книги из ГПНТБ / Фельдман Л.С. Неразрушающий контроль качества клеесварных соединений

с областью частичного непровара, область трещин совпа­ дала с областью выплесков. Все это исключает возмож­ ность использования аппаратуры для выявления трещин и выплесков.

При разработке аппаратуры для электроиндуктивного контроля качества точечной сварки необходимо, чтобы измерения производились на частотах соответствующих применяемым материалам и толщинам свариваемых де­ талей.

Г л а в а 6

ДИЛАТОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ТОЧЕЧНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Тепловое расширение металла — параметр, используемый для контроля точечной сварки

При исследованиях было установлено, что в процессе точечной сварки электроды сварочной машины, сдавли­ вающие свариваемые детали, раздвигаются на некоторую величину. Подробно это явление исследовано Д. С. Балковцем [6] при точечной сварке нержавеющей стали типа 1Х18Н9Т толщиной 1 мм и стали 20 толщиной 2 мм, а также легких сплавов В95 и MAL При этих исследованиях был применен оптический дилатограф, фиксировавший на фото­ пленке перемещение верхнего электрода относительно ниж­ него в виде кривой. При изучении дилатограмм были обна­ ружены некоторые явления, связанные с характером пере­ мещения электродов, из которых наиболее существенны следующие:

1) наблюдается довольно отчетливая зависимость между величиной раздвигания электродов и возникнове­ нием расплавленной зоны;

2) между величиной раздвигания электродов при точеч­ ной сварке некоторых металлов (стали 1Х18Н9Т и стали 20) и прочностью сварных точек имеется определенная зависимость: начиная с некоторой минимальной величины раздвигания электродов прочность точек превышает какойто минимальный предел; менее отчетливая__зависимость обнаружена при сварке легких сплавов;

142

3) величина раздвигания электродов при сварке стали 1Х18Н9Т доходила до 15% толщины свариваемых детален, при сварке стали 20— до 10% и при сварке сплава В95 — до 9%, что значительно превышает предельно возможное температурное расширение металла в твердом состоянии.

Нагреваемый объем металла в зоне точки ограничен кольцом холодного металла свариваемых деталей. При нагревании происходит приращение объема металла, его деформация в направлении наименьшего сопротивления — вдоль оси электродов. В результате этого явления электроды раздвигаются. Перемещение электродов значительно уве­ личивается при образовании в зоне нагрева жидкой фазы. Это объясняется резким приращением объема металла при пере­ ходе его из твердого состояния в жидкое. Величина отно­ сительного максимального перемещения электродов суще­ ственно зависит от физических свойств металла и колеб­ лется в пределах 4—20%. Перемещение электродов за­ висит не только от теплового расширения металла, но и от вдавливания электродов в поверхность свариваемых де­ талей. Эти два явления действуют противоположно друг другу. В некоторых случаях вдавливание может быть на­ столько велико, что практически не будет наблюдаться эффект перемещения электродов. Особенно сильно эффект вдавливания сказывается при сварке алюминиевых спла­ вов. При сварке сталей и жаропрочных сплавов вдавли­ вание невелико.

Деформация разогретого металла происходит не только в направлении оси электродов, но также и в радиальном направлении. В некоторых случаях при значительной жесткости металла деформация развивается вдоль плоскости внутреннего контакта. В этом случае перемещение элект­ родов значительно уменьшается и практически не может быть использовано для контроля процесса сварки.

Используя зависимость между величиной перемещения электродов и размерами литого ядра, Д. С. Балковец пред­ ложил [7] метод контроля качества сварных соединений. Сущность метода заключается в том, что качество сварной точки определяется по величине перемещения электродов, измеряемого непосредственно в процессе сварки.

оборудования и техники измерений ранние попытки исполь­ зования дилатометрического контроля при сварке легких

143

сплазов не дали положительного результата. Кроме того было установлено, что раздвигание электродов заканчи­ вается до сформирования ядра номинальных размеров.

На базе усовершенствования методов, средств сварки и измерений Б. Д. Орлов, А. А. Марченко и др. І47] обосно­ вали возможность дилатометрического контроля деталей из легких сплавов.

Исследование проводили на образцах из сплавов Д16АТ, АМгб и АМцМ толщиной 1—2,5 мм. Сварку осуществляли на машине МТПТ-400 на относительно жестких режимах. При сварке определяли перемещение верхнего электрода от теплового расширения металла сварочного контакта Д, падение напряжения на электродах, полезные мощность и энергию, а также сварочный ток.

Для записи тока и мощности, выделяющейся в свароч­ ном контакте, применяли сдвоенный датчик Холла. Ампли­ туду тока измеряли прибором АСА-1, усилие сжатия элект­ родов — динамометром ДПС-1; время сварки и момент при­ ложения ковочного усилия фиксировали осциллографом С1-4. Перемещение верхнего электрода относительно кронш­ тейна машины, ползуна машины относительно нижней консоли, а также падения напряжения на электродах, сварочного тока и полезной мощности фиксировали с по­ мощью осциллографа МПО-2. Датчики для измерения перемещений электродов представляли собой потенцио­ метры сопротивлением 1 ком с диаметром проволоки 0,05 мм, включенные по схеме четырехплечевого моста с равными сопротивлениями. При перемещении электрода на 0,01 мм ползунок датчика перемещался на два витка.

Осциллографирование по каждому режиму производи­ лось от 3 до 5 раз. Размеры литого ядра для материала Д16 определяли рентгеновским контролем и по макрошлифам. Для выявления диаметра ядра рентгенопросвечиванием на сплавах АМгб и АМцАМ наряду со сваркой по обычной технологии производилась сварка с использованием мате­ риала-свидетеля (карбида вольфрама).

По результатам обработки осциллограмм составлена табл. 30, в которой записаны амплитудные значения пара­ метров, соответствующие концу сварочного нагрева (момент выключения выпрямителя).

Некоторое снижение перемещения верхнего электрода при сварке неочищенных деталей, несмотря на увеличение диаметра ядра, можно объяснить повышенным разогревом

144

металла в контакте электрода с деталью и в связи с этим увеличением местной пластической деформации.

Таблица 30

Результаты обработки осциллограмм измерения параметров сварки [47]

* Поверхность обезжиривалась без зачистки, в остальных случаях производи­ лась зачистка металлической щеткой.

Из полученных осциллограмм и данных табл. 30 видно, что падение напряжения на электродах, мощность и энергия, а также сварочный ток дают значительно меньше информа­ ции о литом ядре, чем перемещение электрода.

Перемещение электрода при сварке алюминиевых спла­ вов количественно отражает процесс формирования ядра точки, если не происходит выплеска металла до образова­ ния развитого ядра и нет сильно развитых высоконагретых зон в радиальном направлении и в контактах электрод— деталь. При любом изменении режима сварки, приводящем к уменьшению литого ядра, значительно уменьшается перемещение электрода.

Для определения стабильности перемещения электрода при сварке одно- и многоточечных соединений были сварены одноточечные нахлесточные и многоточечные образцы — лист с профилем (шаг сварки 25 мм). На основании резуль­ татов испытаний установлено, что при сварке одноточечных образцов из сплава АМгб (1,2+1,2 мм) величина пере­ мещения электрода достаточно стабильно отражает размеры ядра и составляет в среднем 5% от суммарной толщины

и диаметром ядра при постановке первой и последней точек не было.

Дли определения возможностей дилатометрического контроля [47] было сварено более 2000 образцов из спла­ вов АМгб, АМцМ, Д16АТ толщиной 1,0; 1,5; 2,0 и 2,5 мм. В этих экспериментах режим произвольно изменялся в раз­ личных пределах, раздельно или одновременно, главным образом для получения точек с частичным или полным непроваром. В результате проведенных работ установлено:

1. Величина перемещения электрода не связана одно­ значно с диаметром ядра. Для деталей из сплавов Д16АТ,

него электрода сварочной машины на 4—5% от суммарной толщины деталей.

2.В области номинальных значений диаметра ядра величина перемещения электрода наиболее стабильна (от­ клонения +3,5 — 5%).

3.При полном непроваре величина перемещения элект­ рода в 2 раза меньше номинального значения.

Для нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов ве­ личина перемещения электрода составляет 6—7%, для тита­ новых сплавов — 3—4% от суммарной толщины деталей.

146

Устройства для дилатометрического контроля

качества точечной сварки

Для контроля качества точечной сварки по переме­ щению электрода создана опытная установка [47]. Состоит она из измерительного устройства, светофорного блока и системы, обеспечивающей жесткую связь между верхним электродом и корпусом (ползуном) сварочной машины во время сварки.

В качестве измерительного устройства использован двухпредельный электроконтактный датчик ЭКД завода «Калибр» (модель 228) с регули­ рующими / и 3 и подвижным 2 контактами (рис. 68). При на­ стройке подвижных контактов для данного режима устанавли­ вают 3 области:

Светофорный блок состоит из двух триггеров с усили­ телями для питания сигнальных ламп и суммирующего устройства, выполненных на полупроводниках. В одном корпусе со светофорным блоком смонтирован блок питания сигнальных ламп, электромагнитного датчика и катушки. Связь контакта 2 ЭКД, на время сварки с подвижным электродом (после его опускания) осуществляется через стальной стержень — якорь, который притягивается к элект­ ромагниту при включении катушки. Команда на вклю­ чение и выключение, катушки подается с коммутационного устройства машины СПУ-50.

При работе машины с ковочным усилием для возвра­ щения датчика в исходное (нулевое) положение между наружным цилиндром и внутренним, к которому крепится датчик, ставится пружина. Абсолютное перемещение может быть измерено также индикатором.

Описанная установка используется для контроля каче­

вдавливание электродов в металл при нагреве (кривая 3, рис. 70), то перемещение верхнего электрода будет соответ­ ствовать кривой 2. Указанное перемещение имеет место при условии, что нижний электрод в процессе сварки не­ подвижен относительно верхней консоли машины 2 (рис. 69), т. е. механический контур машины абсолютно жесткий.

В реальных условиях сварки вследствие действия инер­ ционных сил и сил трения, возникающих при движении ползуна / машины вверх под действием расширения металла,

148

происходит некоторое увеличение усилия FCB. В результате этого возникает дополнительный прогиб консолей машины на величину Д5„_к (рис. 70, б), который уменьшает пере­ мещение AS0 _K верхнего электрода 7 (рис. 69) относительно верхней консоли 2. Характер изменения величины ASe-K (AS) при сварке показан на рис. 70, в.

процессе сварки. Поэтому контроль размеров литой зоны с помощью прибора ПДК-2М возмо­

жен на сварочных машинах, имеющих достаточную жест­ кость механического контура и малые силы трения. При­ менение фигурных электродов с малой жесткостью исклю­ чает возможность контроля. Прибор может быть применен на машинах МТПУ-300, МТК-75, МТК-6301, МТПТ-600, МТИП-600, МТИП-1000, МШВ-6301, МШШТ-600, МШШТ-1000.

Для осуществления дилатометрического контроля' не­ обходимо, чтобы между диаметром и глубиной проплав-

149

ления сварного ядра и величиной перемещения электрода была определенная связь. Такая связь обычно получается при сварке на относительно жестких режимах и при исполь­ зовании электродов с большим (на 30—40%) радиусом сферы рабочей поверхности.

Для контроля величины перемещения электродов в при­ боре ПЦК-2М также используется электроконтактный датчик ЭКД модели 228 завода «Калибр». Электроконтакт­ ный датчик 3 (см. рис. 69) прибора устанавливается на верх­ ней консоли 2 сварочной машины. Механическая связь измерительного стержня датчика 4 с подвижным элек­ тродом должна существовать лишь на время протекания сва­ рочного тока. Для осуществления такой связи используется устройство, передающее перемещение пластине 5. Питание электромагнита 6, а следовательно, и его сцепление с пласти­ ной 5 осуществляется синхронно с циклом сварки каждой отдельной точки. При движении верхнего электрода ма­ шины во время рабочего или дополнительного ходов элект­ рода питание на электромагнит не подается, и пластина 5 свободно скользит по торцу электромагнита 6. Возни­ кающий в отдельных случаях выплеск металла может сни­ жать величину перемещения электрода за счет уменьшения глубины проплавления, хотя при этом диаметр ядра изме­ няется незначительно. Для выявления точек с выплеском в приборе ПДК-2М имеется специальный датчик вы­ плесков.

Качество сварного соединения во многом определяется началом приложения ковочного усилия. В момент при­ ложения ковочного усилия наблюдается резкое перемещение верхнего электрода вниз, причем электрод опускается ниже установленного начального положения. Момент прохож­ дения электродом начального уровня фиксируется прибо­ ром. При этом если ковочное усилие приложено позже не­ которого предельно допустимого значения, загорится белая лампочка. Если ковочное усилие приложено раньше уста­ новленного времени, то сварное ядро будет достаточно сформированным. В этом случае выполнена программа перемещения электроконтактного датчика, и сварная точка будет забракована.

Перед работой прибор ПДК-2М настраивается на задан­ ное перемещение, соответствующее минимально допустимому диаметру ядра конкретного случая сварки. Предварительно путем экспериментов определяется величина перемещения

150