектов при остывании менее четко, чем при нагреве, вследствие вредного влияния потока тепла
158
в поперечном направлении. Тем не менее изменение показа ний достаточны для того, чтобы можно было обнаружить дефекты. Контроль при остывании можно применять, когда местный нагрев может вызвать опасность взрыва контроли руемого изделия или дефекта конструкции (выпучивания материала, отслоения и др.).
Метод инфракрасного контроля качества клеевых сое динений необходимо совершенствовать и расширять области его применения.
Одним из тепловых методов контроля качества клеевых соединений является метод теплового импульса [29]. Сущ ность этого метода состоит в следующем. Участок об шивки изделия подвергается местному кратковременному нагреву мощным источником тепла. В нагреваемой зоне возникают температурные напряжения, которые при до стижении критических значений вызывают местную потерю устойчивости. В результате происходит выпучивание нагретого участка обшивки. Величина прогиба определя ется сопротивлением заполнения. В случае качественного соединения этот прогиб мал, при полном нарушении скле ивания он имеет максимальную величину. Поскольку напряжения, возникающие между обшивкой и заполни телем, одного порядка с рабочими при сильно пониженной прочности клеевого шва происходит отрыв обшивки от подложки. В данном случае метод теплового импульса не является полностью неразрушающим. Однако при контроле повреждаются лишь заведомо бракованные из делия.
Для обеспечения равномерного нагрева всей контро лируемой поверхности с постоянной скоростью наружная обшивка при контроле окрашивается темной шерохова той краской. Установка состоит из системы нагрева и сис темы измерения прогибов обшивки. Система нагрева пред ставляет собой устройство радиационного типа, в котором источником энергии служат кварцевые лампы. Включение нагревателя на необходимое время теплового импульса осуществляется электронным реле времени. Система изме рения включает индуктивный трансформаторный датчик для измерения прогиба обшивки и осциллограф для записи показаний. Вся поверхность контролируется путем пооче редного нагрева отдельных участков. Каждый последую щий участок должен располагаться по отношению к пре дыдущему таким образом, чтобы расстояние между осями
159
нагреваемых кругов было не менее четырех диаметров на греваемого круга.
Длительность нагрева выбирается в зависимости от
параметров контролируемого изделия и составляет |
от деся |
|
тых долей до 2—3 сек. |
|
|
Рассматриваемый |
метод можно использовать |
только |
в тех случаях, когда |
обшивка изделия обладает большой, |
а подложка малой теплопроводностью. Поэтому область его применения ограничена типами конструкций, что, без условно, является недостатком.
В отличие от других методов контроля клеевых соедине ний метод теплового импульса оценивает не параметры, имеющие лишь косвенную связь с прочностью соедине ния, а непосредственно рабочую характеристику изделия. В этом состоит его основное преимущество.
Г л а в а 8
МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КЛЕЕСВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ПРИНЯТАЯ В ЗАВОДСКОЙ ПРАКТИКЕ
Схема контроля качества клеесварных соединений
На основании изучения и систематизации дефектов клеесварных соединений, выяснения возможностей физи ческих методов контроля и их применимости к выявлению дефектов была принята методика, предусматривающая контроль за процессом сварки на всех его этапах.
Практически это осуществляется следующим обра зом:
1) контроль качества подготовки поверхности под сварку внешним осмотром и по контактному сопротивлению не посредственно на деталях или образцах от каждой загрузки ванны травления; контактное сопротивление должно быть не выше установленных норм;
2)контроль качества сборки и прихватки сопрягаемых деталей;
3)испытание контрольных образцов технологической пробы при подборе режима сварки — рентгеновское про свечивание не менее трех образцов с пятью сварными точ-
160