Устройство для контроля качества точечной контактной сварки

Устройство для контроля качества точечной контактной сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

<1768581

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 050675 (21) 2141725/25-27 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 071080,Бюллетень ¹ 37

Союз Советскик

Социалистических

Республик (5t)М Кл

В 23 К 11/00

Государственный комитет

СССР оо делам изобретеиий и открытий (5З) М 621.791.

763.1(088.8) Дата опубликования описания 071080 (72) Авторы изобретения

А.A.Óðñàòüåâ, Н.В.Подола, Г.Т.Иакаров, В.Н;Никулин, В.С.Гавриш, A.Ä.Ïîïoâè÷, P.B.Èåëüíèêîâ и Л.И.Фабрикантов

Ордена Ленина институт кибернетики AH Украинской CCP (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТОЧЕЧНОЙ

КОНТАКТНОЙ СВАРКИИзобретение относится к обработке и сварке материалов и может быть использовано для контроля качества сварных соединений в процессе их выполнения контактной точечной, шовной и рельефной сваркой.

Известно устройство для контроля качества точечной контактной сварки, в котором в ходе выполнения сварки каждой точки определяется качество соединений цо ее основным параметрамгеометрическим размерам литого ядра точки $1j .

В основу этого устройства положена математическая модель процесса 15 точечной контактной сварки, которая устанавливает количественную зависимость размеров литого ядра точки от основных параметров режима сварки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля качества точечной контактной сварки, содержащее блок датчиков,25 блок вычисления диаметра ядра сварной точки, блок вычисления глубины взаимного проплавления деталей и блок индикации, соединенные последователь-. но, причем выход блока вычисления $Q

2 диаметра ядра сварной точки подключен ко второму входу блока индикации 23 .

Контроль качества точечных сварных соединений производится этим устройством по диаметру ядра точки и глубине взаимного проплавления деталей непосредственно в ходе выполнения сварки на основе информации об изменении параметров процесса.

Низкая точность контроля известным устройством обусловлена тем, что качество сварки определяется по двум параметрам зоны взаимного расплавления соединяемых деталей — диаметру литого ядра точки и глубине взаимного проплавления деталей. Между тем качество сварки — прочность соединений — зависит как от размеров ядра точки, так и от внутренних деФектов зоны взаимного расплавления соединяемых деталей. Одним из серьезных и трудновыявимых внутренних макродефектов сварного соединения является нарушение сплошности металла литой зоны в виде пор, раковин и трещин, которые снижают усталостную долговечность соединений и, следовательно, работоспособность сварных конструк ций.

768581

1

Йелью изобретения является повышение точности контроля качества сварных соединений.

Это достигается тем, что в пред лагаемое устройство введены блок вычисления ковочного усилия сжатия электродов и анализатор размеров сварной точки, при этом первый выход анализатора размеров сварной точки йодключен к выходу блока вычисления диаметра ядра сварной точки, второй вход — к выходу блока вычисления глубины взаимного проплавления деталей, выход анализатора размеров сварнбй точки — к третьему входу блока индикацйи, вход блока вычисления ковочного усилия сжатия электродов под- 15 ключен.к выходу блока датчиков, а выход блока вычисления ковочного усилия сжатия электродов. соединен с третьим входом анализатора размеров сварной точки и с четвертым входом блока индикации.

На фиг. 1 представлена функциональная структурная схема устройства для контроля качества точечной контактной сварки, на фиг. 2, а-з — цик- лограмма процесса точечной сварки.

Устройство содержит блок 1 датчиков параметров процесса, который включает датчик 2 сварочного тока, датчик 3 падения напряжения на электродах и датчик 4 усилия сжатия электродов. Все датчики установлены на контактной сварочной машине (на фигурах не показана) .

Блок 1 датчиков, блок 5 вычисления диаметра ядра сварной точки, 35 блок б вычисления глубины взаимного пРоплавлейия- деталей и блок 7 инди-: кации соединены последовательно, а выход блока 5 вычисления диаметра ядра подключен ко второму входу бло- Щ ка 7 индикации.

Блок 8 вычисления ковочного усилия сжатия электродов подключен к выходу датчика 2 сварного тока и датчика 4 усилия сжатия электродов, а выходы его подключены к блоку 7 индикации и к анализатору 9 размеров сварной точки. Анализатор 9 входами также подключен к выходу блока 5 вычисления диаметра"сварной точки и к выходу блока 6 вычисления глубины взаимного проплавления деталей, а выходом - к третьему входу блока 7 индикацйи.

Блок 8 предназначен для измерения непосредственно в ходе выполнения сварки каждой точки ковочного усилия сжатия электродов и времени erо включения, сравйения их с оптимальными значениями параметров, при установке которых на сварочной машине обеспечи- 60 вается образование точечных соединений без внутренних макродефектов (трещин, пор и раковин) и, в случае отклонения хотя бы одного из измерен = ных йараметров" за предельно" "допусти- 65 мые значения, выдачи сигнала рассогласования на блок 9 анализатора геометрических размеров литого ядра точки.

Блок 8 измерения и сравнения ковочного усилия сжатия электродов и времени его включения содержит запоминающий элемент 10, предназначенный для запоминания ковочного усилия сжатия электродов, связанные с его вхо.— дами элементы 11 и 12 сравнения, второй из которых подключен к входу элемента 10 через дифференцирующую цепочку конденсатора 13 и резистора 14.

Вторые входы элементов 11 и 12 соединены с источником 15 опорного напряжения. Выход элемента 12 подключен к триггеру 16, соединенному с электронным ключам 17, связанным с генератором 18 импульсов. Выход ключа 17 соединен с первым входом счетчика 19 импульсов, второй вход которого соединен с выходом элемента 11 сравнения, а выход счетчика 19 импульсов подключен к входу дешифратора 20, выход которого связан с блоком 7 индикации.

Вход дешифратора 20 соединен также с элементом 21 сравнения, связанным с элементом 22 ИЛИ и блоком 23 уставок.

Запоминающий элемент 10 соединен с элементом 24 сравнения, связанным с элементом 22 ИЛИ. Триггер 16 подключен к элементу 25 синхронизации, который связан с датчиком 2 сварочного тока.

Анализатор 9 размеров сварной точки предназначен для определения непосредственно в ходе выполнения свар%и объема расплавленного металла ядра точки, сравнения его с минимальным объемом металла, при котором возможно образование внутренних макродефектов в литом ядре сварной точки, и при превышении последнего выдачи сигнала на блок 7 индикации для сигнализации о дефекте точечной сварки в случае отклонения от установленных значений ковочного усилия сжатия электродов или времени его включения.

Блок 9 содержит последовательно соединенные элемент 26 перемножения, элемент 27 сравнения, элемент 28 уставок и соединенный с элементом 27 сравнения элемент 29 И, второй вход которого связан с выходом элемента

22 ИЛИ, а выход элемента 29 И подключен к одному"из входов блока 7 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Блоком.5 по текущим параметрам процесса, измеряемым датчиками 2, 3 и 4 непосредственно в ходе сварки, рассчитывается диаметр ядра точки и на его основе блоком б вычисляется глубина взаимного проплавления деталей. Напряжения с выхода блоков 5 и

6, пропорциональные диаметру ядра точки и глубине взаимного проплавле768581 ния деталей соответственно, поступают на блок 7, которым производится индикация в десятичном коде показателей качества сварного соединения (диаметр ядра точки в миллиметрах, глубина взаимного проплавления деталей — в процентах к их толщине) и их запись на бумажную. ленту.

Одновременно блоком 9, а именно элементом 26 перемножения по вычисленным блоками 5 и 6 параметрам зоны взаимного расплавления соединяемых деталей — диаметру ядра точки и глубине взаимного проплавления деталей определяется объем расплавленного металла ядра точки. Напряжение с выхода элемента 26, пропорциональное вычисленному непосредственно в ходе выполнения сварки объему расПлавленного металла ядра точки, поступает на вход элемента 27 сравнения и сопоставляется с напряжением, которое подается на его второй вход с элемента 28 уставок, формирующего сигнал, пропорциональный минимальному объему металла, при котором возможно образование внутренних макродефектов в литом ядре сварной точки. Величину последнего определяют по результатам экспериментально-статистической обработки данных рентгено- и металлографического анализов сварных точек из материалов различных марок и толщины. Причем внутренние дефекты типа трещин, пор и раковин выявляют с помощью рентгеновского просвечивания, минимальный объем литого ядра, при котором возможно их образование, металлографическим путем.

В случае, если напряжение с выхода элемента 26 по своей величине превыаает напряжение, поступающее с элемента 28 на элемент 27 сравнения, то на его выхоце формируется сигнал высокого уровня, который подается на вход логического элемента 29 И. Наличие сигнала такого же уровня на его втором входе, который вырабатывается логическим элементом 22 ИЛИ блока 8 при отклонении ковочного усилия сжатия электродов или времени era включения за предельно допустимые значения параметров, приводит к появлению сигнала низкого уровня на выходе элемента. Этот сигнал поступает на блок .

7 индикации, где производится сигнализация о дефекте точечной сварки, например в виде светящейся надписи на табло блока "ВОЗМОЖНА ТРБЩИНА".

Измерение непосредственно в ходе выполнения сварки каждой точки ковочного усилия сжатия электродов, времени его включения и сравнение их с оптимальными значениями параметров режима, при которых обеспечивается образование точечных соединений без внутренних дефектов, производится блоком 8 следующим образом.

При нарастании усилия сжатия Fqg на электродах сварочной машины (см. фиг. 2, а) сигнал с датчика 4 блока

1 поступает на вход элемента 11 сравнения и через дифференцирующую цепочку — на вход элемента 12 сравнения.

При достижении сигнал м с датчика 4 порогового уровня переключения элементов сравнения, который устанавливается источником 15 опорного напряжения и выбирается из условия помехоустойчивости последних, на выходе элементов 11 и 12 (на фиг. 2, б и в соответственно) устанавливается потенциал, соответствующий высокому выходному уровню. Причем высокий .15 уровень напряжения на выходе элемента 11 сохраняется до полного снятия усилия сжатия с электродов, а на выходе элемента 12 — на время, определяемое постоянной времени дифферен2О цирующей цепочки. Передним фронтом импульса с выхода элемента 11 производится установка в нуль счетчика 19 импульсов, а с выхода элемента 12 установка в нуль триггера 16. (фиг. 2, д).

При включении сварочного тока U, элементом 25 синхронизации (фиг.2,г) по сигналу с датчика 2 вырабатывает ся импульс, устанавливающий триггер

16 в положение "1", что соответствует высокому уровню напряжения на его единичном выходе. При этом высоким ! уровнем напряжения с единичного выхода триггера 16 открывается электронный ключ 17 и коммутируется выход генератора 18 импульсов (фнг. 2, е) на вход счетчика 19 импуЛьсов. Таким образом„ с момента включения сварочного тока производится заполнение счетчика 19 импульсов, т.е. преобразование измеряемого времени в число импульсов. При приложении ковочного усилия F< сжатия электродов (момент времени t„, фиг. 2, а) за счет дифференцирования сигнала с датчика 4 элементом 12 вновь вырабатывается импульc,ïåðåäêèé фронт которого соответствует моменту включения ковочного усилия сжатия электродов. Этим импульсом триггер 16 перебрасывается в положение "0", и на его единичном вы50 ходе устанавливается потенциал, coQT ветствующий низкому выходному уровив (фиг. 2, д). Электронный ключ 17 закрывается и тем самым прекращается . поступление импульсов на вход счетчиЯ ка 19 импульсов (фиг. 2, ж) Число импульсов, зафиксированное счетчиком, преобразуется дешифратором 20 в десятичный код, который с его выхода поступает на блок 7 для индикации времени включения ковочного усилия сжатия электродов. Измерение времени производится в секундах.

Одновременно импульсный код с вы.хода счетчика 19 импульсов поступает

768581 тывается импульс на блок 9 и, как и в предыдущем случае., при наличии литого ядра точки блоком 7 осуществляется сигнализация о дефекте точечной сварки, так как снижение ковочного усилия сжатия электродов, равно как "и" зайаэдйванйе во- эремени его приложения, приводит к образованию макродефектов сварного соединения.

Оптимальные величины ковочного усйлйя "сжатия электродов и времейи I

60 на вход элемента 21 сравнения и сопоставляется"с кодом, соответствующим "" "задаййойу времени включения ковочного усилия сжатия электродов. Последний формируется элементом 23 уставок.

В случае, если измеренное время боль ше" заданного на величину допускаемо-

" гб " йа производстве отклонения параметра, элементом 21 сравнения вырабатывается сигнал, который с его выхо""дЗ йоступает"на один из входов логического элемента 22 ИЛИ и далее - на вход логического элемента 29 И блока

9. Сигнал на выходе логического элемента 22 ИЛИ при наличии литого ядра точки свидетельствует о дефекте сварного соединения, так как известно, что включение ковочного усилия сжатия электродов позже заданного времени приводит к образованию внутрен. них пор, раковин и трещин.

Измерение ковочного уснлия сжатия электродов производится запоминающим элементом 10, на вход которого поступает сигнал с датчика 4 усилия,. сжатия электродов. В качестве запоминающего элемента могут быть при менены широко известные аналоговые схемы запоминания амплитуд сигналов на емкостях (схемы запонимания типа пикового детектора) или решающий усилитель в режиме инерционного звена. Диаграмма напряжения на выходе запоминающего элемента 10 приведена на фиг. 2, з. С выхода запоминающе.го элемента 10 напряжение, пропор циойальное ковочному усилию сжатия электродов, поступает на блок 7, где производится его преобразование из аналоговой формы в цифровую и индикация на табло в десятичном коде. Измерейне ковочного усилия сжатия электродов производится в килограммах.

Кроме того, блоком 8 производится сравнение напряжений, пропорциональййх"измеренному и заданному ковочно" "Й9 " усйлию" сжатия электродов, которые поступают на элемент 24 сравнения со†ответствен с выхода запоминающего элемента 10 и элемента 23 уставок. B случае, если измеренное в процессе свфЖЙ""ковочйбе усилие сжатия" электродов йе превышает нйжнюю границу значения параметра, установленную допуском на его изменение в производственных условиях, элементом 24 сравнения формируется импульс на логический элемент 22 ИЛИ. Последним вырабаего включения зависят от марки свариваемого материала, толщины деталей, режима сварки и типа контактной машины. Оптимальные величины, а также значения допустимых отклонений параметров в условиях прбизводства, при которых обеспечивается образование точечных соединений беэ внутренних макродефектов, выбираются экспериментально при сварке опытных образцов. Дефекты типа трещин, пор, раковин и выплесков в точечной сварке выявляются при этом с помощью рентгеновского. просвечения.

Устройство целесообразно спользовать для 100% неразрушающего контроля качества сварных соединений в процессе их выполнения преимущественно при изготовлении ответственных сварных конструкций в самолетостроении, судостроении и других отраслях машиностроения.

Внедрение устройств в производство позволит снизить нормы существующих трудоемких методов контроля (рентгенпросвечивание, маталлографический анализ и механические испытания) и повысить экономичность и производительность контактной сварки. При

100%-ном контроле качества точечных соединений будет исключен пропуск бракованных точек, благодаря чему эксплуатационная надежность сварных конструкций значительно повысится.

Формула изобретения

Устройство для контроля качества точечной контактной сварки, содержащее блок датчиков, блок вычисления диаметра ядра сварной точки, блок вычисления глубины взаимного проплавления деталей и блок индикации, соединенные последовательно, причем выход блока вычисления диаметра ядра сварной точки подключен ко второму входу блока индикации,.о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышенйя точности контроля качества сварных соединений, введены блок вычисления ковочного усилия сжатия электродов и анализатор размеров сварной точки, при этом первый вход анализатора размеров сварной точки подключен к выходу блока вычисления диаметра ядра сварной точки, второй вход — к выходу блока вычисления глубины взаимного проплавления деталей, выход анализатора размеров сварной точки — к третьему входу блока индикации, вход блока вычисления ковочногб усилия сжатия электродов подключен к выходу блока датчиков, а выход блока вычисления ковочного усилия сжатия электродов соединен с третьим входом анализатора размеров сварной

768581

10 точки и с четвертМм входом блока индикации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе

1. Авторское

9 405679, кл. В

2. Авторское

Р 478701, кл. В свидетельство СССР

23 К 11/24, 1973.. свидетельство СССР

23 К 11/24, 22.03.74.

768581

Составитель И.Горелова

Редактор В.Смирягина Техред Ж. Кастелевич Корректор A Гриценко

Заказ 7539/1 Тираж 1160 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4.