Вихретоковый способ контроля качества сварных соединений и вихретоковое устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к неразрушающему контролю изделий и может быть использовано для контроля качества сварных соединений. Цель изобретения - повышение достоверности контроля за счет фиксации фаз вносимых напряжений в вихретоковый преобразователь в резонансном режиме его взаимодействия со сварным соединением. Эти значения фаз посредством вычислительного блока идентифицируются с заранее полученными значениями по эталонным образцам с различным качеством сварки. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано в авиационной, машиностроительной и судостроительной отраслях промышленности для дефектоскопии сварных соединений из немагнитных металлов и их сплавов.

Известен способ контроля качества сварных соединений, заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь (ВТП), включенный в колебательный контур и питаемый гармоническим напряжением переменной частоты, приводят в электромагнитное взаимодействие с контролируемым объектом, измеряют частоту и амплитуду напряжения на контуре при резонансном режиме его работы и по измеренным величинам с помощью логических операций И и ИЛИ распознают амплитудно-частотные характеристики, однозначно определяющие различное качество сварки [1 и 2] .

Известно устройство для контроля качества сварных соединений, реализующее способ и содержащее генератор качающейся частоты, колебательный контур с ВТП, подключенный к выходу генератора, каналы измерения амплитуды и частоты, подключенные к колебательному контуру, преобразователя аналог-код и блок логической обработки сигналов, подключенный входами к выходам каналов измерения амплитуды и частоты через соответствующие преобразователи аналог-код [2] .

Недостатком известного способа и устройства его осуществления является невысокая достоверность определения качества сварки. Это обусловлено амплитудной нестабильностью генератора качающейся частоты и разбросами электрофизических и геометрических параметров (удельной электрической проводимости и толщины) свариваемых деталей, а также параметров, характеризующих качество сварки (размер литой зоны, глубина проплавления деталей, дефекты различных видов).

Вследствие этого амплитудно-частотные характеристики из линий вырождаются в полосы. Кроме того, в процессе проведения контроля ВТП, как правило, может устанавливаться на поверхность объекта контроля с любым значением зазора выбранного диапазона. Все это приводит к тому, что в процессе контроля можно получить такие значения амплитуды и частоты, на которые не настроен ни один из логических элементов И и ИЛИ, что снижает достоверность контроля.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля.

Это достигается тем, что согласно вихретоковому способу контроля качества сварных соединений, заключающемуся в том, что ВТП, включенный в колебательный контур и питаемый гармоническим напряжением переменной частоты, приводят в электромагнитное взаимодействие с контролируемым объектом, измеряют частоту и амплитуду напряжения на контуре при резонансном режиме его работы и качество сварного соединения определяют по измеренным величинам, снимают с помощью контрольных образцов фазово-частотные характеристики сварных соединений разного качества в выбранном диапазоне изменения зазора, определяют по данным статистических измерений на контрольных образцах допустимые диапазоны изменения фазы и частоты выходного напряжения колебательного контура от допустимых диапазонов разброса параметров, характеризующих качество сварки, электрофизических и геометрических параметров свариваемых деталей в выбранном диапазоне изменения зазора, измеряют фазы вносимых напряжений колебательного контура и качество сварки регламентируют по измеренным частотам и фазам.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - фазово-частотные характеристики колебательного контура с ВТП при контроле сварных соединений разного качества с учетом допустимых диапазонов разброса параметров, характеризующих качество сварки, и электрофизических и геометрических параметров соединяемых деталей; на фиг. 2 - участок фазово-частотной характеристики при контроле сварного соединения.

Устройство состоит из управляемого функционального генератора 1, колебательного контура 2 с заключенным в него вихретоковым преобразователем (ВТА) 3, экстрематора 4, частотомера 5, канала 6 измерения фазы, двух преобразователей аналог-код 7 и 8 и вычислительного блока 9.

Выход генератора 1 присоединен к колебательному контуру 2, элементом которого является ВТП 3, сигнальному входу частотомера 5 и опорному входу канала измерения фазы 6. Колебательный контур 2 подключен к сигнальному входу канала измерения фазы 6 и входу экстрематора 4, выход которого соединен с управляющими входами частотомера 5 и вычислительного устройства 9. Выходы частотомера 5 и канала 6 присоединены к входам преобразователей аналог-код 7 и 8, выходы преобразователей 7 и 8 - к входам вычислительного блока 9. Управляющий выход вычислительного блока 9 соединен с управляющим входом генератора 1.

Колебательный контур 2, элементом которого является ВТП 3, питается от управляемого функционального генератора 1. Напряжение, снимаемое с колебательного контура 2, проступает на вход экстрематора 4 и сигнальный вход канала 6 измерения фазы. На опорный вход канала 6 измерения фазы подается напряжение с генератора 1. Выходное напряжение экстрематора 4 подается на управляющие входы частотомера 5 и вычислительного блока 9. На сигнальный вход частотомера 5 подается напряжение с выхода генератора 1. Выходное напряжение частотомера 5 поступает на вход одного преобразователя аналог-код 7. Выходное напряжение канала 6 подается на вход другого преобразователя аналог-код 8. Выходные цифровые коды преобразователей 7 и 8 поступают на входы блока 8. Управляющий сигнал, вырабатываемый вычислительным блоком 9, поступает на управляющий вход генератора 1.

Фазово-частотные характеристики колебательного контура с ВТП для сварных соединений различного качества следующие (см. фиг. 2).

Фазово-частотные характеристики представляют собой полосы. Это объясняется тем, что измеряемые фаза и частота зависят от зазора между ВТП и поверхностью контролируемого объекта, различного качества сварки (нормальное соединение, соединение с заниженным размером литой зоны, соединение с дефектом типа "слипание" и т. п. ), разброса электрофизических и геометрических параметров (удельной электрической проводимости и толщины) свариваемых деталей, параметров, характеризующих качество сварки (размера литой зоны, глубины приплавления свариваемых деталей, различных размеров разных видов дефектов и т. п. ).

Как известно, для каждого вида качества сварки ГОСТ устанавливает свои допустимые диапазоны разброса параметров, характеризующих качество сварки. ГОСТ также вводит допустимые разбросы по параметрам свариваемых деталей.

Из изложенного следует, что для обеспечения возможности однозначного распознавания различного качества сварки, кроме фазово-частотных характеристик, определяемых наборами фаз и частот, необходимо учитывать допустимые диапазоны изменения фазы и частоты от допустимых диапазонов разброса параметров, характеризующих качество сварки и свариваемых деталей. В связи с этим необходимо иметь контрольные образцы сварных соединений различного качества с допустимыми диапазонами разбросов параметров, характеризующих качество сварки и свариваемых деталей, с помощью которых на основе статистических измерений определяются фазово-частотные характеристики и допустимые диапазоны изменения фазы и частоты. Полученные данные вводятся в вычислительный блок 9.

С учетом изложенного устройство работает следующим образом ВТП 3 устанавливают на сварное соединение. В зависимости от качества сварки изменяются параметры преобразователя: его активное сопротивление и индуктивность. Вследствие этого изменяются собственная резонансная частота колебательного контура 2 и фаза выходного напряжения. В начальный момент измерений управляемый функциональный генератор 1 вырабатывает напряжение строго определенной частоты. На этой частоте каналом 6 измерения фазы всегда производится измерение фазы выходного напряжения колебательного контура 2. По окончании процесса измерения фазы и преобразования ее в цифровой код с помощью преобразователя 8 и записи этого кода в вычислительном блоке 9 последнее вырабатывает управляющий сигнал, который запускает генератор 1 на режим качания частоты. Это качание частоты происходит до наступления резонанса. В этот момент экстрематор 4 вырабатывает управляющий сигнал, который запускает частотомер 5 на измерение частоты генератора 1 и через вычислительный блок 9 переключает генератор 1 на режим генерации резонансного значения частоты. Резонансная частота измеряется частотомером 5 и после преобразования ее в цифровой код с помощью преобразователя 7 вводится в вычислительный блок 9.

Измеренные значения фазы и частоты и введенные заранее их значения подвергают обработке в вычислительном блоке 9. С помощью вычислительного блока 9 определяется принадлежность измеренного значения частоты и фазы сварному соединению с известным качеством сварки в выбранном диапазоне изменения зазора.

Таким образом, благодаря тому, что в предлагаемом способе и устройстве его осуществления распознавание фазово-частотной характеристики, однозначно определяющей качество сварки, производится с учетом допустимых диапазонов разброса параметров качества сварки и свариваемых деталей при любом значении зазора выбранного диапазона его изменения, а также вследствие замены измерения нестабильной амплитуды на измерение стабильной фазы, повышается достоверность контроля. (56) Авторское свидетельство СССР N 1478110, кл. G 01 N 27/90, 1988.

Авторское свидетельство СССР N 1652893, кл. G 01 N 27/90, 1989.

Формула изобретения

1. Вихретоковый способ контроля качества сварных соединений, заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь вводят во взаимодействие с контролируемым сварным соединением, в резонансном режиме работы этого преобразователя фиксируют частоту питающего напряжения и амплитуду вносимого напряжения, по которым определяют качество сварки, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, изготавливают образцы из материалов с различными электрофизическими свойствами, выполняют их сварку различного качества, по полученным сварным соединениям фиксируют фазы вносимых напряжений при заранее выбранных зазорах между вихретоковым преобразователем и сварным соединением и по полученным значениям фаз регламентируют допуски по значениям частот и фаз, определяющие качество сварного соединения.

2. Вихретоковое устройство для контроля качества сварных соединений, содержащее генератор качающейся частоты, колебательный контур с вихретоковым преобразователем, подключенный к выходу генератора, связанные с этим контуром два измерительных канала, один из которых выполнен в виде последовательно соединенных экстрематора, частотомера и преобразователя аналог - код, и блок логической обработки сигналов, соединенный входами с указанными каналами, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, второй измерительный канал выполнен в виде канала измерения фазы, включенного сигнальным входом к выходу колебательного контура, опорным входом - к выходу генератора, а блок логической обработки сигналов выполнен в виде вычислительного блока, подключенного управляющим выходом к управляющему входу генератора качающейся частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3