Способ контроля процесса осадки контактной стыковой сварки оплавлением

 

Изобретение относится к сварке и может быть использовано при контактной стыковой сварке оплавлением деталей с развитым сечением. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет повышения точности контроля параметров процесса осадки. Задают оптимальное значение скорости перемещения подвижной станины машины в момент, когда вторая производная перемещения отлична от нуля. В этот же момент измеряют фактическое значение скорости и сравнивают его с заданным. По результатам сравнения судят о наличии дефекта. Задают общий припуск на осадку. Общее время осадки разбивают на отдельные интервалы, длительность которых выбирают в зависимости от максимальной скорости осадки. Для каждого интервала времени задают оптимальное приращение припуска осадки. Измеряют текущее значение припуска осадки в каждом интервале времени, сравнивают его с заданным оптимальным значением и по результатам сравнения судят о соответствии текущих значений скорости заданным оптимальным значениям на протяжении всего процесса осадки. В процессе образования сварного соединения при контактной стыковой сварке осадка является наиболее ответственным этапом с точки зрения обеспечения качественного формирования соединения. При достоверном контроле основных параметров процесса осадки, которыми являются величина припуска и скорость осадки на всех ее этапах, однозначно судят о качестве сварного соединения. 3 ил. 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 06 А1 (51)5 В 23 К 11/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4282942/31-27 (22) 15. 06. 87 (46) 23.04.90. Бюл. Р 15 (72) С.И.Кучук-Яценко, А.И.Горишняков, А.H.Ìèðîíåö, Л.А.Семенов, В.И.Моска" ленко и И .В .Березин (53) 621.791.762.3 (088.8) (56) Авторское свичетельство СССР

N 1094696, кл. В 23 К 11/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 1002117, кл. В 23 К 11/04, 1981. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ОСАГ(КИ

КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛГНИЕМ (57) Изобретение относится к сварке и может быть использовано при кон" тактной стыковой сварке оплавлением деталей с развитым сечением. Цель изобретения - пбвышение качества сварного соединения за счет повышения точности контроля параметров.процесса осадки. Задают оптимальное значение скорости перемещения подвижной станины машины в момент, когда вторая производная перемещения отлич-. на от нуля. В этот же момент измеряют фактическое значение скорости

Изобретение относится к сварке и .может быть использовано при контакт ной стыковой сварке оплавлением де-. талей с развитым сечением.

Цель изобретения — повышение качества сварного соединения .эа счет повышения точности контроля параметров процесса осадки.

2 и сравнивают его с заданным. По результатам сравнения судят о наличии дефекта. Задают общий припуск на осадку. Общее время осадки разбивают на отдельные интервалы, длительность которых выбирают в зависимости от максимальной скорости осадки. Цля каждого интервала времени задают оптимальное приращение припуска осадки. Измеряют текущее значение припуска осадки в каждом интервале времени, сравнивают его с заданным оптимальным значением и по результатам сравнения судят î cooTBåòñòøø текущих значений скорости заданным оптимальным значениям на протяжении всего процесса осадки. В процессе образования сварного соединения при контактной стыковой сварке осадка является наиболее ответственным этапом с точки зрения обеспечения качественного формирования соединения.

При достоверном контроле основных параметров процесса осадки, которыми являются .величина припуска и скорость осадки на всех ее этапах, однозначно судят о качестве сварного соединения.

3 ил,, 4 табл.

На фиг. 1 представлена диаграмма моделей изменения скорости перемещения подвижной станины в процессе осадки; на фиг. 2 — структурная блоксхема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 3 — графики изменения скорости в процессе осадки при оптимальных условиях.

1558606

На диаграмме (фиг. 1) обозначены:

U — скорость осадки, мм/с; 1. — припуск на осадку, мм; А1. — приращение припуска, мм; t — длительность осадки, с;, — h,t > — дискреты интерва.лов времени, с; а ... à > — - мгновенные значения скорости; 1 " оптимальная кривая изменения скорости осацки;

2 — кривая изменения скорости осадки при проскальзывании деталей в зажимных губках; 3 — кривая изменения скорости осадки при недостаточном припуске на осадку; I этап - переходной процесс в начале осадки; Xl этап -15 движение подвижной станины с постоянной скоростью; III этап - пластическая деформация торцов свариваемых деталей.

Графики изменения скорости в процессе осацки при оптимальных условиях (фиг. 3) представляют оптималь-, ную модель изменения скорости подвижной станины. График 1 соответствует оптимальной моцели осадки для черных 25 металлов, скорость осадки которых сравнительно невелика (50 мм/с), график 2 соответствует оптимальной модели для алюминиевых сплавов, у которых скорость осадки достигает

300 мм/с.

Формирование оптимально11 модели процесса осадки производится путем задания оптимального значения скорости перемещения на всех этапах осадки и приращения припуска осадки в 35 определенном интервале времени осадки.I

Весь процесс осадки условно можно разделить на трн этапа (фиг. 1), каждый из которых является определяющим для качественного формирования сое». 4О динения и предъявляет конкретные требования к значению скорости осадки °

На первом этапе (фиг. 1) происходит закрытие искрового промежутка между свариваемыми деталями. Скорость на этом этапе осадки должна быть достаточно большой, чтобы предотвратить распространение окисления расплавленного металла и образование окисных пленок. Аналогичны требова» ния к скорости и на втором этапе.

Здесь происходит вытеснение из эоны соединения расплавленного металла и окислов, а также выравнивание кратеров, образующихся в результате взрыва элементарных контактов. Скорость на этом этапе должна быть достаточной, чтобы температура металла в зоне соединения не понизилась ниже температуры плавления, при которой металл теряет свойства жидкптекучести. На третьем этапе происходит пластическая деформация сварнваемых деталей, при которой выравниваются наиболее глубокие кратеры и разрушаются оставшиеся окисные пленки. Скорость осадки на третьем этапе определяется величиной сопротивления металла пластической деформации. Значение данного сопротивления для определенного типа металла зависит от. температуры его нагрева.

Исходя из указанных требований, е весь процесс осадки разбивается на отдельные интервалы и в каждом интервале задается оптимальное мгновенное значение скорости осадки и приращение прнпуска.

При изменении параметров осадки, в процессе контроля, общее время осадки разбивается на отдельные интервалы

6t,...Qtz (фиг. 1). Дискретность разбиения определяется по теореме Котельникова, согласно которой

t = 1!f, (1) где f — частота следования импульсов датчика перемещения.

Форма моделей (фиг. 3), обусловленная различной пластичностью алюминия и стали, различна. Так, задний фронт графика 2 мало чем отличается от переднего, в то же время на графике 1 он существенно длиннее.

Интервалы времени определяются максимальной скоростью осадки, при этом для. стали A,t = 1/50 = 20 mH, для алюминия Дс = 1/300 = 3,3 mS.

Мгновенное значение скорости осадки в течение определенного интервала времени вычисляют по формуле

0 = А1.!Ь, (2) где U - скорость перемещения, мм/с; а 1. — приращение перемещения, мм;.

At — интервал времени, с.

Н каждом интервале времени Ь в процессе контроля производится измерение приращения прнпуска осадки Д1. и сравнение его с заданной величиной.

Если приращение припуска равно заданному на данном интервале времени, то согласно (2) и скорость равна заданному значению, так как величина a t постоянна. Такий образом, при измерении указанных параметров формируется реальная модель процесса осадки, ко8606

1О

25

40

50

5 155 торая сравнивается с оптимальной за данной моделью.

Если отклонения выходят за пределы заданного допуска, стык бракуется.

Например, если скорость осадки при пластической деформации выше оптималь ной (кривая 2, фиг. 1), значит величи

I на сопротивления пластической деформации низкая. Это говорит о том, что стык перегрет либо произошло проскаль зывание деталей в зажимах и пласти ческая деформация недостаточна. При этом сварное соединение некачественно, так как из-за отсутствия достаточной пластической деформации не происходит разрушения оставшихся в стыке окисных пленок и уплотнения структуры металла в зоне сварки, что приводит к некачественному соединению °

Если реальная модель процесса осадки имела вид, показанный на кривой 3 (фиг. 1), то величина припуска осадки Ь меньше заданного. Это является следствием либо недостаточного нагрева, либо неисправности привода осацки.

Одной из причин недостаточного нагрева может быть снижение Z„ ñâàрочной машины. Следовательно, предоставляется воэможность контроли-ровать такой важный параметр технического состояния машины. !.

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг. 2) состоит из датчика 1 скорости перемещения импульсного типа, счетчика 2 импульсов

/ датчика перемещения, задатчика 3, блока 4 сравнения, блока 5 индикации, генератора 6 временных интервалов, счетчика 7 временных интервалов.

Датчик 1 скорости перемещения жестко соединен с подвижной станиной сварочной машины (не показана) ° При движении подвижной станины на выходе схемы. датчика через каждый миллиметр формируется импульс. Выход датчика

1 соединен с входом счетчика 2 им- пульсов датчика 1 перемещения. Вйход генератора б.временных интервалов соединен с входом 9 задатчика 3 скорости и с входом счетчика 7 временных интервалов. Выходы счетчиков 2 и 7 подключены к входам 8 и 10 задатчика 3 скорости, выходы которого сое. динены с входами блока 4 сравнения.

Выход последнего соединен с входом блока 5 индикации.

Устройство работает следующим образом.

С датчика 1 скорости перемещения поступают импульсы на вход счетчика

2 импульсов датчика перемещения.

Каждый импульс соответствует 1 йм.

На выходе счетчика 2 импульсов датчика перемещения формируется сигнал в двоично-десятичном коде, значение которого соответствует пройденному пути, численно равному количеству поступивших импульсов с датчика 1. На вход счетчика 7 времен15 ных интервалов поступают импульсы с генератора 6 временных интервалов.,Число интервалов и их длительность устанавливаются в зависимости от скорости осадки, требуемой для данного свариваемого иэделия. На выходе счетчика 7 присутствует сигнал в двоичнодесятичном коде, численно равный текущему времени с момента начала осадки.

Задатчик 3 скорости выполнен на

ПЗУ, в котором записаны заданные onтимальные значения параметров осадки.

С каждым очередным импульсом с гене-. ратора временных интервалов происходит считывание текущего значения приращения припуска осадки с выхода счетчика 2 и сравнение его с заданным оптимальным значением для данного интервала времени.

Если текущее значение припуска осадки равно заданному в данном интервале времени, значит скорость равна заданной согласно формуле (2).

При этом на выходах 11 и 12 задатчика

3 скорости и входах 13 и 14 блока 4 сравнения сигналы равны нулю. Блок сравнения выполнен по схеме ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ °

Если на обоих входах этой схемы сигналы равны, что в данном случае свидетельствует о равенстве измеренных значений параметров процесса осадки заданным, то на выходе блока

4 сравнения сигнал равен нулю. Если сигналы на входах блока 4 сравнения различны по уровню, то на его выходе появляется сигнал логической единицы, свидетельствующий о выходе контролируемых параметров за допустимые пределы. Этот факт фиксируется на блоке

5 индикации, загорается индикатор

"Брак" с указанием причины.

Испытания способа контроля процесса осадки контактной стыковой

1558606 припуска на осадку, мм, Ч вЂ” скорость осадки мм/с сварки и устройства для его реализации проводилисв на сварочной машине К-355А при сварке рельсов типа

Р-65.

I 5

Установленные оптимальные парамет» ры режима сварки первой партии рельсов сведены в табл, 1.

Основные контролируемые параметры процесса осадки 1 ас — величина

Допустимые отклонения указанных параметров (по требованию технолорк" рельсов) Loc = «+2мм, Voc

= + 3 мм/с, При необходимости заданная точность может быть установлена в пределах +! мм.

Таблица 1

Стык Время оплав °

t,с рипус садки

Усилие

Скорость Показания блока осадки индикации

Чос, мм/с зажатия

Р,т ос»

1 100 120 12 .:2 100 120 12

3 110 110 10

4 120 -: 120 10

5 120 120 8

Годен и

lt

Как видно из табл.. 1, при контроле процесса осадки согласно предла- 25

raeMoMy способу и посредством устройства для его реализации не обнаружено отклонений от заданных допустимых значений

Испытания сваренных образцов первой партии рельсов проводились путем нагружения зоны соединения на специальном прессе.

Результаты испытаний сведены н табл. 2.

Т а б л и ц а 2

Стык Усилие разрушения

Р, т

Наличие и харак тер деАектов в зоне соединения

Стрела прогиба

Я» MM

Нет

tl и и и

При сварке второй партии рельсов технологические параметры режима сварки преднамеренно установлены с превышением допустимых отклонений (табл. 3).

Таким образом, промоделированы наиболее вероятные причины брака сварного соединения при выходе параметров процесса осадки за допустимые нормы. Таблица 3

Скорость осадки

7, мм/с

Усилие зажатия

Р, т

Показан блока и

Припус осадки

I-@, »MM ричина рака дикации

20 Брак

1 100 120 5

2 100 30 10

4 Ф!!!!!

1 208

2 210

3 210

4 215

5 205

3 100 120 10

4 40 120 10

5 100 120 7

48

48

51

22

18

Ьос + Ьза4

Проскальзывание ac ЗаД

Lîc Ь»а4

Ь оа Ь»ад

v,„ ч, 10

1558606

Та блица 4 20

Стык

Наличие и ха рактер дефектов в зоне соедиСтрела прогиба 9

Усилие разрушения

Рь т

25 ения

150

Матовые пятна, непровары

Окисные пленки

Матовые пятна 30

Непровары, матовые пятна

Окисные пленки

2 105

3 166

4 87

17

24

5 95

9

При сварке стыка 1 припуск на осадку на сварочной машине вы<тавлен 5 мм.

Устройство настроено на контроль нрипуска 5 мм с допуском 102:? мм. Сварка

5 стыка 2 проводилась при низком усилии зажатия, что привело к проскальзыванию деталей в зажимах в момент осадки, так как при этом возрастает усилие, необходимое для фиксации деталей в зажимах. Время сварки стыка 4 снижено по 40 с. Это привело к недопустимому снижению зоны нагрева:и, как следствие, припуск на осадку ниже заданного значения. 15

Результаты испытаний сваренных стыков второй партии сведены в табл. 4.

Характер дефектов, обнар уженных при испытаниях сваренных образцов, подтверждается показаниями устройства для реализации предлагаемого способа.

Способ обеспечивает высокую точность измерения и достоверность контроля параметров процесса осадки благодаря цифровому методу обработки информации, при этом возможно сопряжение с микроЭВМ и другими средствами

45 вычислительной техники.

Таким образом, предлагаемый способ гарантирует достоверную проверку качества сварных соединений, в то время как известные способы и устройJства могут не фиксировать некоторые причины брака соединения, а также браковать годные стыки. формула и з о б р е т е н и я

Способ контроля процесса осадки контактной стыковой сварки оплавлением, при котором задают оптимальное значение скорости перемещения подвижной станины в момент когда вторая производная перемещения подвижной станины отлична от нуля, в этот же момент измеряют фактическое значение скорости, сравниваю измеренное значение с заданным и по результатам сравнения суцят о наличии дефектов, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет повышения точности контроля параметров процесса осадки, задают оптимальную модель изменения скорости перемещения подвижной станции в процессе осадки по заданному оптимальному значению скорости перемещения, для чего задают п6щий припуск на осадку, а общее время процесса осадки разбивают на отдельные интервалы, длительность которых обратно пропорциональна максимальной скорости осадки, задают оптимальные приращения припуска осадки для каждого интервала времени,,формируют фактическую модель изменения скорости перемещения подвижной станины в процессе осадки по заданному оптималь-. ному значению скорости перемещения, для чего измеряют текущее значение приращения осадки íà каждом интервале времени, сравнивают измеренное значение приращения с заданным оптимальным приращением и их несовпадение указывает на наличие дефекта.

155860G

1558606

Составитель Г.Чайковский

Техред М,Дидик Корректор Г.Черни

Тираж 649 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Редактор H.Tóïèöà

Заказ 801

ВНИИПИ Государственного

113035, Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101