Способ контроля качества контактной стыковой сварки сопротивлением

 

Использование: для контроля качества соединений, используемых при герметизации соединений типа труба-заглушка. Сущность изобретения: способ основан на построении математической модели процесса по экспериментальным зависимостям качества сварки от параметров процесса и определении из этих зависимостей коэффициентов - констант уравнений математической модели. Способ позволяет исключить периодическое изготовление образцов-свидетелей . 15 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s В 23 К 11/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4807209/08 (22) 30.03.90 . (46) 15.03.93, Бюл. ¹ 10 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт неорганических материалов им.

А,А. Боч вара (72) Л,Т.Бабкин, А,А.Гусев, Е.ИДовгодько, В;А.Кащеев, О.А,Круглов, К.К.Сухов и

А.А.Кислицкий (56) Отчет ИЗС им, Е.О.Патона, Система автоматического контроля и управления машиной для стыковой сварки трубок (АССК-4003), 1986.

Изобретение относится к сварочной технике, в частности к способам контроля в процессе сварки качества сварных соединений трубы с заглушкой, выполняемых контактной стыковой сваркой, и предназначено, в первую, очередь, для контроля качества герметизирующих сварных соединений твэлов энергетических ядерных реакторов. оболочки твэлов которых выполняют из сплавов циркония, Цель изобретения — повышение точности и надежности 6пределения качества сварки, а также обеспечение контроля в процессе выполнения каждой сварки величины электрического сопротивления электродэ трубы.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами и графиками, приведенными на фиг. 1 — 15.

На фиг, 1 и 2 схематично представлены начальное (фиг. 1) и конечное (фиг. 2) положения свэриваемых деталей и соответственно электродов заглушки и трубы в

Я3 1801713 А1

2 (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ СОПРОТИВЛЕНИЕМ (57) Использование: для контроля качества соединений, используемых при герметизации соединений типа труба-заглушка, Сущность изобретения: способ основан на построении математической модели процесса по экспериментальным зависимостям качества сварки от параметров процесса и определении из этих зависимостей коэффициентов — констант уравнений математической модели. Способ позволяет исключить периодическое изготовление образцов-свидетелей. 15 ил. процессе сварки, выполненной на апти* Ф мальном режиме, т.е. при F = Г, 0Б =Ue u

R = R* (здесь F — сварочное усилие, 0Б— напряжение на батарее конденсаторов, которая в данном случае используется как силовой источник питания, подключенный на первичную обмотку сварочного трансформатора, R — сопротивление электрода трубы, звездочкой (*) здесь и далее обозначены оптимальные параметры процесса сварки).

На фиг, 1 и 2 приняты следующие обозначения:

1 — сваривэемая труба;

2 — свариваемая заглушка;

3 — электрод заглушки;

4 — кольцевой, разъемный или неразьемный упор-холодильник (КУХ) электрода трубы;

5 — кольцевой, разъемный или неразьемный токоподвод электрода трубы (последний состоит из совместно скрепленных деталей 4 и 5);

1801713

6 — конусный полый шунт-шпилька (по 1 шт, в каждом из 3-х секторов разъемного электрода трубы, или 3 шт. в кольцевом неразъемном электроде трубы; параллельное соединение 3-х шунтов-шпилек составляет сопротивление электрода трубы R);

7 — линия соединения трубы и заглушки;

8 — наружный грат сварного соединения;

9 — внутренний грат сварного соединения; .

10 — наружная складка металла (между наружным гратом и заглушкой);

11 — внутренняя складка металла (между внутренним гратом и трубой);

Н вЂ” перемещение заглушки (MM); ! савв — протяженность шва вдоль оси свариваемой трубы (мм) (определяется по металлографическим шлифам так же, как глубина складок 10 и 11); д — толщина стенки свариваемой трубы (мм).

На фиг;3 представлены осциллограммы сварочного тока1, перемещения заглушки Н и скорости V э3тTоotг о о пnеeр еeм еeщ еeнHи яR, как производной пути по времени. Кривая Н может иметь перелом в средней части. В этом случае перемещение Н можно рассматривать как сумму начального Н1 и вторичного Н2 перемещений, При сварке с F близким к верхней допустимой границе перелом Н может сглаживаться, как показано на фиг. 3 пунктиром.

На фиг. 4 — 12 показан механизм влияния

R на формирование сварных соединений труба-заглушка.

На фиг, 4 — 12 приняты следующие обозначения:

12 — место начала образования наружной складки металла на цилиндрической рабочей части заглушки;

13 — место начала образования внутренней складки металла на внутренней поверхности нагреваемого участка трубы;

14 — граница зоны термического влияния 3ТВ (кольцевая) в заглушке;

15 — граница 3ТВ в трубе;

1с.в. протяженность вдоль оси соединения внутренней складки (берется со знаком

"-", если уменьшает 1 щвв и со знаком "+", если увеличивает 1 !ввв), мм;

1в.н - протяженность вдоль оси соединения наружной складки (берется со знаком

"— ", если уменьшает 1 швв и со знаком "+", если увеличивает 1 шва), мм;

H* — оптимальное перемещение заглушки при R = R*, Н* принимается равным 2,5 — 36.

На фиг, 4, 5, 6 изображен случай сварки при оптимальном режиме по усилию и току, величина которого, при прочих равных услоHR =Змм при Е= F; И/=Р/ . К=В соответствующей оптимальному режиму сварки, График получен при сварке соединений на трубах из сплава циркония Н1 размером 13,6 х 0,95 мм (диаметр рабочей части заглушки 12,3 мм и ее длина 4,5 мм) при R =

R* = 83 мкОм = const (сопротивление каждого из 3-х шунтов электрода трубы 250 мкОм).

На фиг. 14 представлен график зависимости Н, Н! и Hz, а также от величины

35 сопротивления каждого из 3-х шунтов электрода трубы (график N 2).

Результаты сварок дпя упрощения ап роксимированы прямыми, Все образцы, на

40 основании которых построен график, сваренны на трубах из сплава циркония Н1, размером 13,6 х 0,95 мм на одном и том же оптимальном режиме (F = F = 450 к Г, U o = U в* = 350 В, диаметр рабочей части

45 заглушки составлял 12,3 о мм, длина ее составляла 4,5 мм). Сопротивление сектора

КУХ (каждого) было равно R = 50, 100, 200, 250, 300, 400 и 500 мкОм. Перемещения Н, Н1 и Hz измерялись специальным датчиком и определялись по осциллограммам. Глубина складок металла 1, и протяженность шва

1 шва вдоль оси соединения определялись на металпографических продольных оси соединения травленых шлифах, как средние между правой и левой частью шлифа велияийы.

На фиг. 15 (график N 3) приведен график функции Н, I»a = f(F,W,R), где все 3 параметвиях, определяется напряжением на бата+ рее конденсаторов, при R «R . В этом случае "недогрев" трубы (сравнительно с заглушкой), поскольку большая часть тока проходит через шунт, дает длинную внутреннюю складку, !шва = H + lc,í. Ic.a.

На фиг, 7, 8, 9 представлен случай сварки при F = F*;.Ug = 0ь* и при R = R В этом

* случае lc.H, = Ic,a. = 0; Н = Н и 1 шва = H (труба

"0 и заглушка нагреты одинаково), На фиг. 10, 11, 12 показан случай сварки при F = F*; Uo = Uo*, но при R» й, В этом случае труба "перегревается" относительно заглушки, что приводит к образованию

"5 длинной, но уже наружной складки. I ввв =

=Н вЂ” lс.н. + Ic.в.

На фиг. 13 (график N 1) представлена аппроксимированная прямыми экспериментальная зависимость перемещения

Н R заглушки от энергии W, выделенной„ в свариваемых деталях, и сварочного усиЛИЯ F(H R"=!»в=f(F,W) ПРИН=В =СОПЗт) в области, расположенной вокруг точки

1801713

H = !шва = f(W, F) Если же R Ф R, то !шва < Н и выражение 50 (1 ) усложняется:

I.! шва = f(W .F, R) (2) Аналитическое нахождение уравнения, 55 соответствующего общему виду зависимости (2), затруднено ввиду нестационарноI сти и нелинейности процессов нагрева и деформирования деталей при сварке, ра F, W и R, влияющие на Н и i tU8g, являются переменными.

Сущность предложенного способа контроля качества сварного соединения трубы с заглушкой, диаметр которой меньше на- 5 ружного диаметра свариваемой трубы, выполняемого контактной стыковой сваркой сопротивлением с использованием кольцевого электрода трубы, рэзделенното на плоские изолированные. друг от друга, но 10 соединенные шунтами, перпендикулярные оси электрода,.слои, заключается в измерении в процессе каждой сварки параметров процесса, подставке их в заранее составленную математическую зависимость и рас- 15 чете с помощью микро ЭВМ основного показателя, характеризующего качество сварки — протяженности шва вдоль оси свариваемой трубы. При этом s уравнение ма тематической модели вводят зависимость 20 протяженности шва от сопротивления электрода трубы.

При сварке с R = R, как видно из фиг.

2, !ш, .= Н, В процессе многократно повторяющихся сварок, а также при изготовлении 25 сварочной оснастки сопротивление секторов КУХ может изменяться в ту и другую сторону, что при неизменных F u W вызывает изменения ш, (фиг, 14, график ¹ 2).

При R = R = const процесс сварки, с 30 некоторым упрощением, можно представить как сумму двух процессов — процесса нагрева взаимодействующих слоев трубы и заглушки без приложения усилия сжатия F и процесса приложения осевого усилия сжа- 35 ,тия F к заглушке и трубе после их нагрева при отключенном источнике нагрева. Это позйоляет рассматривать Н = !ш, как функцию двух составляющих — нагрева и усилия.

Поскольку температура (нагрев) про- 40 порциональна количеству выделенного тепла (при прочих равных условиях), а количество тепла пропорционально энергии W, выделенной в свариваемых деталях, то в этом случае можно считать Н функцией 45

1/Ч и Г, т.е.:

Поэтому задача решалась проще. обработкой реальных физических зависимостей (фиг, 13, 14, 15), полученных в процессе сварки, в области, представляющей собой наибольший практический интерес, т.е. вблизи оптимальных параметров режима сварки.

Из графика ¹ 1 видно, что в указанной области при F A F u W AW (но при R =

* «с

= R ) Н R можно определить как:

HR =Н* -п Л W КЛ F. (3)

ЛŠ— отклонение F от F равное

«-Л F= = F* — F (5);

m, К вЂ” константы. вычисляемые из графика ¹ 1. равные.

ЛН ЛНр

aW A F (6) где Л вЂ” приращения соответствующих веI личин на графике № 1 в области вблизи выбранной точки оптимального режима сварки Н ..

В уравнении (3) константы m и К вычис1 ляются после определения на графике ¹ 1 соответствующих величин, F определяется датчиком сварочного усилия, а W рассчитывают, например, графическим интегрированием или, приближенно, через коэффициент амплитуды по амплитудным значениям U u

I, используя известное уравнение:

W = / U 1 dt, о (7) где U — текущее (значок "т") значение напряжения на свариваемых деталях, (В);

I — текущее значение сварочного тока— (Ка):

t — длительность импульса сварочного тока (с).

Практически W определяли графическим интегрированием, или по специальной программе на микроЭВМ, Для определения ш при R W R* в уравнение (3) вводят поправки, связанные с из-! менением !швэ при изменениях R. Это выполняли на основании экспериментальгде Н вЂ” выбранная точка оптимального, т.е. при R = R, F = F и \И = У/*, режима сварки, на графике № 1 (Н принимается равным 2,5 — 3 б)

b VÈ вЂ” отклонение И/ от О/*, равное йЛW = W* — W (4) 1801713

НЫХ ГРафИКОВ Н, 1шва = f(R) ПРИ F = F = COnSt и W = W = const (график % 2, фиг. 14) и Н, шва = f(F, W, R) (график N- 3, фиг. 15), Из графика М 2 (фиг, 5) видно,.что для любого значения R справедливо уравнение: 5! шва = Н !с (81) Видно также, что для любого значения

R(например,,при R = 125 мкОм в области 10

R«R*, или при Н/Н 1) отношение 1с к разности HR — Н является величиной постоянной, т.е.: (15 )I, 1 — Вг = Az = const, I«! 15 — В! = const, (9)

Н R* — Н

Зная длину Ic (из уравнения (10) для

I области R R ), соответствующую Н, при котором получена эта складка (график М 2, фиг, 14), можно определить и сопротивление шунта сектора KYX (кольцевого — упорахолодильника), ипи общее сопротивление

КУХ

2б апектрода трубы. равное . при ко3 торых получены данные Н и I, Для этого отложим отрезок ОК = BD на графике N 2 и г1роведем прямую KN. Тогда ординаты линии KN будут равны!с для любых значений R и для значения, например, R = 100 мкОм будем иметь:! шва = А1Н вЂ” B1H R ф

ON= R*-R учиты вэя (10 ), получим:

40 а

R=R а Ic * В1

=R — — (Ня — Н)..

tg а tg а (17 )

Уравнение(17) получено из графика М 2, т.е.

45 когда.нв = Н, В общем случае Н в ФН (кэк правило Н R*< Н, как показано на гра* фике NЗ),,Из графика N 3 видно, что при кв

* уменьшении HR от Н пропорционально

0 уменьшается и lcz, поэтому при опреде ении tge, чтобы не вводить новый угол а1, величину I «, определенную из графика й.

3, нужно увеличить пропорционально, что позволит пользоваться углом а

Н

55 из графика N 2, Введя эту поправку в уравнение (17), 1 получим;

Следовательно, 1« = B1 (Н R* — Н }. (10 )

Подставив (10 ) в (8 ), получим: °! шит = Н вЂ”.В1 (Н R* — Н ) = Н вЂ” В! Н R* +

+В1Н =(1+B))Н вЂ” B> HR

Обозначив 1 + В1 = А1 (12), окончательно

1 получим;

Или, перейдя к текущим измеренным величинам (значок птии) и текущим расчетным величинам (значок итен):

I R=A1H"-В1нг*. (13) Рассмотрим теперь график %3 (фиг. 15), на котором все 3 основных параметра R, F u

W, влияющих на Н и lшва, являются переменными, т.е, R Ф R*, F F* и W Ф W . Из гРафика виДно, что паРаметРы !с и Н R

- Н изменились (уменьшились) пропорциотК

* нально отношению Н/Н R, где Н вЂ” переда

* мещение заглушки, равное Н R npu R = R, F = F* и W = W* а Н R — перемещение а * * заглушки при R=R, FA F uW WW (неравное Н* ). Следовательно, их отношение (9) осталось неизменным, неизменны1 ми остались и коэффициенты А1 и В< и справедливость уравнения (13) не нарушиI лась и в этом случае, Таким образом, измерив значение Н", рассчитав значение Н л " (по измеренным величинам U™, l " и F и заранее рассчитанным из графика N. 1 коэффициентам — константам) и заранее рассчитав из графика М

2-коэффициенты — константы А1 и В1; можно рассчитать текущее, расчетное значение шва Р, Разумеется выполнить это при каждой текущей сварке можно только с помощью микро ЭВМ. В частности, для этого использовалась ПЭВМ ЕС вЂ” 1840.

Рассуждая аналогичным образом, для области R >R или при Нуи/ Н * = N> 1, найдем:!

1 — Вг = const, (14 );

Н вЂ” Н R

1 Ршва = А2Н + Bz H л . (16).

) О К! I.

О N =. =, tg а =const, а = т, а

1801713

Hg Н*

Н я" (25 ) R =R ф

tga (18 ) В2 Н где C2 = = const, е (27 ) Нти

N=

Нтр

10 и (28) . ф

Нти

НR (20 ) = R — С1(1 — N ), (21 ); (22 ).! с»Н! — Н2

=const = f (29 ) tgp tg p

Обозначим:

Р* В Н (1 Н )

tgQ Н " где все величины известны, а tg!2 определяется из графика М 2, после графического измерения на этом графике!с и определения на этом графике соответствующей I, величины R, по уравнению:

tg а = = const =d (19)

R — R

Переходя к текущим измеренным и текущим расчетным параметрам и учитывая (18), получим:

В1Н гдЕ С1 - = COnSt, о

Нти

Нтр

Таким образом, заранее рассчитав константу С1, зная величину R *= сопзт и использовав ранее рассчитанную величину N, можно рассчитать текущую величину сопротивления шунта сектора КУХ - и, следовательно, сопротивления электрода трубы при каждой текущей сварке.

Действуя аналогичным образом в области R R* по графику К 2, найдем:.

= R* (HR* — Н ), (23)

Введя поправку в уравнение (23 ), получим:

R =R — — — (1 — — — — ), (24)

В2Н Н

Ч7" Н * где tg P определяется из графика N 2, после графического измерения на этом графике

I<» и определения на этом же графике соответствующей величины R, по уравнению:! с

tg = — = const = е

R — R

Окончательно получаем:

R Р = тт — С2(1 — N), (26) Для повышения точности определения

l Leea u R (в тех случаях, когда из сигнала Н могут быть выделены начальное Н1и вторичное Н2 !!еремещения, что характерно для сварки в области вблизи минимально допу. стимых сварочных усилий и с минимально инерционным приводом сварочного усилия), их расчет может быть выполнен с ис-. пользованием Н1 и Н2.

В этом случае Н g* определяется, как и ранее, по уравнению (3), а для определе-!

25 ния I шва и R.используются эппроксимированные прямыми линии начального

* перемещения Н! в области R < R и H1 — в области R К*(соответственно линии М0 и

MZ на графике N 2, а такжелинии — функции

30 разности: Н! — Н2 — линия К0 и Н! — H2 линия NF).

Из графика N 2 (фиг. 15), в области R S

< R* видно, что отношение 1,» к разности

Н1-Н2 является величиной постоянной для любых значений R a этой области (например, отношение при R = 100 мкОм, 0K Ic — ), следовательно, можем

Ор 1 2 записать:

40 (то есть, константа f определяется по уравнению (29), после графического измерения

I на графике N 2, например, отрезков О К =

I I

= 1 » и О P = Н! — H2 при R = 100 мкОм, или подобных отрезков при любом другом значении R).

Подставив уравнение (29 ) в уравнение (8), получим:

Idea = Н f(H1 Н2) = Н1+ Н2 fH1+ fH2 =

=(f+ 1) Н2 (f 1)Н1, (30 ) f + 1 = Аз = con м, (31 ); f — 1 = Вз = con st. (32 ) 12

1801713

R«+ 1с H

tg j3HR* (43 ) Обозначим (45 ) Окончательно получим:

15 (37 ) (38 ) где А4- q+ 1 = const;

84 = q — 1 = const, „*„, H>" НГ

НУ" (46) ф

1сь H (39 ) R=R

tg QHR (42 ) Подставим (31) и (32) в (30) и, перейдя к текущим измеренным и текущим расчетным значениям, получим:

1 Ршва = АЗН 2 ВзН™1. (33) .

Действуя аналогичным образом в области R R*, найдем;

1I

= const = q (34 ); н1-Н1

1шва = (Ц + 1) Н 2 (q 1) H 1 (35); шва = A4H 2 84Н 2 (36), Заметим, что при таком способе опре.деления шва т.е. через разнесть Ít-Н2 уравнение (36), полученное из графика № 2, 1 остается справедливым и в применении к функции Н, 1шва = f(R, F, W) т.е, к графику ¹

3, поскольку пропорциональное изменение

1с и разности Hi — Н2 не изменяет константу

f (уравнение 29 ).

Для определения сопротивления электрода трубы или одного из 3-х шунтов этого электрода в области R R воспользуемся найденным ранее из графика ¹ 2 выражением (17) с поправкой для 1, Ъ

Подставив в него значение 1, из уравнения (29), получим;

f H QH< — Н2)

tg ix

B этом уравнении все составляющие его известны — они определены ранее.

Обозначим — — сопэт = Сз (41) и петда d рейдем к текущим измеренным и текущим расчетным величинам, окончательно получим:

Действуя аналогичным образом, из графика

¹ 2 для области найдем:

«с

R = Re + H (Н1 HI 1 (441) тдР Н *

Н Н

= — 1 — — const = С4 . щ е

Пример выполнения, Требуется для кон20 троля качества сварки найти уравнение связи протяженности шва 1шва вдоль оси соединения и сопротивления R каждого з . трех шунтов электрода трубы с измеряемыми параметрами процесса сварки, к которым относятся:

1 — сварочный ток;

U — напряжение на свариваемых деталях;

t — длительность сварочного импульса;

30 Н вЂ” суммарное перемещение электрода заглушки;

Н1 — начальное перемещение заглушки;

Н2 — вторичное перемещение заглушки; при сварке трубы из сплава циркония Н-1 (1% ниобия, остальное цирконий) размером 13,6 х

0,95 мм с заглушкой, имеющей диаметр рабочей части 12,3 мм и длину 4,5 мм.

-О,1

Сварку осуществляли указанным способом с использованием кольцевого разъем40 ного электрода трубь(, состоящего из пакета теплоотводящих изолированных друг от друга 7-ми пластин бронзы НБТ толщиной

0,5 мм.

В электроде были установлены 3 конус45 ных шунта — шпильки, соединяющих пакет пластин между собой с кольцевым токопод:, водом электрода, Шунты были выполнены иэ сплава высокого омического сопротивления — фехраля.

При сварке трубу устанавливали в ее электроде так, чтобы ее торец был углублен относительно торца электрода на 1 мм, что необходимо для исключения выхода наружного грата за наружный диаметр сваривае55 мой трубы, 1, Определение оптимального режима сварки.

1,1. Оптимальное сопротивление каждого из 3-х шунтов электрода трубы опреде13

1801713 кА, обеспечивающий I«= 0 и Н R* =!шва =

=Зд =3 мм(фиг, 1) при длительном импульсе t = 0,05 с и напряжении на силовой батарее конденсаторов Uo = 350 В емкостью С =

105 тыс,мкф (использован источник конденсаторов питания точечной машины МТК-5001 при коэффициенте трансформации и сварочного трансформатора и = 37 с максимальным напряжением заряда 0Д =360 В).

2. Экспериментально построены:

2.1. График функции Н R* = f(F, W)— график ¹ 1 (фиг. 13).

2.2. График функции. Н, !шва = f(R)— график N - 2 (фиг. 14).

3. Из графиков ¹ 1 и N 2 по уравнениям формулы изобретения определяли константы.

3.1. Из графика N. 1 по уравнениям (5) и (6):

Максимальное сварочное усилие не должно превышать предела текучести во всем сечении свариваемой трубы (иначе она будет деформироваться и вне зоны сварки, что 25 недопустимо). Следовательно:

0,5 мм

2.90 0,00173 ВАс

К = =0,0027

150 кГ

„+. Обмм

При выборе оптимального сварочного усилия руководствовались следующими соображениями.

Чем больше усилие, тем больший требуется сварочный ток для достижения сварочной температуры. тем больше энергия, поглощенная при сварке, тем выше качест во сварки (объясняется это тем, что с увеличением усилия заглушка начинаетдвигаться раньше, т.е. при более низкой температуре, 45 следовательно„для повышения температуры нужно увеличивать сварочный ток).

С другой стороны увеличение. тока может ограничиваться возможностями источника нагрева,.кроме того, увеличение сварочного усилия требует увеличения усилия зажатия трубы и удлинения зажимающих губок, что в большинстве случаев нежелательно.

С учетом этих соображений в качестве оптимального было выбрано усилие F* = 450 кГ.

1..3. С учетом F = 450 кГ = const u R

250 мкОм = const экспериментально был выбран оптимальный сварочный ток Х = 25

0,6 мм — 0,004 мкОм

0,57 мм

А2

0,57 мм

0, 038 О ляли расчетом. После экспериментального уточнения оно найдено равным R = 250 мкОм.

1,2. Оптимальное сварочное усилие F выбирали исходя из следующего.

Для исключения выплесков металла и поплавлений в начальный момент времени (для уменьшения начального контактного сопротивления достаточным обмятием его) напряжение в начальном контакте не должно быть ниже предела текучести свариваемого материала. Следовательно:.Л

FmIn = О02 St(a«. = Cт02 — Х

x (D затл. d тр.вн. ) — 22 x

2 2 3,14

4 х (12,3 — 11,6 ) = 280 кГ у

Fmax = 002 Ятр. = ат02 — X

1 г 3,14

x(Dтрнач. г1трвн. ) =22 X

4 а х (13,6 — 11,6 ) = 860 кГ

F* =; W* = 2280 ВАс;

3.2. Из графика ¹ 2 в области R R, например, при R = 100 мкОм по уравнениям (11), (12), (14) и (13):

0,6 мм

Аа=1 + аа — р71 3

2.3 мм.мкОм 1500 О

0,004 мм

3.3, Из графика № 2 в области R R*, например, при R =400 мкОм по уравнениям (15), (16), (18) и (17):

2 — 057 мм 38

3,8 3 мм мкОм 3000 м О

0,0038 мм

1801713

I"Ршаа = 3,8 Н Д* — 2.8 Н и

7.9. Если N 1, по уравнению (10) оассчитывали сопротивление электрода трубы

Ròð.

R P. = 250 — 3000 (1 — N)

8. При использовании другого варианта способа (с выделением из Н сигналов Н1 и

Н2) п.п. 1; I.1; 1,2; 2; 2.1; 2.2; 3 и 3.1 остаются. без изменений. Далее действовали аналогичным рассмотренному образом .

8.1. Из графика ¹ 2 в области R Й*, например, при R = 100 мкОм по уравнениям (29 ),, (31 ), (32 ), (14 ) и (41 ) находили:

FTM Цти ITM Нти Нти Нти

7. По специальной программе на ПЭВМ в момент окончания каждой сварки выполняли следующие расчетные операции:

7,1, По уравнению {4) определяли Д F, равное:

06мм 04

1,5 мм

Аз = 0,4 + 1 = 1,4; Вз = 0,4 — I = -0,6;

0,6 мм

30 — 0,004 — р мм мкОм

7.2. Определяли W, равную:

С вЂ” f H 04.3 мкОм

35 о 0,004 мм

t щтр f ти . ти о

= 300 мкОм;

7.3. По уравнению(3) определяли + ДЯ, равное:

ДW = W" — WòÐ

7,4, По уравнению (2) определяли Н *, ..т равное:

Ц =

0,55 мм 0 457

1,2 мм

1 т 3 0 001-73 Д@у +. 0 0027 F. А1 = 0,457 - 1 = 1,457; В4 = 0,457 — 1

0,543;

7.5. Определяли отношение N по уравнен.ию (1):

0,55 мм

Нти

N =

Н т :6

q Н" 0457 3 мм мкОм

0,00367 мм

7.6. Если N 1, по уравнению (7) рас- 55 =375 < считывали I ршаа тр

8,3. Найденные значения констант подставляли в уравнения (33), (39 ), (36 ), (46), » = 3 H" "— 2 H"1"

4. Найденные значения констант подставляли в уравнение (7), (9), (2). (8) и (10):

rtpvI N 5 11, исаа = 3 Н 2 Н g при N =" 1 I Ршаа = 3,8 Н Р" 2,8 Н

Н * = 3 +-0,00173 ДW 0,0027Д F; при N:- 1, R = 250 — 1500 (1 — N); при N o1, R =250 — 3000. (1 — N), 5. Полученные уравнения с численными значениями констант, а также F* и W* записывали во внешнюю. (долговременную) память ПЭВМ, После этого осуществляли сварку изделий с контролем их качества (I ааа) и контролем величины сопротивления электрода трубы при выполнении каждой сварки (R ).

6. В процессе выполнения каждой сварки измеряли и автоматически записывали в оперативную память ПЭВМ следующие параметры:

7,7, Если N 5 1, по уравнению (8) рассчитывали сопротивление электрода трубы . R Р

R = 250 — 1500 (1 — N);

5 7.8. Если N = 1, по уравнению (9) рассчитывали! тр

8,2. Из графика N 2 в области R R*, 40 например, при R =400мкОм поуравнениям (34 ), (37 ), (38 ), (18 ) и (45 ) находим:

1801713

17 (по установившимся нормативам это делается через каждые 60 — 100 сварок), По предварительным оценкам производственных служб это даст существенный эффект.

R =. R — 300

Н тэбэ

R =R +375

Н ТУЗ

Н У = 3 " 0,00173 ЛЧ/+ 0,00276 Е, 15

9. Далее действовали согласно п,п. 5, 6, 7.

При с6арке таких же соединений по варианту 2, т.е, с использованием Ht и Н2 точность может быть повышена до, для Icosa

+ 6% и R + 8%

Следует отметить, что s данном случае уместен только среднестатистическим подход. Конкретные единичные отклонения могут быть и большими, так как протяженность шва оценивается только в двухдиаметрально расположенных сечениях, но не по всему периметру и ошибка при таком определе- 40 нии может быть достаточно большой. В

"этом, по-видимому, главный источник неточности, причем он повторяется дважды— при построении графиков и при установлении соответствия расчетной и реальной про- 45 тяженности шва, В остальном, поскольку все коэффициенты берутся из реальных эксперименталь- ных зависимостей, которые, кстати говоря, при необходимости могут быть разбиты на 50 более мелкие "куски" (при различных значениях N), что повышает точность, но сущестВ8ННо увеличивает объем расчетов, ошибка ,должна быть минимальной.

Предлагаемый способ контроля позволяет повысить точность и надежность определения качества сварки сравнительно с прототипом, что в целом позволит отказать-. ся от периодического изготовления в производственных условиях контрольных шлифов— учитывая, что уравнение (2) было найдено ранее. Получали: при N 1: I tttea = 1,4 Н И2 + 0,5 Н 1; при N 1; Рш = 1,457 Н 2+ 0,543 Н ">

10. Сварка образцов указанного типоразмера с использованием предлагаемого способа контроля и последующими метал- лографическими исследованиями продольных шлифов, а также измерениями сопротивления электрода трубы. показала, что по п, 1 формулы изобретения обеспечивается точность определения Inca "10 % и R — ": 15%, Формула изобретения

Способ контроля качества контактной стыковой сварки сопротивлением путем измерения в процессе сварки амплитуды сварочного тока I (êÀ) и перемещения одной из свариваемых деталей Н (мм) относительно другой и расчета по заранее составленной математической зависимости с подстановкой в нее измеренных параметров протяженности шва вдоль продольной оси сваренных деталей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и .. надежности контьроля соединений трубазаглушка, в которых диаметр заглушки выполняют меньшим наружного диаметра свариваемой трубы, в процессе сварки дополнительно измеряют сварочное усилие F (кг) и напряжение между электродами машины U (В), экспериментально определяют следующие технологические параметры: R— сопротивление электрода трубы, мкОм; W— энергия, выделенная в свариваемых деталях за время длительности сварочного тока, t равная / Uldt, В-А с;1шва — протяженность о сварочного шва вдоль оси свариваемой трубы, определенная на металлографических шлифах, мм; Ia — суммарная протяженность наружной и внутренней складок металла в соединении, определенная на металлографических шлифах, выполняемых вдоль оси трубы, каждая из которых берется со знаком

"плюс", если она увеличивает luiea и со зна ком ."минус", если она уменьшает Itttea,„и строят два экспериментальных графика функций гра фик 1:

Н R" = f (W) (мм) при различных F, график 2:

Н; !шву = f(R) при F = F u W = W*. где F u W — оптимальные по режиму сварки значения усилия и энергии;

R* — оптимальное сопротивление электрода трубы, при котором Ie = О, Ом;

Н R* — перемещение заглушки измеренное или расчетное, мм, при F A F*; W A W

ИВ=В, при этом в зависимости от величины безразмерного соотношения

N = Н/HR*, 20

1801713

19 где Н R — расчетное перемещение заглушки, которое определяют по уравнению

H R* = H ":1п ДР/ + кД Г, мм

* е где Н вЂ” перемещение заглушки, соответствующее выбранной точке оптимального режима сварки, в которой F = F, W = W* и R =

=R* на графике 1, мм;

Д W — отклонение измеренного W от

W*, равное ч-ДФ/=W* — W, В А с, 4r где Д F — отклонение измеренного F от F, равное

ДF =F*-F, кг;

m, k — константы, определяемые из графика 1, равные

Д Hв мм/B А с:

ДIW

Д1 Нв*, мм/кг, Д F где hü Н R — какое-либ6 приращение перемещения по оси Н R относительно пе* ремещения Н вЂ” точки оптимального режима сварки, в которой F = F*; W =- W*;

R = R* на графике 1, мм;.

I:

Д W — изменение W относительно W* при одном и том же F, вызвавшее приращение перемещения Д Н R нэ графике 1, B А с;

Д F,— изменение F относительно F* при

1 одной и той же W, вызвавшее приращение перемещения Д Н R на графике 1, кг;

1 ж определяют протяженность шва и сопротивление электрода трубы из уравнений при и 1 1шва = А1Н вЂ” B) Н R мм, R = R* — C1(1 — N), мкОм,"

10 пРи N 1 !шва = А2Н + В2 Н R, мм, R = R С2 (1 N), мкОм, А> 1+ В1; В1= с

HR* — Н

С1 = мкОм; d = „,мм/мкОм; в1Н

R — R

11

AZ= 1 — В2; В2=

Н вЂ” Н R*

В2 Н" 1

С2 = —, мкОм; 1 =- .„ммlмкОм, Зо значком "штрих" обозначены значения Н и шва в области N + 1 или R + R*.

15 где А1, В1, С1, А2, В2. С2 — константы, определяемые из графика 2 по уравнениям

18017 t3

1801713

1801713

05 кдм

Составитель Л.Бабкин

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор А.Козориз

Редактор

Заказ 817 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

2 5

1801713 (papuu рунцнн Н, gula = p (R) риFcf=FcV св а=а"=ап (opaque К3),8 const

paqux руннна Ц Ыа =г((W, Я (ppagux И( („Луу юп No ooo R ниОн

<" Юиг. Ю