Феррозондовый датчик для слежения за стыком свариваемых деталей

Авторы патента:

G01N27/82 - обнаружение локальных дефектов

Владельцы патента RU 2457476:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) (RU)

Феррозондовый датчик для слежения за стыком свариваемых деталей относится к области автоматизации сварочных процессов. Феррозондовый датчик содержит источник питания (1) сварочного тока, блок ввода магнитного поля, в который входят два токосъема (2), (3), включенные параллельно в цепь сварочного тока через электрод (8), и блок регистрации магнитного поля, состоящий из дифференциального феррозонда (9), жестко связанного со сварочной головкой (10) и расположенного над заваренным участком стыка и усилительно-преобразовательного тракта, в который входят последовательно соединенные: избирательный усилитель (15), настроенный в резонанс на частоту (2ω+Ω) (ω - частота возбуждения феррозонда, Ω - частота сварочного тока); фазовый дискриминатор (16), опорное напряжение которого формируется вторым избирательным усилителем (17), связанным с выходом модулятора (18), входы которого соединены с источником сварочного тока (1) и задающим генератором (13) частоты 2ω; сглаживающий фильтр (19). В предлагаемом устройстве осуществляется выделение сигнала, пропорционального рассогласованию положений электрода и стыка на частоте (2ω+Ω), что повышает помехозащищенность, а следовательно, и устойчивость слежения за стыком. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматизации сварочных процессов, в частности к датчикам положения сварочного электрода относительно стыка.

Известен комбинированный датчик (А.с. №499070, МКИ B23K 9/10), используемый для направления сварочной головки вдоль стыка, содержащий блок ввода магнитного поля в свариваемые детали и блок регистрации магнитного поля над стыком.

Недостатком такого датчика является наличие методической погрешности, обусловленной опережающим положением датчика относительно свариваемого электрода. Измерение отклонения электрода от стыка происходит не в зоне плавления, а на некотором расстоянии от нее, в месте расположения датчика (измеряется отклонение датчика, а не электрода).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является феррозондовый датчик для слежения за стыком (А.с. №941056, МКИ B23K 9/10), содержащий источник питания, блок ввода магнитного поля, блок регистрации магнитного ноля, включающий в себя феррозонд, два фазовых дискриминатора, два избирательных усилителя, задающий генератор, делитель частоты на два, сглаживающий фильтр и фильтр цепи обратной связи. Этот датчик позволяет контролировать положение сварочного электрода без методической погрешности.

Недостатком такого датчика является его низкая защищенность от электромагнитных помех с частотой сварочного тока, поскольку выходной сигнал в блоке регистрации усиливается и детектируется на частоте тока сварки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение помехозащищенности датчика.

Решение задачи достигается тем, что в известном феррозондовом датчике для слежения за стыком свариваемых деталей, содержащем источник питания, блок ввода магнитного поля и блок регистрации магнитного поля, в который входят феррозонд, фазовый дискриминатор, два избирательных усилителя, задающий генератор, делитель частоты на два, сглаживающий фильтр, согласно изобретению в блок регистрации магнитного поля введен модулятор, одним входом связанный с источником питания, другим входом - с задающим генератором, а выходом подключенный к опорному входу фазового дискриминатора через второй избирательный усилитель.

На фигуре изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Феррозондовый датчик состоит из источника питания 1 сварочного тока, блока ввода магнитного поля, в который входят два токосъема 2, 3, закрепленные симметрично относительно стыка 4 свариваемых деталей 5, 6 и включенные параллельно в цепь сварочного тока 7 через электрод 8, и блока регистрации магнитного поля.

Блок регистрации магнитного поля состоит из дифференциального феррозонда 9, жестко связанного со сварочной головкой 10 и расположенного над заваренным участком стыка 4 и усилительно-преобразовательного тракта.

Дифференциальный феррозонд 9 содержит обмотку возбуждения 11 сердечников феррозонда, выходную обмотку 12. Обмотка возбуждения 11 подключена к задающему генератору 13 через делитель частоты на два 14. Дифференциальный феррозонд 9 установлен над заваренным участком стыка таким образом, что его ось чувствительности находится в вертикальной плоскости, проходящей через ось электрода 8.

В усилительно-преобразовательный тракт входят последовательно соединенные: избирательный усилитель 15, настроенный в резонанс на частоту (2ω+Ω) (ω - частота возбуждения феррозонда, Ω - частота сварочного тока); фазовый дискриминатор 16, опорное напряжение которого формируется вторым избирательным усилителем 17, связанным с выходом модулятора 18, входы которого соединены с источником сварочного тока 1 частоты Ω и задающим генератором 13 частоты 2ω; сглаживающий фильтр 19.

Феррозондовый датчик работает следующим образом. В процессе сварки сварочный ток, подводимый от источника 1 на электрод 8, разделяется на две составляющие 20 и 21, которые наводят магнитные поля 22 и 23 над свариваемыми деталями 5, 6.

При расположении электрода 8 точно над стыком 4 составляющие 20 и 21 сварочного тока не протекают через заваренный участок стыка 4. В связи с тем, что токосъемы расположены симметрично относительно стыка 4, вертикальные составляющие 24, 25 магнитных полей 22 и 23 равны по величине и противоположно направлены. Магнитное поле над свариваемыми деталями определяется горизонтальными составляющими полей 22 и 23 и полем сварочного тока, создаваемого электродом 8 в горизонтальной плоскости. Следовательно, проекция напряженности суммарного магнитного поля над заваренным участком стыка на ось чувствительности феррозонда 9 равна нулю, и выходной сигнал дифференциального феррозонда отсутствует.

При отклонении электрода 8 от стыка 4 (как показано на фиг.) составляющая 21 сварочного тока протекает через заваренный участок стыка 4 и проекция напряженности ΔH магнитного поля 26 (поле от тока, протекающего по заваренному участку) на ось чувствительности дифференциального феррозонда 9 характеризует величину и направление отклонения электрода 8 от стыка 4. Под действием этой составляющей (ΔH) напряженности магнитного поля в выходной обмотке 12 феррозонда 9 возникает э.д.с., в спектре которой присутствует составляющая с частотой (2ω+Ω), величина и фаза которой несут информацию о величине и направлении отклонения электрода от стыка.

Выходной сигнал дифференциального феррозонда 9 усиливается избирательным усилителем 15, настроенным в резонанс на частоту (2ω+Ω), и преобразуется фазовым дискриминатором 16 в напряжение постоянного тока.

Опорное напряжение фазового дискриминатора с частотой (2ω+Ω) формируется избирательным усилителем 17, осуществляющим частотную селекцию сигнала модулятора 18, производящим операцию перемножения сигналов задающего генератора 13 частоты 2ω и источника сварочного тока 1 частоты Ω.

Пульсации выходного напряжения фазового дискриминатора 16 подавляются сглаживающим фильтром 19.

При отклонении электрода 8 от стыка 4 в противоположную сторону через заваренный участок стыка протекает составляющая 20 сварочного тока и проекция напряженности магнитного поля ΔH на ось чувствительности феррозонда 9 будет иметь противоположное направление. Усилительно-преобразовательный тракт формирует напряжение постоянного тока, пропорциональное отклонению электрода 8 от стыка, но противоположной полярности.

Повышение помехозащищенности предлагаемого устройства достигнуто за счет того, что сведена к минимуму вероятность электромагнитных помех на комбинированной частоте (2ω+Ω).

Сравнительные испытания предлагаемого устройства и прототипа выявили следующее. При сварке с использованием прототипа происходили «сбои» в слежении (уход электрода от стыка) при токах сварки от 500 А. При сварке с использованием предлагаемого устройства «сбои» в слежении не наблюдались при токах до 1200 А.

Феррозондовый датчик для слежения за стыком свариваемых деталей, содержащий источник питания, блок ввода магнитного поля и блок регистрации магнитного поля, в который входят феррозонд, фазовый дискриминатор, два избирательных усилителя, задающий генератор, делитель частоты на два, сглаживающий фильтр, отличающийся тем, что в блок регистрации магнитного поля введен модулятор, одним входом связанный с источником питания, вторым входом - с задающим генератором, а выходом подключенный к опорному входу фазового дискриминатора через второй избирательный усилитель.

Изобретение относится к области разработки способов метрологической поверки, настройки и калибровки измерителей износа стальных проволочных канатов, в частности магнитных дефектоскопов.

Устройство для контроля стенок трубопроводов // 2453835

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к внутритрубной дефектоскопии, и может быть использовано для контроля технического состояния стенок труб непосредственно в процессе транспортировки поставляемого по трубе жидкого или газообразного продукта, например газа по магистральному газопроводу.

Способ обнаружения изгибных напряжений // 2452943

Изобретение относится к области магнитной дефектоскопии в промышленности и на транспорте, в частности может быть использовано в целях обнаружения избыточных изгибных напряжений в рельсовом пути, в металлических профилях промышленных конструкций, трубопроводах и других протяженных деталей и объектов, непосредственно при их эксплуатации.

Способ диагностики технического состояния трубопроводов и устройство для его осуществления // 2445613

Изобретение относится к области строительства и предназначено для диагностирования трубопроводов и других стальных пустотелых сооружений. .

Системы и способы мониторинга ремня // 2445612

Профилемер-дефектоскоп для исследования технического состояния обсадных колонн и насосно-компрессорных труб нефтегазовых скважин // 2440493

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин, а именно к комплексным средствам для изучения технического состояния обсадных колонн и насосно-компрессорных труб нефтегазовых скважин методами профилеметрии и дефектоскопии.

Внутритрубный дефектоскоп // 2439548

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к устройствам для внутритрубной диагностики состояния стенок труб газо-, нефте-, продуктопроводов, и может быть использовано при диагностике действующих газопроводов.

Способ и система отображения данных сканирования для насосно-компрессорных труб на основе скорости сканирования // 2422813

Сканирующий дефектоскоп // 2402760

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для обнаружения дефектов потери металла и растрескиваний в стенках труб при проведении переизоляции трубопроводов.

Способ магнитного контроля профиля внутренней поверхности трубопровода и устройство для его осуществления // 2393466

Изобретение относится к дефектоскопии. .

Способ определения локальных дефектов ферромагнитных канатов двойной свивки // 2469307

Изобретение относится к области неразрушающего контроля

Сканирующий магнитный интроскоп для дефектоскопического контроля стальных эксплуатационных колонн скважин // 2477853

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при контроле эксплуатационных колонн нефтяных и газовых скважин

Дефектоскоп стальных прядных канатов // 2484456

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества изделий и предназначено для дефектоскопии стальных прядных канатов

Способ оптического определения неровностей и дефектов рельсового пути // 2489291

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения неровностей и других дефектов рельсового пути

Магнитный дефектоскоп стальных канатов // 2491541

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества стальных канатов

Вихретоково-магнитный способ дефектоскопии ферромагнитных объектов // 2493561

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для выявления подповерхностных дефектов в ферромагнитных объектах. Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом способе контролируемый объект намагничивают постоянным магнитным полем, возбуждают с помощью вихретокового преобразователя на контролируемом участке вихревые токи, регистрируют вносимое в вихретоковый преобразователь напряжение U _ в н и по нему судят о наличии дефектов, и согласно изобретению путем изменения параметра Р, регулирующего воздействие постоянного магнитного поля на контролируемый объект, плавно изменяют напряженность Н постоянного магнитного поля от минимальной величины до максимальной, регистрируют максимум Uмax амплитуды вносимого в вихретоковый преобразователь напряжения U _ в н и величину соответствующего ему значения параметра Р, а параметры дефекта оценивают по совокупности значений Uмах и Р. Технический результат - повышение чувствительности и информативности контроля. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ контроля колесных пар железнодорожного транспорта // 2493992

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для контроля технического состояния колесной пары железнодорожного транспорта при его движении по рельсовому пути. Согласно способу после наезда колеса (9) на стык (4) в колесе начинает распространяться круговая волна, которая проходя по колесу (9), вызывает появление акустической волны, исходящей от колеса и регистрируемой датчиком (1). Датчик преобразует акустическую волну в электрический сигнал. При отсутствии трещин длительность и частота сигнала будут иметь определенное значение. В случае наличия трещины в колесе указанные параметры изменятся - длительность и частота уменьшатся, что будет свидетельствовать о недопустимости дальнейшей эксплуатации этого колеса. Затем колесо (9) начнет катиться по участку (5), протяженность которого в данном случае равна половине длины окружности колеса, на котором с помощью акустических датчиков осуществляется проверка качества поверхности катания. В результате упрощается конструкция осуществляющего контроль устройства, повышаются эксплуатационные характеристики, снижается энергопотребление. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ и устройство бесконтактной внетрубной диагностики подземных трубопроводов // 2504762

Предлагаемое техническое решение относится к способам бесконтактной внетрубной диагностики стальных нефтяных труб, применяемых при транспортировке нефти трубопроводным способом, в том числе, малого и среднего диаметра (100-500 мм), а также при дефектоскопии стальных и чугунных металлоконструкций. Техническим результатом изобретения является повышение точности способа трассирования, снижение энергоемкости устройства, а также повышение производительности труда оператора при использовании предлагаемого способа и устройства. Сущность изобретения состоит в использовании новой навигационной системы, включающей узел датчиков, который состоит из двух групп. Каждая группа включает три однокомпонентных датчика, причем одноименные оси датчиков параллельны, тогда как оси датчиков каждой из групп ортогональны, причем оси двух датчиков в каждой из групп параллельны друг другу и направлению движения и расположены в горизонтальной плоскости. При этом измерение компонент переменного магнитного поля производят непрерывно, на основе измеренных компонент вычисляют углы поворота и наклона узла датчиков, а также величину отступа узла датчиков от проекции оси трубопровода. Команды оператору выдают в виде речевых указаний на известном оператору языке на основе сравнения сигналов, соответствующих углам поворота и наклона, а также величинам отступов, по заранее определенным пороговым значениям этих сигналов. Информацию о техническом состоянии трубопровода получают на основе отношений ортогональных компонент, измеренных вдоль горизонтальной и вертикальной осей в каждой из групп. 2 н. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Способ и устройство диагностики технического состояния подземных трубопроводов // 2504763

Изобретение относится к способам бесконтактной внетрубной диагностики стальных нефтяных труб, применяемых при транспортировке нефти трубопроводным способом, в том числе малого и среднего диаметра (100-500 мм), а также при дефектоскопии стальных и чугунных металлоконструкций. Технический результат: повышение точности определения траектории залегания трубопровода, обнаружения, геометризации и ранжирования дефектов металла и изоляции. Сущность: в способе диагностики в качестве датчиков поля используют, по меньшей мере, 18 однокомпонентных датчиков постоянного магнитного поля, осуществляют компенсацию влияния на результаты измерений флуктуации постоянного магнитного поля Земли. Математическую обработку измерений проводят на основе суммы и разности сигналов соосных компонент поля. В качестве математической обработки используют тензорную обработку матрицы градиентов, составленной на основе результатов измерений, с получением линейных, квадратичных и кубических инвариантов и вычисления компонент магнитных моментов аномалий дефектов, полученных на основе решения системы уравнений. При обработке измерений исключают из обработки интервалы записи измерений, превышающие время действия перегрузок, определяемое по превышению амплитуд пороговых значений измеряемых сигналов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Инструмент для обнаружения отверстий и онлайновой интерпретации данных // 2505805

Изобретение относится к внутритрубной дефектоскопии и может быть использовано для обнаружения отверстий в трубопроводах. Сущность: инструмент содержит соединенные между собой блок питания (1), позиционирующий и управляющий блок (2) и блок магнитных датчиков (3). Блок магнитных датчиков выполнен в виде постоянных магнитов, расположенных радиально в короне датчиков с возможностью взаимодействовать своим магнитным полем с датчиками Холла (302). Функция инструмента заключается в его прохождении через трубопровод по всей его длине, контролируя толщину этого трубопровода и обнаруживая любое отверстие по пути прохождения и, в соответствии с полученными данными, устанавливая расстояние, на котором расположены отверстия, начиная от исходной точки, время в момент обнаружения, а также положение по окружности трубопровода. Все измерения являются частью онлайнового процесса, выполняемого по мере движения инструмента через трубопровод. В конце выполнения процесса информация может быть загружена в компьютер, где она становится доступной для использования и для принятия соответствующих решений относительно целостности трубопровода. 2 табл., 36 з.п. ф-лы, 10 ил.