книги / Технология и оборудование контактной сварки

В некоторых случаях при контроле сварки разноименных металлов границы литой зоны можно выявлять без РКМ, используя различия в их коэффициентах ослабления излучения.

Радиография указанных соединений может быть выполнена с использованием не только дорогостоящей рентгеновской пленки,

но также фотобумаги и фотокальки.

Возможности механизации и автоматизации процесса контроля^, снижения его трудоемкости и стоимости при сохранении высокой контрастности изображения дефекта открываются при использовании радиоскопии, в частности рентгеновидиконов в сочетании с дистан­ ционным телевизионным экраном. Так, рентгеновидиконовую уста­ новку ЛИ-417 успешно используют для контроля соединений из сплава АМгб толщиной 2 + 2 мм с РКМ в виде ленты. В связи с возможностью увеличения изображения (Х50) чувствительность контроля сохраняется достаточно высокой. Скорость контроля при этом удается увеличить в 10 раз по сравнению с радиографией, так как можно анализировать изображение не менее 30 точек в ми­ нуту. Весьма перспективен для указанных целей радиометрический сканирующий контроль и ксерорадиография.

Для выявления несплошностей в соединениях, выполненных

от конструкции узла, физических параметров и толщины сварива­ емых металлов. При сварке толстостенных заготовок, в том числе и трубных, целесообразна схема с установкой источника излучения под некоторым углом к оси шва.

Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуко­ вых колебаний (УЗК) распространяться в металле в виде напра­ вленных волн на большие расстояния и отражаться от участка разной плотности, например дефектов, при условии, если их размеры по толщине больше длины ультразвуковой волны. Современ-ные дефек­ тоскопы в основном работают с частотой распространения упругих колебаний в диапазоне частот 0,5—25 МГц и способны четко обна­ руживать дефекты размером не менее 10 мкм.

Ультразвуковой контроль позволяет в общем случае определять следующие дефекты соединений, выполненные контактной сваркой: раковины, трещины, поры, выплески, а также локальные скопления оксидов (последний дефект характерен для стыковой сварки опла­ влением). Выявление этих дефектов проводится обычными методами ультразвуковой дефектоскопии. Наиболее опасный дефект — не­ провар вследствие отсутствия при этом несплошностей и малой толщины поверхностных оксидов ультразвуковым методом контроля не выявляется.

Выбор схемы прозвучивания (обычно используется эхо-метод) зависит от толщины и конфигурации сварного узла. Так, например, для обследования швов по глубине стыка труб или полос, сваренных стыковой сваркой оплавлением, применяют зеркальный способ «тандем», при котором на специальной рамке одновременно рас­ полагают призматические подвижные излучатель 1 и приемник 2 (рис. 9.5, а). Успешно прозвучивать тонкостенные трубы (3—7 мм) малого диаметра (25—100 мм) можно, используя раздельные акусти­ ческие схемы с наклонными преобразователями 1 и 2 «Дуэт», которые за счет излучения поперечных ультразвуковых волн существенно расширяют область обследования шва, увеличивают разрешающую способность и достоверность контроля (рис. 9.5, б).

Магнитные методы контроля могут быть использованы главным образом при дефектоскопии соединений, выполненных из ферро­ магнитных материалов стыковой сваркой. Хорошо обнаруживаются

, Ось шва.

Рис. 9.5. Схема ультразвукового контроля:

а — контроль подвижными искателями «тандем»: 1 — излучатель; 2 — приемник; 3 — стенка

трубы; 4 — рамка; б — четырехэлементная акустическая схема с двумя наклонными раздель­ ными искателями «Дуэт»

расшифровки получаемого изображения. При точечной сварке ста­ лей в ряде случаев кроме дефектов несплошности удается фиксиро­ вать наружные границы пояска.

Электромагнитный метод контроля или метод вихревых токов используют для определения размеров d при точечной сварке соеди­ нений на деталях из стали 08кп, сплавов АМгб, Д16, ОТ4-1 (дефекто­ скопы ДСТ-5РПИ и др.). При контроле (рис. 9.6) переменное магнит­ ное поле 1 накладного преобразователя 2 возбуждает в зоне сварки вихревые токи 3, величина которых зависит от локальной электро­ проводимости— размеров литого ядра. При отсутствии литого ядра она максимальна и соответствует полному непровару (d = 0). С уве­ личением литого ядра до номинального значения dH она снижается на 12—15 %. Колебание электропроводимости вызывает соответству­ ющее изменение электрических параметров R'L' системы преобра­ зователь— деталь и фазы выходного напряжения, подводимого к клеммам Л, Б электрического моста 4. Это вызывает отклонение стрелки фазометра 5. Шкала прибора градуирована в размерах d. Наличие вмятин от электрода учитывается при настройке дефекто­ скопа. Показания прибора чувствительны к изменению зазоров между деталями, размеров пояска и вмятины.

§ 9.3. КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА СВАРКИ

Сложность организации этого контроля объясняется крат­ ковременностью процесса сварки (часто не больше десятых долей секунды), большой производительностью работы оборудования, им­ пульсным характером электрических параметров, недоступностью наблюдения за формирующейся зоной соединения и другими фак­ торами.

Рассмотрим следующие важнейшие виды контроля процесса сварки: 1) контроль параметров режима сварки; 2) контроль процесса по обобщающим параметрам и 3) многофакторный контроль.

9.3.1. Контроль параметров режима сварки

Этот контроль проводят с целью обеспечения стабильной работы сварочного оборудования. Задача решается путем создания специальной аппаратуры периодического и непрерывного измерения,

ление температур может быть различным. Экспериментально уста­ новлено, что наиболее информативно при прочих равных усло­ виях измерять ток к концу цикла сварки, где электрическое сопро­ тивление гээ становится относительно стабильным. В частности (при tCB Е> 0,1 с), на однофазовых машинах переменного тока целе­ сообразно измерять действующее значение / св за последний полупериод, а на машинах с униполярным импульсом — амплитудное I св maxИмпульсы сварочного тока в общем случае несинусоидальны и кратковременны, поэтому для их измерения используют специаль­ ные датчики и аппаратуру. Так, датчик типа ДСТ применяют для наблюдения и записи формы импульса сварочного тока на магнито­ электрическом или катодном осциллографе (устойчиво работает при / св > 5 кА). При взаимодействии протекающего через полупровод­ никовую пластинку 5 (рис. 9.7) постоянного тока 1Г от батареи Еб (клеммы 3—4) с магнитным полем напряженностью Н токоведущего участка 6 сварочной машины на клеммах 1—2 возникает поперечная ЭДС Холла

Ux = kx I6H = fe1iCB

где kx — коэффициент, зависящий от материала и размеров полу­ проводниковой пластинки.

Пропорциональность величин Ux n Н позволяет измерять магнит­ ное поле машин, а следовательно, и сварочный ток. Для этого необ­ ходимо лишь знать масштаб сигнала Ux в амперах при постоянном значении / б, которое устанавливают переменным сопротивлением R и измеряют миллиамперметром мА при замыкании выключателя S v В датчике вместо полупроводниковой пластинки 5 может быть использован магнитодиод. Магнитное поле сварочной машины изме­ няет электрическое сопротивление магнитодиода, что приводит к раз­ балансировке электрического моста, в плечо которого он установлен. При этом в диагонали моста появляется напряжение, пропорци­ ональное напряженности поля (сварочному току).

Для периодического измерения сварочного тока используют прибор АСУ-1М (рис. 9.8, а, б). Для этого датчик /, который пред-

тока, за 772. Эта информация запоминается конденсатором С (Uс) и считывается электроизмерительным прибором 7, в котором операция извлечения квадратного корня для получения действу­ ющего значения сварочного тока в наибольшем, последнем полупериоде предусматривается соответствующей градуировкой его шкалы

Полученное выражение соответствует исходному уравнению (9.1), так как

Сброс отсчета осуществляется путем разрядки конденсатора 6 замыканием ключа 5.

При измерении / св max замыкают ключ 9 и, таким образом, вклю­ чают элементы 4 и 5 схемы (рис. 9.8, а).

Сигнал, пропорциональный току, формируется интегрирующим усилителем 5, запоминается конденсатором 6 и считывается по линейной шкале стрелочного прибора 7 Предусмотрено устройство, обеспечивающее постоянство отсчета независимо от полярности импульса тока сварочной машины (при измерении тока на машинах с чередующимися по полярности импульсами). Диапазон измерения

приборы типа КАСТ-2М, КСТ-1 и др. В качестве.шримера на рис. 9.9 приведена схема прибора КАСТ-2М для контроля / свтах на машинах с униполярными импульсами тока 5—200 кА. Контролируемое от­

индуктивная катушка /, которая постоянно укреплена на токо­ ведущей консоли сварочной машины 2. Сигнал с катушки 1 поступает на интегрирующий усилитель 4, который формирует сигнал п2, пропорциональный мгновенному значению сварочного тока. Далее

Рис. 9.9. Прибор КАСТ-2М для контроля отклонений амплитуды сварочного тока:

а — структурная схема; 6 — настройка прибора

сигнал и2 поступает в реверсирующее устройство 5, которое выдает сигнал ин, пропорциональный / св max и всегда одной полярности.

Для оценки амплитуды тока используют, например, триггеры 6 и 7, срабатывающие лишь при определенном входном сигнале и3. При достижении выходного напряжения и3 больше w3mln срабаты­ вает триггер 6, что соответствует заданному значению тока в уста­ новленном поле допуска (рис. 9.9, б). Если триггеры не сработали, то значение тока меньше допустимого. Если срабатывают оба триг­ гера 6 и 7, то ток выше допустимого. Прибор снабжен соответству­ ющими индикаторами (световым, звуковым и печатающим на ленту). Настройку прибора на пределы изменения осуществляют с помощью резистора 3.

Для непрерывного контроля действующего значения сварочного тока при шовной сварке на однофазных машинах переменного тока применяют аналогичного типа прибор КСТ-1 (диапазон тока 3—

20кА).

В процессе сварки сила тока может отклоняться от заданных

значений. Если отклонения выходят за допускаемые пределы (d=5 %), качество сварки ухудшается. Основные причины произвольного изменения сварочного тока — колебания напряжения питающей сети и изменение электрического сопротивления вторичного контура машины вследствие нагрева, окисления переходных контактов и введения в контур магнитных масс (деталей или приспособлений из ферромагнитных материалов). В современных прерывателях тока при колебаниях напряжения сети действующее значение тока авто­ матически поддерживается постоянным за счет соответствующего изменения угла а включения вентильного контактора К в зависи­ мости от разности между стабилизированным номинальным напря­ жением сети и его фактическим значением. Для этого в схеме регуля­ тора цикла сварки предусматривается узел автоматической стаби­ лизации Н (см. § 8.2, рис. 8.8).

При колебаниях сварочного тока в результате возмущений от произвольных изменений электрических сопротивлений вторичного контура машины (/-в. к, хв, к) для его автоматической стабилизации часто используют стабилизаторы типа РТС-1 (стабилизирует значе­ ние тока, близкое к действующему), в котором используется тот же принцип изменения угла а. Однако в этом случае изменение а про­ исходит при появлении разности между заранее заданным значе­ нием тока и его фактическим значением. Этот стабилизатор (пере­ ключатель ставится в положение РТ) обозначен на рис. 8.8 симво­ лом 7\ Функциональная схема стабилизатора типа РТС-1 приведена на рис. 9.10. Напряжение, пропорциональное сварочному току, сни­ мается с трансформатора тока / и подается на измерительное уст­ ройство 2. С помощью блока настройки 5 это напряжение при задан­ ной величине сварочного тока устанавливается всегда постоянным (ц„); при этом выходной сигнал регулятора иу не изменяет установ­ ленный сварочный ток.

При сварке напряжение ин сравнивается с постоянным напряже­ нием и0 задающего устройства (уставки) 6, а во время пауаы — с на-

Рис. 9.10. Автоматический стабилизатор сварочного тока:

а — структурная схема; 6 — электрические процессы в узлах стабилизатора

пряжением корректирующего устройства 4 (так как во время паузы ин = 0), которое получает команду на подачу напряжения от узла программирования времени сварки РЦС\ при этом ии = ии. При на­ стройке = и0 = и1{. На вход усилителя и выпрямителя 3 непре­ рывно поступает разность и0 — и„ или и0 — ик. При снижении сва­ рочного тока возрастает разность и0 — ии. При этом увеличивается иу, соответственно уменьшается угол а включения вентилей контак­ тора прерывателя. При увеличении тока угол а увеличивается. Этим достигается автоматическая стабилизация заданного значения сваро­ чного тока (постоянная времени регулирования составляет ~0,02 с).

Стабилизатор РТС-1 может быть использован и при автоматиче­ ской стабилизации напряжения на электродах 1/дЭ (см. п. 9.3.2) или полезной мощности РдЭ (переключатель ставится в положение РЭ). Для этого в первом случае на вход измерительного устройства 2 подают напряжение, снимаемое с электродов сварочной машины, а при стабилизации по мощности соответствующий сигнал можно по­ лучить, используя датчик тока типа ДСТ, подав на клеммы 3—4 вместо напряжения от батареи Еб (см. рис. 9.7) напряжение с элек­ тродов машины. В этом случае

электродах при сварке, сварочный ток и полезная мощность; Н — напряженность магнитного поля токоведущего участка вторичного контура сварочной машины.

Для стабилизации действующего значения сварочного тока на точечных и шовных машинах переменного тока может быть использо­ ван стабилизатор СТ-67 (постоянная времени регулирования 0,01 с, отработка возмущений + 15 —30 % номинального значения).

Измерениеwинтервалов времени цикла сварки. Длительность интервалов времени цикла сварки может быть измерена в результате наблюдения и регистрации соответствующих процессов на осцилло­ графе. Так, при измерении длительности тока на импульсных маши­ нах используют датчик тока ДСТ при одновременном включении от­ метчика времени, а на машинах переменного тока подсчитывают число периодов. Для определения длительности паузы tn при шовной сварке осциллограф подключают к вторичной обмотке вспомогатель­

ного трансформатора, первичная обмотка которого включается парал­ лельно прерывателю.

Время сварки tCB на машинах переменного тока, низкочастотных и с выпрямлением тока во вторичном контуре может быть измерено декатронным счетчиком СИ-2. Прибор имеет два индикаторных де­ катрона, первый считает единицы полупериодов (0,01 X 10), второй — десятки (0,01 X 10X 10). Отсчет ведется по свечению последнего инди­ каторного катода одного из декатронов. Цифры счета нанесены на панель прибора.

При измерении tCB на машинах переменного тока сигнал напря­ жения с индуктивного датчика, который на время счета располагают в зоне действия магнитного поля сварочной машины, преобразуется интегрирующим блоком в сигнал, пропорциональный сварочному току. Каждый полупериод сварочного тока воздействует на генера­ тор. При этом последний вырабатывает два сдвинутых по времени стартовых импульса, которые, последовательно воздействуя на под­ катоды, перебрасывают газовый разряд за время 0,01 с с одного индикаторного катода декатрона на другой. Каждый десятый импульс тока через 0,1 с запускает второй декатрон через второй генератор стартовых импульсов. При измерении длительности тока на им­ пульсных машинах сигналом с датчика до конца сварки возбуждается катушка реле, а генератор счета импульсов запускается в этом слу­ чае через замкнутый контакт реле от специального встроенного в при­ бор трансформатора (емкость счета 0,01—1 с).

Измерение усилия сжатия. Статическое усилие сжатия на элек­ тродах машины измеряют пружинным динамометром типа ДПС (100—10 000 даН), устанавливаемым между электродами машины. Усилие воспринимается плоской пружиной, прогиб которой в пре­ делах упругой деформации измеряется индикатором. Усилие опреде­ ляют по показаниям индикатора и градуировочному графику, прила­ гаемому к прибору. Для измерения динамики усилия в аналогичных устройствах завода «Электрик» вместо индикатора встроены при­ ставки, позволяющие наблюдать изменение усилия сжатия на осцил­ лографе. Для регистрации изменений усилия в процессе сварки ис­ пользуют специальные датчики (например, датчик ДД-60), преобра­ зующие усилие в электрический сигнал, подаваемый на осциллограф. Датчик ДД-60 устанавливают между электрододержателем нижней консоли машины и местом крепления подкоса. Под действием усилия сжатия нижняя консоль машины упруго деформируется. Перемеще­ ние консоли, пропорциональное усилию сжатия электродов, увели­ чивается рычажной системой, связанной с движком потенциометра,

напряжение с которого подается на осциллограф.

Кроме датчика ДД-60 иногда используют тензометрические про­ волочные датчики, которые наклеивают на электрододержатель, вос­ принимающий нагрузку привода сварочной машины. Сигнал, про­ порциональный приложенному усилию, передается с датчика

(иногда через усилитель) на осциллограф.

Для стабилизации давления сжатого воздуха в рабочей камере цилиндра устанавливают электроконтактный манометр (см. рис.

Рис. 9.11 Структурная схема автома­ тического пассивного контроля пара­ метров режима при стыковой сварке оплавлением

5.29, а, поз. 7). При достижении заданного давления срабатывает его контактная система и по­ дается команда на включение сварочного тока. Вместо кон­ тактного манометра можно ис­ пользовать манометрические датчики типа МДД.0.6.

Для стабилизации FCB ис­ пользуют градуировочную пру­ жину, вводимую в систему ме­ ханизма привода давления ма­ шины (см. рис. 5.29, а, поз. 10).

При сжатии пружины на заранее заданную величину поступает электрический сигнал-команда на прекращение подачи сжатого воздуха в рабочую камеру цилиндра и одновременно на включение сварочного тока. Вместо пружины применяют тензо- и магнитоани­ зотропные датчики. В последних принцип действия основан на из­ менении магнитной проницаемости магнитопровода при воздействии механической нагрузки.

Измерение скорости при шовной сварке. Для измерения линей­ ной скорости вращения роликов или перемещения деталей применяют тахогенераторные датчики (например, типа УСС-1, vm = 0,5^- 10 м/мин).

При стыковой сварке отсутствуют установившиеся специальные методы и средства контроля параметров режима сварки. Однако имеется информация о том, что в отдельных экземплярах оборудова­ ния встраивается аппаратура для пассивного и активного контроля одновременно нескольких или одного параметра. Так, например, машина для сварки тонкостенных элементов из сплавов на основе титана и специальных сталей оснащена аппаратурой автоматиче­

Структурная схема этой аппаратуры состоит из следующих эле­ ментов: датчика тока 1 (трансформатор тока), импульсного датчику 3 отсчета времени (генератор импульсов с периодом 0,001 с) и импульс­ ного датчика перемещения плиты 2 (фотоэлектрический преобразо­ ватель, который вырабатывает импульсы через 0,02 мм); устройств, предназначенных для измерения, преобразования, запоминания ц сравнения сигналов, пропорциональных значению контролируемых параметров (4—11)\ выходных элементов — регистрирующих и сиг-