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

верхнего электрода, соответствующая минимально допу­ стимому диаметру ядра. На значение этого перемещения настраивается соответствующий контакт электроконтакт­ ного датчика. При правильной настройке прибора во время сварки загорается зеленая лампочка. При уменьшении диаметра сварного ядра меньше минимально допустимого, вызванном отклонением режима сварки, например уменьше­ нием длительности тока, загорается красная лампочка.

График настройки прибора приведен на рис. 71. Пока­ зания светового индикаторного устройства прибора мо­ гут регистрироваться на телеграфную бумажную ленту.

Знак (—) тире свидетельствует о выдаче команды, на включение сварочного тока, а точка в центре ленты — о выполнении дилатометрического задания, т. е. размеры контролируемой литой зоны сварного соединения нахо­ дятся в установленных допустимых пределах. Точка в на­ чале записи свидетельствует либо о допустимом времени включения ковочного усилия, а следовательно, об отсут­ ствии возможности появления трещин, пор (контролиру­ ется начало приложения ковочного усилия), либо об отсут­ ствии выплеска.

Прибор ПДК-2М регистрирует перемещение электрода от 0 до 1,0 мм, а также контролирует время начала при­ ложения ковочного усилия в интервале 0,005—0,55 сек.

151

Весит прибор (без датчика ЭКД) 7 кг, потребляемая мощ­ ность 50 вт, габаритные размеры 360 х 200 х 265 мм.

.Приборы типа ПДК-2М используются в машиностроении для контроля качества в процессе точечной сварки.

Г л а в а 7

ТЕПЛОВЫЕ И НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КЛЕЕСВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Контроль качества точечных сварных соединений термическими методами

Контроль качества точечных соединений термическими методами основан на том, что наличие дефектов изменяет характер распространения тепла в сварном соединении вследствие непостоянства теплового сопротивления между

Контроль сводится к нагреву металла в зоне сварной точки и измерению теплового состояния либо со стороны нагрева, либо с противоположной.

В связи с развитием техники бесконтактного измерения температур был опробован контроль качества точечной сварки термографическим методом [8]. Исследования про­ изводили на экспериментальной установке, состоящей из источника тепловой энергии — плазмотрона и неконтакт­ ного измерителя температуры — радиометра типа ТИР.

На установке можно производить исследования образ­ цов при регистрации температуры как со стороны нагрева, так и с противоположной стороны. Сварное соединение нагревалось плазмотроном в центре сварной точки. Диаметр пятна нагрева составлял 3—5 мм. Тепловое излу­ чение поверхности сварной точки регистрировалось радио­ метром, расположенным на расстоянии 40 мм от поверх­ ности образца.

Основными элементами радиометра являются зеркаль­ ный объектив, механический модулятор с частотой 1200 гц, приемник излучения на основе германия, легированного

152

золотом, охлаждаемый жидким азотом, электронно-уси­ лительная система и индикатор. Выходной сигнал радио­ метра, амплитуда которого пропорциональна температуре

для точек с непроваром зависит от размера и характера

датчика температуры по отношению к сигналам от нормаль­ ных сварных соединений. .

Кривые, снятые с тех же образцов, с помощью мало­ инерционной термопары, имеют аналогичный .характер.

Исследования показали, что для каждого материала и его толщины можно определить оптимальное время для регистрации температуры после начала нагрева, когда различие по температуре для дефектных и бездефектных точек имеет максимальное значение. Для образцов из тита­ нового сплава и нержавеющей стали толщиной 3 мм это время составляет 2—3 сек.

153

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

(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.

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.

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

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.

/

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.

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

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