/
Текст
итми ~
к mmtiH,
ЗМЙ1ПСШШ
ПРЕДИСЛОВИЕ
I
Точечная и роликовая электросварка в по-
следние годы получила широкое применение при изготов-
лении тонколистовых конструкций во многих отраслях
машиностроения. Специфические особенности точечных
и роликовых сварных соединений существенно ограни-
чивают использование обычных стандартных методов и
। средств контроля качества. Для контроля точечной и ро-
ликовой электросварки разработаны и используются спе-
циальные методы и аппаратура, позволяющие контроли-
ровать как сам процесс сварки, так и готовые- сварные
соединения.
Однако вопросы контроля электросварки недостаточно
освещены в технической литературе. Отдельные ограни-
ченные сведения приведены лишь в ряде книг по техно-
логии контактной сварки. Поэтому назрела необходи-
мость издания настоящей книги, отражающей современ-
ный уровень.
При написании книги не преследовалась цель изло-
жить общие вопросы теории и практики контроля ка-
чества в машиностроении, которые достаточно подробно
<к вощены в отечественной н зарубежной техничесЯ(й^‘
литературе. Поэтому авторы в первой главе ограничи- *
лнсь лишь кратким изложением основ организации кон-
троля и его методов.
Основное внимание в книге уделено специфике кон-
троля при изготовлении тонколистовых конструкций
I <• использованием точечной и роликовой сварки. Из-
вестно, что точечная и роликовая электросварка нсполь-
Г 3
зуется для соединения деталей, толщина которых колеб-
лется от десятков микрон до 15—20 мм. В книге в основ-
ном приведены материалы по контролю сварки ответ-
ственных конструкций с толщиной детален 0,3—4 мм,
имеющих расчетные силовые соединения, работающие
в широком интервале нагрузок н температур.
В книге обобщены результаты многолетних работ
авторов, нашедших широкое практическое применение,
а также производственный опыт ряда промышленных
предприятий.
г Материал книги рассчитан на читателей уже знако-
мых с технологией и оборудованием точечной п роликовой
сварки, поэтому целый ряд положений дается без подроб-
ных пояснений.
ГЛАВА I
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ
ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА
Общее понятие о качестве
Качество определяет совокупность свойств
изделия, сварного узла, обусловливающих пригодность
его для эксплуатации. В то же время сварной узел может
успешно выдержать необходимый комплекс испытаний,
гарантирующий его качество, а в реальных условиях
эксплуатации преждевременно полностью или частично
утратить работоспособность — оказаться ненадежным.
В практике точечной и роликовой сварки методы
испытаний сварных соединений, как правило, дают оценку
। х качества. Это можно объяснить сложностью и высокой
стоимостью таких испытаний, а также опытом, который
убедительно показывает, что отказ по соединениям не
является характерным случаем разрушения изделий в экс-
плуатации. Особо важное значение надежность приобре-
тает в конструкциях ответственного назначения, где вы-
сокие требования весовой отдачи и малогабаритность не
допускают больших запасов прочности, а отказ элемента
пли группы элементов шва может вызвать не только оста-
новку системы, но и тяжелые непоправимые разрушения—
аварии В этих случаях проектирование сопряжено с ис-
пользованием совершенной методики расчета, а также
необходимости иметь количественные критерии' падеж
пости.
• Факторы, определяющие качество
сварного соединения
Межатомные связи при точечной и роли-
ковой сварке возникают через жидкую прослойку рас-
плавленного металла и сохраняются в твердой фазе после
охлаждения и кристаллизации. При этом для получе-
ния сплошной металлической связи из плоскости соеди-
нения деталей должны быть удалены поверхностные пленки
и слои плакировки. Площадь, по которой образовалась
5
металлическая связь, называется зоной взаимного рас-
плавления деталей, она является расчетным элементом
и характеризуется диаметром или шириной сечения шва
(рнс. 1)
Процесс плав тения и удаления поверхностных пленок
является результатом термической и механической актива-
Рис. J. Поперечное сечение
сварного швл:
d* — диаметр (ширина) зоны
расплавления; d • диаметр
(ширина) зоны взаимного рас-
плав.чеиня; а(, аа — величины
проплавлении
цин поверхности соединяемых деталей и происходит при
вводе электрической энергии и пластической деформации?!
Термомеханическнй цикл сварки, предназначенный
для активации поверх! ости де-гачей, распространяется
на значительно большие участки металла сварного соеди-
нения, вызывая в них релаксационные процессы.
Рис. 2. Факторы, влияющие на качество сварного соединения
Изменения номинальных размеров зоны взаимного
расплавления, а также отклонения or установленной
нормы различных параметров сварного соединения клас-
сифицируются как дефекты сварного соединенин.
Особенность точечной н роликовой сварки заклю-
чается в кратковременности процесса, невозможности
6
iiiin.Hi,ii;i.ciiiifl за формированием соединения и к'орректи-
[iiiituiiiiM его вручную. Весь термомеханическнй цикл
сдирки происходит автоматически. Поэтому качество
сварного соединения определяется правильностью ра-
Поп.1 (-нарочного оборудования и отработкой состояния
icxiiiuiiirii'iccKHX факторов (качеством сборки, физиче-
ским состоянием поверхности, качеством электродов, при-
способлений и др.). В меньшей степени качество сварки
линнеит от техники сварки, особенно если используют
('нарочные приспособления.
Следовательно, качество сварки больше зависит от
квалификации наладчика, чем сварщика.
’ На рис. 2 приведены факторы, оказывающие наиболь-
шее влияние на качество сварных соединений и узлов.
Основные задачи, методы и средства
контроля
Качество определяется совокупностью кон-
структивных, технологических и эксплуатационных фак-
торов. Повышение качества и надежности однозначно
связано с общим состоянием технического контроля,
кик неотъемлемой частью проектирования конструкции,
технологического процесса производства и эксплуатации.
В общую задачу технического контроля входят преду-
преждение образования и обнаружение дефектов, преду- ‘
преждепне возникновения, и установление брака, поддер-
жание стабильности всех производственных факторов для
обеспечения высокого качества и однородности продук-
ции в пределах установленных норм.
Дефекты в стадии производства возникают в основном
и результате возмущений, нарушающих нормальный ход
технологического процесса изготовления сварного узла.
Их можно раздечить на две группы: общие дефекты свар-
ных узлов и дефекты сварных соединений.
Дефекты первой группы обычно вызывают' нарушение
н-ометрических размеров и форм узлов. Эти дефекты на-
блюдаются при изготовлении узлов с использованием
других способов сварки и связаны главным образом
с коробтением и неправильной сборкой.
Для рассматриваемых методов сварки наиболее спе-
цифичны дефекты сварных соединений. Так как каче- -
етво—прочность соединений при точечной и роликовой
снарке однозначно связано с зоной взаимного расплав-
' 7
лення, то контроль и этом случае является констатацией
факта ее существования и возможности определения ее
размеров. Все операции контроля направлены на удов-
летворение требований, обеспечивающих это основное
положение.
Технический контроль осуществляется па всех ста-
диях производства, начиная от поступления на завод
материала и кончая выпуском готовой продукции.
Контролю подвергают основные и вспомогательные
материалы, заготовки и детали на разных стадиях изго-
товления, узлы и изделия в различных стадиях сборки,
режимы работы, средства производства (оборудование,
аппаратура, приспособ тения и т. д.).
Технология контроля должна предусматривать такое
сочетание производственных и контрольных операций на
всех стадиях процесса, которое обеспечило бы своевре-
менное выявление де4ектов с целью быстрейшей ликви-
дащ н возникших отклонений от заданного режима сварки
и норм точности. Такое условие вызывает необходимость
создания широкого фронта постов производственного кон-
троля.
В зависимости от степени ответе венпости изделий,
а также от системы организации производства могут быть
приняты различные варианты программы контроля. Про-
грамма, рассчитанная иа изготовление конструкций от-
ветственного назначения, представлена на рис. 3.
Технологический контроль чертежей является одним
из главных этапов создания технологичной конструкции,
который должен производиться в стадии проектирования
квалифицированным технологом-сварщиком. Контроль за-
ключается в проверке правильности выбора сочетания
толщин н марок .материалов свариваемых детален, пра-
вильности размещения сварных швов и выбора размеров
сварных соединений, возможности свободного двух- или
одностороннего подхода к месту сварки рабочими эле-
ментами машины, возможности контроля сварных швов,
возможности максимальной механизации и автоматиза-
ции процессов сварки и контроля.
Контроль операций, сопутствующих сварке, включает
в себя проверку размеров входящих деталей и узла после
сборки и прихватки, марки металла и его технологиче-
ского состояния, физического состояния поверхности де-
талей, качества антикоррозионных покрытий, правиль-
ности размещения и времени их нанесения под нахлестку,
8
марки электродов и формы их рабочей поверхности, качества
сЛиркн, размеров и расположения прихваток, а также базо-
вых размеров сборочных и прихваточных приспособлений.
Контроль сварки осуществляется сочетанием ряда
Приемов: 4
1. Контроль качества сварки но технологическим об-
рлзцпм, который представляет собой лишь косвенный
способ оценки правильности подобранного режима сварки.
I (осмотри на это способ широко используется в промыш-
ленности и еще долгое время будет являться основной
проверкой, качества сварки н работы сварочного обору-
дования.
В целях большей достоверности целесообразно выпол- '
пять статистическую обработку испытаний технологи-
ческих образцов.
2. Контроль техники выполнения сварки направлен
па предупреждение возможности образования дефектов
9
1
как в сварном соединении, так и в сварном узле. Напри-
мер, если прн сварке плоскость сварного шва не перпенди-
кулярна оси электрода, то образуется выплеск, часто
сопровождающийся сквозными трещинами. Неправиль-
ная форма рабочей поверхности электрода может способ-
ствовать об азованию непроваров. Ряд дефектов может
вызвать загрязнение поверхности электродов-роликов и
отсутствие их охлаждения, чрезмерный нагрев токоведу-
щнх элементов машины, касание деталей о неизолирован-
ные участки консолей, неодинаковая жесткость ннжнего
и верхнего электрододержателен и т. д. Качество выполне-
ния перечисленных и других подобных операций зависит
от квалификации сварщика н правильной организации
контроля за техникой выполнения сварки.
3. Контроль сварочных приспособлений обычно за-
ключается в периодической проверке базовых размеров
и правильного расположения их относительно оси элек-
тродов. При использовании сложных приспособлений
типа программных манипуляторов контроль осуществ-
ляется по специальной методике.
4. Контроль сопутствующий (электрических, механи-
ческих и физических параметров процесса) заключается
в периодических измерениях параметров режима сварки
на сварочных машинах (переносными средствами локаль-
ного измерения или с автоматическим подключением из-
мерительных приборов к различным сварочным машинам
с пульта дистанционного контроля), а также в непрерыв-
ном автоматическом слежении средствами пассивного и
'активного контроля за сигналами, отражающими ка-
чество сварки.
Сопутствующий контроль направлен на обеспечение
стабильного качества результатов сварка
5. Установлено, что сигнал, пропорциональный од-
ному параметру реж 1ма или процесса сварки, обеспечи-
вает меньшую достоверность оценки качества сварки,
чем при одновременном измерении двух и более пара-
метров. Это объясняется отсутствием полного тождества
между принятой моделью процесса и фактическим про-
цессом формирования соединения. При использовании
так называемой многофакторной модели, определяемой
несколькими параметрами, степень корреляции между
моделью и реальными процессами увеличивается. При
этом увеличивается и степень достоверности оценки ка-
чества. По данным фирмы «Boenig», при использовании
10
вместо одного сигнала, пропорционального перемещению
подвижного электрода (дилатометрический эффект) одно-
временно второго сигнала, пропорционального свароч-
ному току при контроле точечной сварки панелей из
пннноных и алюминиевых сплавов, позволило повысить
достоперпость предсказаний размеров зоны расплавле-
нии дс1плей с 94 до 99%.
Многофакторный контроль является одним из наиболее
перспективных направлений на пути создания средств
автоматического контро in в процессе сварки.
Квалификация обслуживающего персонала оказывает
И шяпне. па качество сварных узлов. От квалификации
нпладчпков зависит состояние сварочного оборудования
и аппаратуры контроля; от сварщиков — качество при-
хватки и сварки узлов. В связи с этим к ним предъяв-
ляются определенные квалификационные требования в со-
отнетстнин с разрядом работы, предусмотренные тарифно-
кпплпфпкациоиным справочником.
Для проверки квалификации наладчиков и сварщиков
периодически, не реже одного раза в год, проводят их
нггес1'.тц1по — проверку теоретических знаний, практи-
ческих навыков в объеме специальных программ и под-
ro’KiiiKii в области техники безопасности. Аттестацию
проводит комиссия, в состав которой входят главный
Сварщик (ГС), представители отдела главного энергетика
(ОГЭ), отдела технического контроля (ОТК) н отдела
подготовки кадров завода. Комиссия имеет право выдать
шпллдчпкам и сварщикам свидетельство о допуске к само-
стоятельной работе.
К аттестации допускаются рабочие, имеющие удосто-
перепие о профессии наладчика сварочных машин по кон-
тактной сварке, и квалификацию не ниже 5-го разряда
или удостоверение о профессии электросварщика по кон-
тактной сварке и квалификацию не ниже 4-го раз-
ряди Кроме тою, наладчики и сварщики должны иметь
определенный стаж работы по специальности.
В программу практических навыков наладчиков должно
входить следующее:
1) наладка сварочных машин (однофазных перемен-
ною тока, низкочастотных, конденсаторных, с выпрям-
лением тока во вторичном контуре) с умением пользо-
miTi.c я существующими специальными приборами для
нтмерення параметров режима сварки;
11
2) паспортизация сварочного оборудования и кон-
трольной аппаратуры;
3) подбор режима сварки и контроль качества свар-
ного соединения по технологическим образцам;
4) начадка аппаратуры автоматического пассивного
и активного контроля процесса сварки.
В программу практических навыков сварщиков должно
входить следующее: отработка режимов сварки деталей
на различных тинах сварочных машин; сварка и испыта-
ние технологических образцов; сварка узлов с соблюде-
нием правил техники сварки.
Переаттестация наладчиков и сварщиков обычно про-
изводится по истечении установленного срока действия
аттестата, при переходе с одного типа сварочной машины
на другой и при перерывах в работе более шести месяцев.
Кроме того, для сварщиков переаттестация необходима
при изменении марки свариваемого металла деталей.
Проверка наличия аттестатов у наладчиков и свар-
щиков вменяется в обязанность службы ОТК-
Статистический контроль. В связи с автоматизацией
процессов сварки, некоторых операций, сопутствующих
сварке, а также операций контроля непрерывно сокра-
щается объем ручных работ и создаются предпосылки для
получения сварных соединений однородного качества.
При существующих темпах производства исключена
возможность 100%-го контроля каждой операции; в то же
время незначительная разладка автоматов чревата опас-
ностью массового возникновения дефектов и брака.
Единичные экземпляры для контроля могут иметь
случайные отклонения или особые свойства, не характер-
ные для всей партии узлов.
Наиболее прогрессивным научно-обоснованным кон-
тролем в существующих условиях производства следует
считать статистический метод. При статистическом методе
контроль осуществляется выборочно путем проверки не-
большой части сварных узлов (пробы). Этот метод тре-
бует сравнительно небольшой трудоемкости. Вместе с тем
проверка качества, проводимая в строго определенные
промежутки времени и одного и того же количества де-
талей в пробе, дает возможность судить об устойчивости
и качестве процесса сварки, о необходимости подналадки
сварочных машин и аппаратуры и таким образом не только
выявлять дефек ы, по и предупреждать их возникно-
вение.
12
Статистический контроль следует внедрять взамен тех
Процессов сплошного контроля, которые нё зависят от
губьектпвиого влияния рабочего-оператора Для суж-
дения о качестве процесса, однородности результатов
свирки показатели качества, обследованные по отобран-
ной пробе, немедленно обрабатывают и предъявляют кон-
тролерам и наладчикам. Распространенной и удобной
формой записей результатов обработки испытаний проб
ннлшотся точечные графики, которые заполняют и выве-
111111ШЮТ на видном месте на соответствующих позициях
контроля. График устойчивости процесса точечной сварки,
построенный по результатам измерений диаметра зоны
тннмного расплавления (по шлифам сечения сварных
точек) на технологических образцах Д1САТ 1,5 + 1,5 мм,
прннедеп на рис. 4. Каждая точка на графике соответ-
ствует замеру диаметра сварной точки (в каждой пробе
ня ъ точек и пять замеров). Среднее значение из пяти
шмеров нли так называемая медиана обозначена в виде
инаДрата.
11а графике нанесены три ноля допусков: первое —
меж ту линиями Лг—Аг поле допуска па размер зоны
tnaiiMiioro расплавления, предусмотренного техническими
условиями (d = 6-^-7 лея), второе — между линиями
/> 1 - /->2—поле допуска значений в пробах и третье —
между линиями By—В3— поле допуска значений медиан.
Границы, образованные линиями Бу—Б2 и Bj— В2, яв-
ляются статистически расчетными и определяются по нз-
лссшым методикам.
I (ериодичность отбора проб зависит от устойчивости
контролируемого процесса.
Как видно из приведенного графика (рве. 4) точки
Ввмеров сосредоточены тесно, что свидетельствует об одно-
родном качестве сварных соединений
В общем случае индивидуальные значения размеров
п и робе не должны выходи ть за границы Б i—Б 2, медианы—
границы By—В2. При нарушении этого правила не-
обходимо провести соответствующий анализ, взять до-
поли нтельпые пробы, откорректировать технологический
Процесс и выполнить подналадку оборудования.
Метод статистического контроля может быть исполь-
зован как при операциях промежуточного контроля (для
оценки качества работы оборудования, правильности по-
добранного режима сварки, качества подготовки поверх-
но< in), так и при окончательном контроле, например при
13
рентгеноскопии, испытаниях на герметичность и других
способах испытания сварных узлов
Методами математической статистики с заданной сте-
пенью вероятности можно определить при данном уровне
производства количество ожидаемых дефектов, причины
и место их возникновения и таким образом способствовать
их предупреждению.
Контроль сварных соединений и контроль сварочного
оборудования представляют весьма важный и ответствен
’ Рис. 4. Показатели статистического контроля размеров зоны взаимного
расплавления-
Л,АЯ — верхний и иижн«й пределы допуска по техническим условиям; Б1£2 =
верхняя к пнжмяя границы крайних значений. установленные для пробы;
J3jBb — верхняя н нижняя Гранины, установленные для медиан; О — сред-
няя точка млн медиана; • — точка индивидуального замера
ный комплекс испытаний для обеспечения качества швов,
выполненных точечной н роликовой сваркой. Неразру-
шающий контроль по физическим параметрам (например,
рентгеноскопия) обеспечивает с достаточной степенью
точности информацию о размерах и расположении зоны
взаимного расплавления. При полной автоматизации
цикла сварки (повторяемости выбранной программы цикла)
качество соединения зависит от надежности работы сва-
рочного оборудования.
Накопленный опыт в Советском Союзе и за рубежом
по рентгеноскопии, например сварных соединений точеч-
ной сварки алюминиевых сплавов, показывает, что коли
чество дефектов ие столь велико и составляет не более
0,8—4% от общего числа проверенных точек. Так, при
просвечивании панелей двух самолетов фирмы «Boeing»
14
(( IИЛ) из 300 000 точек было выявлено около 9000 де-
фектных, что составляет 3%.
Однако известны случаи, когда при неблагоприятном
группировании дефектов (непроваров) были обнаружены
разрушения сварных узлов при эксплуатации. Поэтому
рпсишрение области применения и усовершенствование
методов и средств всех видов контроля в машинострое-
нии является одной из главных задач повышения качества
п надежности сварных конструкций.
Автоматизация н стоимость контроля
Существу ющне операции контроля по сте-
пени их механизации можно разделить на три категории:
1) операции, связанные с затратой преимущественно
ручного труда;
2) автоматические операции пассивного контроля;
3) автоматические операции активного контроля.
При ручных способах контроля число контролеров,
по данным автомобильной промышленности, в среднем
достигает 20—40% от числа производственных рабочих.
При контроле точечной сварки наиболее трудоемко из-
готовление шлифов для металлографических исследова-
ний макро- и микроструктуры. Так, на изготовление од-
ного шлифа расходуется 5 10 мин и соответственно на
узел, например с тремя сочетаниями толщин около 15—
30 мин, что в 2—3 раза превышает продолжительность
сварки. Много времени затрачивается также на изготов-
‘ ление и механические испытания технологических образ-
цов, на рентгеноскопию сварных узлов и другие методы
дефектоскопии.
В ряде случаев ручные контрольные операции стано-
вятся препятствием для полной механизации и автомати-
зации производственных, процессов. Поэтому механиза-
ции ручных опера'ций контроля дает технико-экономиче-
ский эффект и одновременно приводит к улучшению ка-
чества контроля, например, механизация рентгеноскопии
крупных панелей из легких сплавов, а также создание
механизированного устройства для приготовления шли-
фов при металлографических исследованиях технологи-
ческих образцов. Автоматизация контроля является од-
ним из главных направлений, обеспечивающих однород-
ность и устойчивость качества и надежность сварных соеди-
нений.
15
1
Автоматический пассивный контроль осуществляется
обычно аппаратурой, встроенной в сварочную машину и
непрерывно автоматически следящей за уровнем сигнала,
отражающим качество сварки.
Наиболее прогрессивным решением проблемы авто-
матизации контроля является создание аппаратуры, ра-
ботающей по замкнутой системе управления с обратной
связью, — активнв1й контроль. В этом случае кон-
трольная аппаратура непрерывно следит за ходом про-
цесса сварки и [при возмущениях автоматически кор-
ректирует режи 1 сварки, стабилизируя качество соеди-
нения.
В обоих вариантах автоматизации контроля резко
снижается трудоемкость за счет совмещения операций
контроля и сварки, а также сокращения объема или пол-
ного исключения некоторых ручных контрольных опе-
раций. Например, при использовании аппаратуры актив-
ного контроля процесса сварки по перемещению подвиж-
ного электрода можно сократить число технологических
образцов, некоторые виды нх испытаний и увеличить
промежутки времени между изготовлением контрольных
партий образцов. Можно уменьшить также объем работ
по дефектоскопии сварных соединений, заменив сплошной
контроль выборочным. Однако успешное внедрение авто-
матических средств контроля зависит от надежности ре-
зультатов контроля и работы аппаратуры, простоты пере-
наладки, сложности контролируемого узла и организации
производства.
При равных показателях надежности результатов кон-
троля и стабильной работы аппаратуры автоматический
контроль труднее освоить там, где сложна настройка и
переналадка, сварной узел состоит из нескольких соче-
таний толщин, на машине выполняется сварка узлов раз-
нообразной и часто сменяемой номенклатуры.
Автоматический контроль легче применять в тех слу-
чаях, когда аппаратура контроля рассматривается как
неотъемлемая часть сварочной машины, контроль преду-
смотрен в технологической документации, результаты
контроля носят характер обязательной информации, от
которой зависит оценка качества выполнения данной
операции. Опыт показывает, что умелое сочетание сплош-
ного автоматического и выборочного неавтоматического
контроля позволяет довести соотношение числа контро-
леров к числу производственных рабочих до 9—10%.
16
При выборе метода контроля необходимо учитывать
но грудоемкосгь и стоимость, влияющие на экономичность
Выпускаемых изделий. От вида контроля зависят себе-
стоимость изделий и их цена. С улучшением качества
продукции себестоимость и
по рншому растут (рис. 5).
пысикое качество изделий,
отпускная . цена быстро, ио
Требование конструктора —
а изготовителя — широкие
допуски по качеству. Идеаль-
ным является такой допуск
па качество, который дает
заводу-изготовителю макси-
Рис. б. Характер зависимости
между расходами на приобретение
и контроль работы оборудования (/)
и эксплуатационными расходами
на ремонт (2)
Рис. 5. Характер зависимости
между себе тоимо тыо (J), ценой
। ридукции (2) и качеством из-
делия:
<1 мл кс и мяльная прибыль; А— жс-
лнгмпй допуск изготовления;
Н идеальный/допуск; В допуск,
определяемый конструктором
мальпую прибыль. Это и следует иметь в виду при' раз-
работке технологии изготовления и контроля качества
и |дслия. (
Спецификой точечной и роликовой сварки является
преимущественная зависимость качества от надежности
работы оборудования и аппаратуры, что особенно-сильно
проявляется при совмещении сварочного оборудования
с аппаратурой автоматического контроля. Несмотря иа то,
что в этом случае капитальные затраты на оборудование,
его содержание и контроль растут, эксплуатационные
расходы на ремонт оборудования и сварных узлов соот-
петственио уменьшаются (рис. 6). Если учесть, что ре-
монтные работы, связанные с ботьшими затратами руч-
ного труда часто превышают стоимость сварного узла,
и иеплапируемые простои оборудования во время ремонта
нарушают общий производственный ритм и косвенно вы-
зывают дополнительные затраты, то некоторое увеличе-
2 в. д. Орлов __ - -AvTEKA. J' 17
47 125 J- ЛЗШ'Р «жглге
н-га мм ® * Чу&вря j
ние первоначальных затрат на совершенствование кон-
троля можно считать вполне обоснованным.
Следует отметить, что переход на автоматизированные
контрольные устройства необходимо обосновывать соот-
ветствующими расчетами.
Рентабельность перехода от ручного контроля к ав-
томатическому ориентировочно можно подсчитать по фор-
муле для предполагаемой стоимости автомата в руб.
KR
60 ’
где К. — срок амортизации автомата в годах;
R — стоимость одного часа работы контролера в руб.;
— продолжительность контроля одной детали при
работе без автомата в мин\
—продолжительность контроля одной детали при
работе на автомате в мин',
т — годовая программа производства деталей, для
контроля которых предназначается автомат,
в штуках в год.
По данным В. Н. Волченко и Б. Г. Маслова, затраты
на создание сложных автоматических контрольных
устройств оправдываются, если экономический критерий
автоматизации (ЭКА) составляет величину порядка 103—
10е и более. Этот коэффициент определяется из выраже-
ния
ov-д стоимость устранений последстпнй отказа
стоимость автоматического устройства
Структура службы контроля качества
Структура службы контроля качества за-
висит от особенностей производства н может быть разно-
образной. Однако во всех случаях в ней должна быть
предусмотрена проверка основных параметров, свойств
и характеристик сварочного оборудования, аппаратуры,
технологической оснастки средств контроля и сварных
узлов в процессе их изготовления.
На машиностроительных предприятиях контроль осу-
ществляется службами ОТК, который административно
и материально не зависит от изготовителя и подчинен
непосредственно главному инженеру или директору.
В вопросах определения качества продукции ОТК является
полностью самостоятельным органом предприятия. Основ-
18
IfhiM исходным документом, в котором указаны методы,
средства и нормы контроля качества, является общий
типологический процесс (операционные карты и произ- ,
11<|дгтпе11пые инструкции) — изготовление и контроль
сппрных узлов. Контрольные операции в нем должны
flt.rn, согласованы с ОТК и отделом главного сварщика
(<ЛС). Проектирование и внедрение в производство новых
Рис. 7. Примерная структура службы контроля качества
методов и средств механизации и автоматизации контроля
входит в функции служб ОГС, отделов главного тех-
нолога (ОГТ), отдела главного энергетика (ОГЭ) прн
участии ОТК.
По требованию ОТК центральная заводская лабора-
тория обязана производить необходимые разовые или
систематические испытания и давать заключение о соот-
ветствии объектов исследования техническим условиям
качества продукции.
Систематическая проверка состояния технологической
оснастки, средств измерения осуществляется коптрольио-
2* 19
JKotirrpont, деталей cSapaoze ума и о&азцзо оз марке мате-
рщ^ю, аттоанинз лостабки и сочетани/с сбари&ьныг. толщин
^рёдЯарцтёлбйоя сборка а r^oiaoS^^emaren~Jdnp'^\
узлаВ, тре>ВуЮ!цих^ индивидуальной родеонки) *
J ПоВютоВка поверхности детали ц cBpaiwS поджарку
Контроль качества гедктовки поверхности
С
.......... ♦ ' . '
Сборка у гуихва’тг.з деталей
I
Контроль качества сборки и_ прмВсцлки
Рис, 8. Схема структуры контроля при точечной и роаикоиой сварке
узлов
20
П|||)нс|)(>'п1ыми пунктами (КПП) цехов-нзготовителей или
цсчпрнльной измерительной лабораторией (ЦИЛ), ко-
торые подчинены ОТК. Наблюдение за эксплуатацией
Сварочного оборудования, средств пассивного и актив-
но! о контроля и другой, как производственной, так и
Inin >рольной аппаратурой осуществляется группой на-
лпдин электрического оборудования ОГЭ приучастинОТК.
Технологический контроль чертежей сварных узлов
t стадии их проектирования осуществляет ОГС при уча-
стии ЦЗЛ, технологической или сварочной лабораторий,
цехов завода н других служб испытания конструкций.
Типовая структура служб контроля качества на ма-
шиностроительном заводе приведена на рис. 7.
В целях обеспечения высокого качества сварных уз-
лов необходимо контролировать все этапы процесса сварки,
начиная с подбора режима сварки, а также смежных опе-
|1нций. Примерная схема структуры такого контроля
приведена иа рис. 8.
ГЛАВА И
ДЕФЕКТЫ ПРИ ТОЧЕЧНОЙ И РОЛИКОВОЙ
СВАРКЕ
В результате нарушений нормального хода
технологического процесса изготовления сварных узлов
на любом его этапе возможно образование дефектов. Все
дефекты, возникающие при точечной и роликовой сварке,
можно разделить на дефекты сварных узлов и дефекты
сварных соединений.
К дефектам сварных узлов относится нарушение гео-
метрических размеров и формы, заданных чертежом.
Причинами этих дефектов могут быть сварочные дефор-
мации элементов узла, возникающие вследствие термо-
мехаиического воздействия иа металл в процессе сварки;
технологические деформации, связанные с работой обо-
рудования, приспособлений н положением узла при сварке;
дефекты собственно сварных соединений; несоблюдение
геометрических размеров при сборке и прихватке дета-
лей узла.
Вопросы, связанные с деформациями при точечной и
роликовой сварке, являются достаточно специфическими
и сложными, поэтому в данной книге подробно не рас-
смотрены.
Допустимые отклонения геометрических размеров и
формы сварного узла от заданных чертежом устанавли-
вают исходя из конструктивных особенностей узла, его
назначения, условий эксплуатации и т. п. Контроль
дефектов, обусловленных деформацией сварного узла,
обычно не вызывает затруднений н производится с по-
мощью стандартного мерительного инструмента и со-
ответствующих плоских или пространственных шаб-
лонов.
Дефекты сварных соединений . 4
Известно, что стабильные свойства соеди
нений, выполняемых точечной и роликовой сваркой, мо-
гут быть получены только при наличии зоны взаимного
риспланления соединяемых деталей, которая характе-
ра 1уегея диаметром (шириной) литой зоны d в плоскости
11цушпения и проплавлением а каждой из деталей
(см. рис. 44). Для силовых точечных и роликовых соеди-
нений, применяемых в машиностроении, рекомендуемые
iiiii'icuiin d приведены в табл. 1.
Таблица 1
Ргх мс емые размеры точечных и роликовых сварных
। нглппений в мм
Минимальная
нахлестка
при одноряд-
ном IUHC
Минималь i й шаг
при точечной сварке
»,з
0,5
0,8
1.0
1,2
1.5
2,0
2,5
3,0
И 5
4 0
С
8
10
12
13
14
16
18
20
22
26
8
10
12
14
16
18
20
22
26
28
30
2,5—3,5
3,0—4.0
3,5—4,5
4,0—5,0
5,0—6,0
6,0—7,0
7,0—8 >
8,0-9,5
9,0—10,5
10,5—12,0
12,0—13.5
2,0—3,0
2,5—3,5
3,0—4,0
3,5—4,5
4,5—5,5
5,5—6,5
6,5—8,0
7,5—9,0
8,0—9,5
9,0—10,5
10,0—11,5
7
10
11
12
13
14
18
20
24
28
32
7
9
10
11
12
14
16
18
22
24
8'
11
13
15
16
18
22
26
30
35
40
Примечание 1. При выборе шага точек учтены условия, при кото-
I их ого уменьшение потребует изменения режима сварки из-за шунтиро-
>iftним тока. 2- Нахлестка дана при условии плоского участка без учета
|>»диуся закругления 3 Прк сварке соединений более двух деталей, а так-
ж • при отношении толщин более 2 : I величину шага следует увеличить па
П» .!!)%. 4. Шзг точек герметичного роликоиого шва рекомендуется устанав-
ЛРн iTi. разным половине ширины литой зоны
Дефекты' сварных соединений подразделяются на три
<« новине группы:
I) изменение заданных размеров или отсутствие взаим-
ной литой зоны, соединяемых деталей;
23
2) нарушение сплошности литой зоны и прилегаю-
щего к ней металла внутри и снаружи соединения;
3) изменение свойств металла литой и переходной
зон в результате нарушения режима сварки или терми-
ческой обработки между электродами машины.
При отсутствии взаимной литой зоны возможны воз-
душная прослойка (зазор) между деталями и соединение
деталей типа «склейки». Отсутствие соединения при на-
I Рис. 9. Сварные соединения, в которых литая зона отсутствует или
______ имеет малые размеры:
а — излом почки еллака ДЮ АТ со «склейкой»: 6 — стяль ЭИ654, толщина
J.5 + 1.5 мм; о — спл,|п В93АТ, толщиич Г-*- I лл; г —стали ЗОХГСА и
XI8H9T, толщина O,fe 4- 2 мм
личин зазора легко обнаружить после выполнения сварки.
При склейке между частицами металла соединяемых де-
талей может быть достаточная силовая связь, за счет
совместно образованных зерен или механического зацеп-
ления пограничных зерен. Поэтому такие соединения
могут выдерживать значительные статические нагрузки,
однако легко разрушаются при динамических нагрузках,
н особенно при повышенных температурах.
В связи с тем, что обычными методами дефекте копии
соединения со склейкой не обнаруживаются, следует
считать их наиболее опасным видом дефектов. В изломе
сварных точек со склейкой обычно наблюдается матовая
поверхность, отличающаяся от исходной шероховатости
поверхности деталей (рис. 9, а). На макрошлнфах та-
ких соединений легких сплавов отчетливо видна граница
24
Поверхностей деталей. Граница соединения со склейкой
Ни шлифах легированных сталей и сплавов видна лишь
При относительно большом увеличении (>50 раз). К опас-
ным дефектам соединений относится также значительное
уменьшение размеров литой зоны (рис. 9, б, в).
Следует отметить, что форма и размеры отпечатков от
электродов и роликов на наружной поверхности соеди-
нений с дефектами типа склейки или уменьшенными раз-
мерами литой зоны по внешнему виду могут не отличаться
<н соединений с литой зоной нормальных размеров. Это
иноке затрудняет своевременное обнаружение дефектов
подобного тина.
Общей причиной дефектов, при которых литая зона
отсутствует или имеет малые размеры, является наруше-
ние соотношения между вводимым в зону сварки количе-
етиом тепла и количеством тепла, необходимым для
формирования сварного соединения нормальных размеров.
Однако соблюдение только необходимого соотношения
может быть недостаточным для получения соединений со
егибильными размерами литой зоны. Необходимо также
обеспечить определенный закон ввода тета в зону сварки
и время tce протекания сварочного тока. Уменьшение
выделения тепла в сварочном контакте может происходить
из-за отклонения параметров режима сварки от заданных
(качений: уменьшения сварочного тока 1св и t„, увели-
чения сварочного усилия Fctl и рабочей поверхности элек-
тродов (роликов).
Размеры литой зоны часто уменьшаются из-за малого
шага сварных точек, вследствие шунтирования тока в co-
re дние точки. Это наиболее сильно проявляется прн сварке
металлов с низким электросопротивлением, а также дета-
лей большой толщины. Во избежание такого дефекта
желательно не уменьшать шага точек менее указанных
и табл. 1. Если такое уменьшение шага необходимо по
особенностям конструкции узла, то должен быть подобран
режим сварки, учитывающий эффект шунтирования тока.
В наиболее распространенных случаях сварки (одио-
име иных металлов, при отношении толщин деталей не
более 2 : 1) полное отсутствие литой зоны возможно
только прн отклонениях параметров режима, значительно
Превышающих отклонения, наблюдаемые прн нормальной
работе сварочног® оборудования (см. с. 110)1
Производственный опыт й статистическая обработка
результатов контроля большого числа сварных узлов сви-
. 2а
детельствуют, что количество дефектных сварных соеди-
нений размерами на 20—25% меньше допустимых (см.
табл. 1) составляет 0,1—0,2%. При сварке разноименных
металлов, при отношении толщин деталей 3 : 1 и более
и в труднодоступных местах с использованием фигурных
электродов количество таких дефектов может достигать
2-3%.
Следует остановиться на случаях, когда в результате
сварки литая зона образуется в одной из деталей и нор-
мальное соединение деталей отсутствует. Такое формиро-
вание литой зоны возможно при сварке металлов с резко
различными теплофизическими свойствами (рис. 9, г), де-
талей разной толщины, а также в некоторых случаях
роликовой сварки кольцевых швов Причинами этого
могут быть неправильно выбранные размеры рабочей
поверхности электродов, особенно при сварке разноимен-
ных металлов и режим сварки, например очень мягкий,
и износ электродов в процессе сварки деталей. Такое
соединение является дефектным, хотя отличается отсоеди-
нения типа склейки большей стабильностью и поэтому
в некоторых особых случаях может быть допущено (см.
с. 85).
Дефектом также является уменьшение площади свар-
ною соединения детален из-за наличия па периферии ли-
той зоны нсрасплавнвшегося плакирующего слоя у алю-
миниевых сплавов или тугоплавких окпелов у сталей и
жаропрочных сплавов (см. рис. 42, с>, е). Возможны даже
случаи, когда литая зона соединения алюминиевых спла
вов состоит как бы из двух частей, разделенных нераспла-
вившимся плакирующим слоем. Это может происходить
при относительно большой толщине плакировки и исполь-
зовании мягких режимов сварки в сочетании с высокими
значениями Fca. Причинами нерасплавлсния плакирую-
щего слоя из чистого алюминия являются более высокая
электро- и теплопроводность, а также температура плав
ления по сравнению с основным металлом, например, спла-
вом АМгб.
В результате использования чрезмерно форсированных
режимов сварки литая зона соединений можег иметь
большие размеры и выходить на поверхность деталей.
Другими причинами этого являются: уменьшение Fc,
и загрязненная поверхность деталей и электродов, осо
бепно при сварке легких сплавов, так как при этом воз-
растает тепловыделение в контактах электрод деталь
26
ИО-ЯН повышения их сопротивления. Выход литой зоны
обычно не приводит к существенному снижению прочност-
ных свойств соединений, но может уменьшать корро-
Miiomiyio стойкость соединений, например при сварке
«планов типа дуралюмин (рис. 10, я) и магниевых спла-
вов, Признаком выхода литой зоны на поверхность де-
niJieii из легких сплавов является темным цвет отпечатков
Электродов. При сварке коррозионностойких металлов
Выход литой зоны на поверхность деталей не является
Д|т|к‘ктом (рис. 10, б), но^нсжслателен, так как при этом
v
Рис. 10. Выход литой зоны на поверхность:
а — сплав Д16АТ, толщина 1.5 -Ь 1,5 ж.ч; б —сталь XI8H9T, толщина
0„-2 4- 3,0 мм (поперечный разрез роликового шва)
резко снижается стойкость электродов и ухудшается
внешний вид сварных соединений.
Использование относительно жестких режимов для
сварки деталей из углеродистых, низколегированных и
некоторых хромистых сталей (45, ЗОХГСА, Х17), а также
применение наружного охлаждения в связи с высокими
скоростями охлаждения металла приводит к образова-
нию в литой и око-пошовных зонах структуры закалки,
преющей высокую твердость и низкую пластичность.
Аналогичное явление наблюдается, если при сварке
с термической обработкой в электродах машины вели-
чина и длительность тока, выполняющего отпуск зоны
сварки, неправильно выбраны и не обеспечивают улуч-
шение механических свойств соединения. Если непронзво
дить термическую обработку таких соединений непосред-
ственно в электродах сварочной машины или всего свар-
ного узла в печи, то возможны случаи хрупкого разру
шепня сварных точек, которые имеют характерное строе-
ние литой зоны в изломе (рис. 11).
Часто в литой зоне точечных и роликовых соединений
образуются дефекты нарушения сплошности металла,
которые связаны с усадкой расплавленного металла прн
его затвердевании и охлаждении. Кристаллизация рас-
27
При таком малом перекрытии расплавленный металл не
может проникнуть в несплошностн предыдущей литой
"зоны и залечить их. Таким образом установлено, что при
достаточном перекрытии (^20%) расплавленный металл
каждой последующей зоны залечивает усадочные рако-
вины. При рассмотрении макроструктуры роликового
шва залеченные дефекты иногда бывают видны, так как
их структура несколько отличается от структуры всей
литой зоны (более светлые места в центре литых зон на
рис. 12, д).
После затвердевания охлаждение и усадка металла ли-
той зоны соединения продолжается и сопровождается
возникновением внутренних растягивающих напряжений.
В тех местах, где внутренние напряжения превысили
упругую и пластическую деформации литого металла,
возникают горячие трещины. К образованию горячих
трещин наиболее склонны высокопрочные алюминиевые
сплавы с широким температурным интервалом кристалли-
зации, например Д16АТ, АМгб, В95АТ (рис. 13). Если
при сварке этих сплавов используются недостаточные
усилия электродов н зона сварки быстро охлаждается,
то в зоне равноосных кристаллов образуются мнкропори-
стость и внутренние напряжения, что приводит к возник-
новению внутренних трещин и быстрому их распростра-
нению вдоль сечения литой зоны с выходом на поверх-
ность деталей (рнс. 13, 0.
Наружные трещины, возникающие при затвердевании
металла литой зоны, наблюдаются обычно при сварке
высокопрочных алюминиевых сплавов, при сварке же
других металлов возможны лишь внутренние трещины.
Например, появление внутренних трещин прп точечной
сварке закаливающихся сталей с быстрым охлаждением
зоны сварки или малым Следует также отметить, что
наружные трещины образуются, как правило, в случае
чрезмерно больших размеров литой зоны соединений.
Для устранения наружных трещин достаточно повы-
сить усилие Fa или «смягчить» режим сварки. Однако
устранение внутренних трещин при сварке высокопроч-
ных алюминиевых сплавов требует использования циклов
сварки с ковочным усилием FK. Оптимальные величины FK
и момент его приложения tK относительно начала г„
зависят от марки сплава, толщины деталей и режима
сварки и должны выдерживаться с высокой точностью
(см. с. 110). На рис. 13, в показано влияние FK и tK
30
НИ образование макродефектов и диаметр d при точечной
снарке сплава Д16ЛТ на конденсаторной машине МТК-75.
При уменьшении tK от 0,12 сек вначале наблюдается обра-
йонапие внутренних трещин, здесь металл околошовнон
ноны успел остыть и величина FK недостаточна для эф-
фективного обжатия кристаллизующегося металла ядра.
Ркгс
3000(4)
Риг. 13. Внутренние
1 ршцнпы в соедине-
нии к 1 Алюминиевых
|*н.чнв<ш:
«ник>м к»чни Д1СЛТ
Д1ПЛ1 и ЛМиЛМ,
VHAHHtiUl I | 3 лмг
в НЛП ПН lit* l'h II tK Lil
hRjm mm пн nt №*i)k*k roil
HpH Vhflpiii* Д1НЛ1, гал-
ikioi <i I ;i ллт
2500(3)
Горы
Трещит )^^^^7рацииы
Трещины
При Дальнейшем уменьшении tK дефекты полностью нс-
ЧРМЮ'Г (при 1’к 2100 кге), а затем снова появляются.
Наличие второй области дефектов (пор и трещин) можно
(ifti и* ini и. 'rt'M, ч о при малом tK в момент приложения FK
Mi 1плл и околошейной зоне, еще относительно холодный
И Biviiiuiiiui /•'„ недостаточна для деформации металла
ИАрМ При усилии Г'к Г;.г 2500 кге внутренние трещины
V ИД|1₽ yfffHiiiuiOTCH даже при малых /к. Раннее прило-
ЩбН111* усилии 1\ также u le.iuccTiioii мере равносильно
1НТЙМ111ГИuni I,, и но пому уменьшает d.
31
При попадании в литую зону сварных соединений нс
металлов возможно образование газовой пористости, па
пример при точечной сварке алюминиевых сплавов по
жидким прослойкам: грунтам или клеям, когда они имею,
большую вязкость и нс удаляются из контакта деталь-
деталь под действием усилия Fce (рис. 14).
Наиболее распространенным дефектом при точечной и
роликовой сварке является внутренний выплеск металла
в зазор между соединяемыми деталями. Внутренний
выплеск возникает при
прорыве жидкого ме-
талла ядра, окружаю
щего его пластическою
пояска или местном ин-
тенсивном расплавле-
нии металла в контакте
деталь—деталь, при ко-
тором пластический поя-
сок не успел сформиро-
ваться. Таким образом,
для исключения вы-
Рис. 14. Макроструктура точки спла-
ва Д16АТ со шлаковыми включениями
и порами
плеска необходим на-
дежный поясок металла
вокруг зоны расплав-
ления. Основной при-
чиной внутреннего выплеска являются чрезмерно высокие
скорости нагрева металла и большие размеры зоны рас-
плавления, при этом размеры о прочность пластического
пояска недостаточны для удержания жидкого металла.
Различают начальный выплеск, возникающий, когда объем
расплавленного металла незначителен, и конечный вы-
плеск, при котором объем зоны расплавления достиг
значительных размеров (близок к номинальным).
В случае плохой подгото »кп поверхности алюминие-
вых ептавов с нестабильным и высоким сопротивлением
контакта деталь—деталь при точечной сварке возникает
начальный выплеск, причем литая зона в изломе имеет
неправильную форму (рис. 15, а). Внутренние выплески
часто наблюдаются при сварке деталей из металлов с вы-
сокой прочностью н твердостью, например, сталей в за-
каленном и нагартованиом состоянии и жаропрочных
сплавов (рис. 15, б).
Надежный пластический поясок, а следовательно, и
отсутствие конечного выплеска обеспечивается только
32
При значениях Fa и равных или больших некоторым
Критическим, соответствующим лигой зоне определенных
ри шеров. Способность металла создавйть достаточный
Пн размерам и прочности поясок вокруг расплавленною
ядра определяется пластическими свойствами его при
llOlibliiiciinoii температуре. Например, несмотря на близ-
кий т<|1л<й|я1зпческпе свойства алюминиевых сплавов
Л1ЬЛ'1 и ЛМгО, склонность к конечному выплеску у по-
е/П'ДПси! значительно больше, так как пластические
VNUfliTDR его при температуре 300 400’ С значительно
Муже, чем Д10ЛТ.
8 и, Д. орлов 33
При сварке плакированных высокопрочных алюминие-
вых сплавов (Д16ЛТ, В95АТ) вероятность внутреннего
конечного выплеска значительно меньше, чем при сварке
неплакнрованных сплавов, например, прессованных про-
филен и деталей с механически обработанной поверх-
ностью (рнс. 15, в), так как плакирующий слои алюми-
ния способствует созданию плотного пластического пояска
вокруг зоны .расплавления. Этим же объясняется вну-
тренний выплеск при точечной сварке неплакнрованных
высокопрочных алюминиевых сплавов (сплав 01420) с ран-
ним приложением FK (малым tK), т. е. в момент, когда еще
имеется большой объем незатвердевшего металла ядра
точки, который прорывает пластический поясок под дей-
ствием FK.
Во время охлаждения и усадки расплавленного ме-
талла сварного соединения подвижный электрод машины
должен легко перемещаться вниз, обеспечивая неизмен-
ное усилие Fce. Если подвижный электрод запаздывает
с перемещением вниз вследствие больших сил трения или
заклинивания в направляющих привода усилия, то Fcg
уменьшается, при этом возможен внутренний выплеск.
Высокая подвижность электрода машины особенно важна
при сварке алюминиевых сплавов в связи с высокими ско-
ростями охлаждения и усадки металла зоны сварки.
Уменьшение Fca при движении подвижного электрода
вниз возможно также из-за наличия инерционных сил,
зависящих or массы частей привода усилия, перемещаю-
щихся вместе с электродом, и ускорений их движения.
Однако, как показывают исследования, снижение Fca
в результате действия инерционных сил невелико даже
при сварке алюминиевых сплавов на машинах с большой
массой подвижных частей при использовании малых ta
(конденсаторная машина); кроме того, снижение Fcg мо
жег быть учтено при установке исходного режима сварки.
Причинами внутреннего выплеска могут также быть
неправильная установка электродов (перекос осей) и
неодинаковая деформация элементов механического коп
тура машины иод действием F„, приводящая к смещению
осей электродов, так как при этом создаются благоприят-
ные условия для «раскрытия» пластическою пояска и
выброса металла. Можно также предположить, что пну-
треннпй конечный выплеск возникает при местном расплав
лении металла пояска (при сварке металлов е высокой
электропроводностью). В таких случаях при ntfpnaoBaiiini
3-1
зоны расплавления достаточных размеров вследствие уве-
личения удельного сопротивления жидкого металла про-
исходит перераспределение плотности тока; плотность
тока, протекающего через поясок, возрастает и стано-
вится в 2 —2,5 раза больше, чем плотность тока в рас-
плавленном ядре. В отдельных зонах пластического
пояска, имеющих повышенное сопротивление из-за на-
личия окисных пленок или пониженного удельного дав-
' ления, вследствие, например перекоса или сдвига электро-
дов, возникает местное расплавление металла и сниже-
ние прочности пояска. В результате происходит прорыв
жидкого металла ядра в зазор между деталями, что увели-
чивает зазор и еще больше интенсифицирует выплеск.
Вероятность конечного выплеска может быть снижена
путем создания условий, обеспечивающих пластическую
деформацию металла, окружающего расплавленное ядро.
Одним из таких условий является уменьшение интенсив-
ности тепловыделения в конце формирования зоны рас-
плавления, например, за счет постепенно возрастающего
в процессе сварки Fcg или снижения скорости нара-
стания i„.
При внутреннем выплеске интенсивность процесса
плавления металла снижается пли процесс прекращается,
так как тепловыделение в зоне сварки резко уменьшается
из-за падения плотности тока вследствие увеличения кон-
тактов электрод—деталь и деталь—деталь. Об этом сви-
детельствует снижение сопротивления /?э. э участка элек-
трод -электрод в момент выплеска (рис. 15, г). Этим
объясняется уменьшение размеров литой зоны, следую-
щей за зоной с внутренним выплеском при роликовой
спярке, так как из-за снижения э в результате вы-
плеска снижается тепловыделение в металле между ро-
ликпмп.
Влияние внутреннего выплеска на процесс плавления
металла и большей степени проявляется при сварке на
Жестких режимах металлов с низким сопротивлением
(илюминпепых, магниевых, медных сплавов). Поэтому
При Ш1ЛПЧПИ начального выплеска литая зона соединений
иплчптелыю меньше, чем литая зона, полученная без
Выплески. При снарке металлов с относительно высоким
сипрпт1111льп1н м (нерж.-нктоп lx, жаропрочных сталей и
с’плгшои) п результат! начального выплеска штая зона
ум(ШЫ1Н1стся не тик зш1Чптслып>, как в случае указанных
МЫ метиллон. Эп> обънспигтгя гем, чю в результате
1* 35
начального выплеска скорость расплавления металла
ядра вначале затухает, затем вновь возрастает, если tc„
достаточно велико Конечные выплески в большинстве
случаев незначительно изменяют номинальные размеры
литой зоны соединений.
Следует рассмотреть выплески при сварке деталей отно-
сительно малой толщины (0,3—0,6 льи) из высокопроч-
ных и жаропрочных (ВИС2, ЭП99) металлов. Высокие F„,
используемые при сварке, создают особо интенсивный
выброс расплавленного металла, а пластический поясок
у этих металлов очень малой ширины. Поэтому из зоны
сварки выбрасывается большое количество расплавлен-
ного металла и литая зона соединения имеет малые раз-
меры, особенно проплавление. После сварки деталей по
внешнему виду соединения невозможно установить время
возникновения выплесков (начальные или конечные) в про-
межутке tcg и поэтому их следует считать дефектом, кото-
рый может значительно уменьшать размеры литой зоны.
При внутреннем выплеске вследствие убыли части
расплавленного металла после кристаллизации в литой
зоне обычно наблюдаются поры и раковины, а в случае
высокопрочных алюминиевых сплавов — внутренние
и даже наружные трещины. Однако, если используется
цикл точечной сварки с FK, то указанные дефекты мо-
гут нс быть. Наружные трещины также образуются в ре-
зультате внутреннего выплеска прн сварке, деталей ма-
лой толщины (0,2—0,6 льи). Внешними признаками та-
кого выплеска являются сильное окисление поверхности
в центре отпечатка от электрода и наличие кратерообраз-
ного углубления.
Наружный выплеск представляет собой выброс мет
талла в контакте электрод—деталь. Следует различать
наружные выплески, не связанные с литой зоной соеди-
нения, н выплески из литой зоны. Основной причиной
выплеска, не связанного с литой зоной, следует считать
интенсивное тепловыделение в контакте, возникающее
при плохой подготовке поверхности (высокое сопротив-
ление контакта), загрязнений рабочей поверхности элек-
тродов, а также недостаточном F„. Выплеск может обра-
зоваться из-за местного повышения тепловыделения в кон-
такте электрод—деталь, которое возникает при непра-
вильном положении деталей но отношению к электродам
(перекосе) и непараллельное™ плоских рабочих поверх-
ностей электродов.
36
Местное расплавление металла на периферии контакта
электрод—деталь может происходить из-за резко неравно-
мерной плотности тока / по сечению контакта, которое
возникает, например, при сварке электродами и роли-
ками с большой рабочей поверхностью детален относи-
тельно небольшой или неравной толщины (рис. 16, а).
Такое же явление наблюдается при односторонней сварке
с уменьшением расстоянии между электродами и увели-
Рнс 16. Наружные вы-
плески при сварке стали;
а — плотность тока в кон-
такте ролик — деталь;
£/— плотность тока ври одно-
сторонней сварке; в — по-
верхность сварных точек
чением толщины детали, контактирующей с электродами.
При этом величина тока, протекающего в контакте элек-
।род—деталь, может быть значительно больше, чем в слу-
чае двухсторонней сварки из-за наличия тока шунтиро-
вания в детали, -контактирующей с электродами.
Следует отметить, что высокая плотность тока в кон-
такте является неравномерной и резко повышается на пе-
риферии контакта в сторону соседнего электрода. Не
равномерность плотности гока в контакте электрод-
деталь особенно значительна при односторонней сварке
без токопроводящей подкладки, так как возрастает ток
шунтирования (рис. 16, б). Это приводит к наружным
выплескам, направленным навстречу друг другу
(рис 16, в). Наружные выплески часто наблюдаются при
37
наложении второго роликового шва или точек с перекры-
тием из-за неровностей или загрязнений поверхности
деталей, образующихся в результате сварки первого
шва или предыдущей точки Указанный дефект наиболее
значительно проявляется при роликовой сварке алюми-
ниевых сплавов, поэтому Для снижения вероятности
выплесков перед сваркой второго шва рекомендуется за-
чистка поверхности пер-
вого шва.
Рассмотрим наруж-
ные выплески металла
из зоны расплавления,
которые обычно возни-
кают при сварке на
форсированных режи-
мах, когда литая зона
имеет чрезмерно боль-
шие размеры, напри-
мер, при сварке первой
литой зоны роликового
шва (рис. 17, а), вслед-
ствие того, что она вы-
полняется без вмятин
от роликов, которые
имеют место при сварке
последующих литых
зон. При роликовой
сварке алюминиевых
сплавов возможны на-
Рис. 17. Наружные выплески прн
роликовой сварке сплава АМгб в пер-
вой точке (с) и в середине шва (б)
ружные выплески металла из зоны расплавления, однако
они не имеют связи с литой зоной. На рис. 17, б показаны
наружная поверхность и макроструктура роликового
шва с таким выплеском Расплавленный металл очеред-
ной зоны шва (крайней слева) под действием усилия элек-
тродов был выжат по каналу — «усу», возникшему в ре-
зультате совместного действия нагрева и деформации
металла (см. с. 87), и образовал наружный выплеск.
Затем при охлаждении и деформации металла, находя-
щегося между роликами, этот ус был перекрыт и поэтому
при рассмотрении макроструктуры шва (рис. 17, б) не
видно связи выплеска с литой зоной, хотя часть уса со-
хранилась.
При сильном загрязнении поверхности контакта элек
трод—деталь, а также при замыкании и размыкании элек-
38
тродов машины во время протекания сварочного тока
оплавляются поверхности деталей н электродов, проис-
ходит так называемый прожог, который может повредить
одну из деталей или обе и быть сквозным. Дефекты по-
добного типа возникают крайне редко из-за неправильно
настроенного или неисправного сварочного оборудова-
ния. Чаще наблюдается местное (точечное) оплавление
поверхности сварной точки в момент размыкания элек-
тродов при сварке алюминиевых сплавов па низкочастот-
ных и конденсаторных машинах
(рис. 18). Причины небольшой
электрической дуги, возникающей
при размыкании электродов, сле-
дующие: медленный спад тока во
вторичном контуре, например,
у конденсаторных машин с высо-
ким сопротивлением сварочного
контура, или чрезмерное намагни-
чивание сердечника трансформа-
Рис. 18. Местное оплав-
ление поверхности точки
сплава Д16АТ
тора низкочастотных машин в ре-
зультате превышения времени
включения силового выпрямителя
сверх допустимого для данной сту-
пени трансформатора. Это происходит при нарушении
цепи балластного сопротивления, включаемого парал-
лельно первичной обмотке сварочного трансформатора
укачанных выше машин.
Распространенным видом дефектов сварных соедине-
ний является выдавливание (наплывы) металла на наруж-
ной поверхности точек пли роликовых швов, которое
обычно наблюдается на одном из краев отпечатка элек-
тридов па поверхности деталей. Основные причины одно-
стороннего выдавливания металла неправильная уста-
новка свариваемого узла по отношению к электродам
(роликам) машины, перекос осей или поперечный сдвиг
электродов. Выдавливание металла имеет место при одно-
сторонней двухточечной сварке (рнс. 19, а), от местного
in-pci рева металла в контакте электрод деталь из-за
ш-равномсрной плотности тока (см. рис. 16, б). При сварке
второго роликового шва с перекрытием также наблю-
дпется характерное выдавливание металла, которое мо-
жет быть значительным при сварке алюминиевых спла-
вин (рис 19, 6). При выполнении сварных точек и швов
Г> 1П.ЧКО к краю нахлестки возможны трещит ы и даже раз-
39
рывы металла (рис. 20). Кроме того, могут возникать
внутренние выплески, которые будут значительно умень-
шать размеры литой зоны. Эгот дефект обычно сопровож-
дается увеличением глубины вмятины от электродов.
Рис. 19. Выдавливание металла на поверхности соединений:
а — при односторонней сварке сплава ОТ4П б — при роликовой сварке двумя
швами с перекрытием, сплав АМгб
Рис. 20. Разрыв кромки на-
хлестки при точечной сварке
алюминиевого сплава
Большая вмятина образуется при использовании элек-
тродов с плоской рабочей поверхностью для сварки лег-
ких, медных и титановых сплавов. Вследствие большой
вмятины происходит пластическое выдавливание металла
вокруг литой зоны в зазор
между деталями.
При роликовой сварке раз-
личных емкостей для жидкостей
и газов основным дефектом яв-
ляется нарушение герметично-
сти соединений. Причинами мо-
гут быть внутренние выплески,
уменьшение размеров литой
зоны шва и ее смещение в одну
из деталей. Роликовой сваркой
в большинстве случаев выпол-
няют кольцевые швы на цилин-
дрических (конических) по-
верхностях. При этом вследствие
различных площадей контактов
наружного и внутреннего роликов с деталями большая
часть литой зоны расположена в наружной детали (обе-
чайке). При сварке деталей из алюминиевых сплавов пол
ному «смещению» литой зоны в обечайку, а следовательно,
iiapyiihHiiio герметичности соединений мо!ут способство-
411
пить многие причины. Например, установлено, что при
смещении оси свариваемого узла относительно липни,
соединяющей оси роликов влево (рис. 21, б), литая зона
располагается большей частью в обечайке; при смещении
узла вправо (рис. 21, а) литая зона стремится перемес-
титься во внутреннюю деталь. Следовательно,’необходимо
обеспечивать правильную установку узла при сварке.
В наружную деталь литая зона смещается при загряз-
нении рабочей поверхности наружного ролика.
Рис. 21. Формиро-
вание литой зоны
при роликовой
голркс кольцевых
деталей из алюми-
ниевых сплавов:
/ — ролики машины;
2 — спариваемые де-
тали; 3 — опорные
ролики
Причинами уменьшения размеров, а следовательно,
перекрытия литых зон могут быть прихваточные точки
чрезмерно больших размеров и особенно с выплесками.
В этом случае при подходе роликов к точке-прнхватке
сварочный ток шунтируется через прихватку, и литые
, зоны до и после нее имеют, как правило, значительно
меньшие размеры, чем другие литые зоны шва. Поэтому
не рекомендуется делать прихватку под роликовую сварку
точками большого размера или иметь большую длину
прихватки (более двух точек). Особенно нежелательны
выплески при прихватке, так как они увеличивают шун-
тирование тока. Кроме того, во всех случаях смещения
В обечайку литой зоны, размеры последней уменьшаются,
что еще в большей степени способствует нарушению гер-
метичности соединений. Необходимо также отметить, что
литые зоны роликового шва, формирующиеся до или после
чрезмерно больших точек (точек прихватки или после
первой точки шва), всегда смещены в наружную деталь.
Рассмотренные выше дефекты сварных соединений
ио многих случаях возникают из-за наличия дефектов
41
операций подготовки и сборки деталей под сварку. Ос-
новным видом таких дефектов являются большие зазоры
между деталями, которые
Рис. 22. Дефекты сборки и подго-
товки деталей к сварке
образуются в результате не-
соблюдения необходимых
геометрических размеров и
формы деталей в местах
соединения (рис. 22). Очень
часто зазоры образуются
при неправильном выпол-
нении пересечений точеч-
ных н роликовых швов
с уже имеющимися на дета-
лях швами контактной или
дуговой электросварки.
Причинами выплесков
могут быть недостаточные
размеры нахлестки, осо-
бенно прн соединениях
деталей с отбортовкой,
когда плоский участок
нахлестки уменьшен за
счет радиуса из! нба детали
(рис. 23). Сварка деталей
с большими жесткими за-
зорами может приводить к вырыву отдельных сварных
точек с образованием отверстия в одной из деталей под
действием возникающих напряжений отрыва.
Рис. 23. Неправильная подготовка нахлестки к роликовой
сварке (с) и макроструктура соединения сплава АМгб (б)
Характерным дефектом подготовки н сборки деталей
является местный зазор типа домик» при соединении
обечайки с перегородкой (днищем) в месте пересечения
42
поперечного роликового шва с продольным швом АрДЭС
(рис. 24, а). При выполнении роликовой сварки литые
зоны шва по мере приближения к шву АрДЭС умень-
шаются в размерах и смещаются в обечайку (рис. 24, б).
Рис. 24. Зазор при сборке обечайки (/) с перегородкой (2) и макрострук-
тура шва сплава Л'16
Эго явление может быть объяснено в основном изменением
площади контакта ролик-обечайка за счет изменения
кривизны обечайки в этом месте. Уменьшение и смещение
Рис. 25. Роликовые швы в ьесте пересечения со швом АрДЭС:
в — выплески из-за наличия зазора; б — шов без дефектов при отсутствии
зазора
и обечайку литой зоны и сопутствующие из-за наличия
зазора выплески могут приводить к нарушению герметич-
ности роликового шва (рис. 25, а). При хорошей сборке
смещение литой зоны в большинстве случаев отсутствует
(рис. 25, б).
Нормы дефектов и их исправление
При возникновении дефектов в точечных
и роликовых соединениях могут изменяться заданные
механические и антикоррозионные свойства, качество
поверхности и эксплуатационные характеристики свар-
ных узлов. Отсутствие взаимного проплавления деталей
43
Или малые размеры литой зоны резко снижают статиче-
скую и динамическую прочность. Прочность снижается
также при наличии следующих дефектов: выхода литой
зоны на поверхность деталей из высокопрочных алюми-
ниевых сплавов, больших вмятин от электродов, разрывов
и трещин кромки нахлестки и внутренних вьпыесков.
Последние существенно увеличивают разброс прочности
сварных точек. Большие зазоры между деталями после,
сварки снижают динамическую прочность соединений.
Рассматривая влияние па прочность внутренних пор,
раковии и трещин, следует отметить, что дефекты, нахо-
дящиеся в центральной части литой зоны, оказываются
вне действия максимальных напряжений при нагружении
и поэтому внутренние дефекты, не выходящие за пределы
1/3 лигой зоны, не снижают статической и динамической
прочности соединений. Однако внутренние трещины сле-
дует считать серьезным дефектом, так как они даже при
незначительном изменении условий сварки (режима, со-
стояния электродов, подготовки поверхности) могут пре-
вратиться в наружные трещины, которые резко снижают
динамическую прочность соединений. Выход литой зоны
на поверхность, перенос металла электродов на детали,
а также нарушение плакирующего слоя, например вслед-
ствие местных оплавлений металла, снижают коррозион-
ную стойкость сварных соединений высокопрочных алю-
миниевых сплавов типа дуралюмип и особенно магниевых
сплавов. Большие вмятины от электродов, подрезы на
поверхности роликовых швов и выдавливание металла
ухудшают качество наружной поверхности узлов, и
в случае особых требований, например аэродинамические
поверхности, эти дефекты недопустимы.
; При внутреннем выплеске в зазоре между деталями
остаются металлические частицы, которые могут выпадать
оттуда в процессе эксплуатации сварного узла. Если за-
зор нахлестки имеет выход в полость емкости для жидкости
или газов, то металл выплесков может засорять трубо-
проводы, фильтры и т. п., вызывая выход из строя узла
или всего изделия. В таких случаях металл выплесков,
вышедший из зазора между деталями, удаляют механи-
ческим путем или подвергают сварной узел вибрации
для удаления выплесков из зазора. Наружные трещины
рабочих и связующих соединений емкостей, баков, трубо-
проводов и упругих элементов обычно нарушают их гео-
метричность.
44
Таким образом дефекты точечных и роликовых соеди-
нений влияют на надежность сварных узлов, а также мо-
гут ухудшать эксплуатационные характеристики изде-
лий. Степень влияния дефектов па надежность и качество
зависит от их количества и расположения в сварных соеди-
нениях. Допустимость дефектов и необходимость их ис-
правления определяются ответственностью данного соеди-
нения в конструкции узла или изделия. Исходя из этого,
силовые точечные и роликовые соединения в машинострои-
тельных конструкциях целесообразно разделить на две
группы:
группа А соединения высокого качества, воспри-
нимающие статические и динамические нагрузки, тепло-
вые удары, а также герметичные соединения, разру-
шение которых может вызвать разрушение изделия или
серьезные последствия для обслуживающего персонала;
группа Б — соединения нормального качества, вос-
принимающие только статические нагрузки, не требую-
щие герметичности, разрушение которых не представляет
опасности для изделия или персонала.
Группы ответственности сварных соединений разли-
чаются в основном различными нормами исправляемых
н допустимых без исправления дефектов, использованием
разных методов контроля, различной периодичностью
контроля образцов и сварных узлов.
Размеры и прочность сварпых соединений обеих групп
одинаковы. Группу ответственности сварпых соединений
определяют конструктор узла и технолог-сварщик и ука-
зывают в чертеже узла.
В табл. 2 приведены основные дефекты точечных и ро-
ликовых соединений и количество дефектов, допускае-
мых без исправления и подлежащих исправлению в за-
ипсимости от группы ответственности соединения. Общее .
число сварпых точек или общая длина роликовых швов
узла с дефектами, допустимыми без исправления, а также
подлежащих исправлению, не должно превышать указан-
ное в табл. 2. Если количество дефектов превышает ука-
занные пределы как по отдельным видам дефектов, так
и по общему их числу, то возможность исправления узла
и каждом конкретном случае определяют конструктор и
। данный сварщик. Дефекты, допускаемые без исправле-
ния, но расположение которых в сварном шве ле удовлет-
норнст условиям, указанным в табл. 2, а также де-
<[п кты в начале и конце шва подлежат обязательному
g; Дефекты точечных и роликовых сварных соединений
Таблица 2
Дефекты Допустимое количество дефектов в % по группам ответственности соединений Особые условия
А Б
без исправления при котором разрешается исправление без исправления при котором разрешается исправление
Отсутствие взаимного проплавления деталей (за- зор, склейка, малые раз- меры литой зоны) Не допу- ~ икается 5 3* 10 * Дефект допускается, если между дефектными точками нс менее пяти нормальных точек, а при роликовой сварке — ме- жду дефектными участками не менее 300 мм нормального шва (длина дефектного участка не должна превышать 25 мм)
Уменьшение размеров ли- той зоны: d не более, чем на 15%; проплавление нс менее 10% 3* 5 15* Не исправ- ляется * Дефект допускается, если между двумя дефектными точ- ками ие менее пяти нормальных точек, а при роликовой свар- ке — между дефектными участ- ками не менее 200 мм нормаль- ного шва (длина дефектного участка не должна превышать 25 мм)
Наружные трещины Нс допу- скается 5 Не допу- скается 10 —
ПрсДолженве табл. 2
Дефекты Допустимое количество дефектов в % по группам ответственности соединений Особые условия
Л Б
без исправления при котором разрешается исправление бет нсправлення при котором разрешается исправление
Внутренние трещины 5* 10 Не контро- лируется Не контро- лируется * Без исправления допуска- ются трещины не более 1/2 диа- метра (иирипы) литой зоны. Между дефектными точками должно быть не менее пяти нормальных точек, а между дефектными участками ролико- вого шва нс менее 100 мм нор- мального шва (длина дефект- ного участка нс более 25 мм)
Внутренние раковины и поры 5 * 10 Не контро- лируется Не контро- лируется * Без исправления допуска- ются раковины и поры разме- рами не более 1/з диаметра (ширины) литой зоны и не бо- лее 1/в диаметра (ширины) ли- той зоны независимо от их рас- положения, при условии если онн не доходят до границы ли- той зоны
Продолжение табл. 2
Дефекты Допустимое количество дефектов в % по группам ответственности соединений Особые условия
Л Б
без исправления при котором разрешается пспранление без исправления при котором разрешается исправление
Наружный выплеск Не допу- скается 5 Нс допу- скается 15 —
Внутренний выплеск 5 * 10 15 *♦ 1 25 * Дефект допускается, если между двумя дефектными точ- ками не менее пяти нормальных гачек, а между дефектными участками роликового шва не менее 300 мм нормального шва. * * Дефект допускается, если между двумя дефектными точ- ками ие менее двух нормальных точек, а между дефектными участками роликового шва не менее 100 мм нормального шва. Длина дефектного участка ро- ликового шва не должна пре- вышать 25 мм
Прожог Нс допу- скается Не допу- скается Не допу- скается Не более одного на узел Допустимость исправления решается конструктором узла и главным сварит ком
Продолжение табл. 2
чо
doirdo ''
Дефекты Допустимое количество дефектов в % по группам ответственности соединений Особые условия
А Б
боа исправления При котором разрешается исправление без неправденпя при котором разрешается исправление
Местное оплавление по- верхности 3 * Нс нсправ- л яется 5* Не исправ- ляется * Для коррозионностойких металлов. Для некоррознонно- стойких металлов (Д16АТ, В95ЛТ и т. п.) допустимость дефектов решается конструк- тором узла и главным сварщи- ком
Разрыв и раздавливание кромок и наружные тре- щины у края нахлестки Не допу- скается 5 Не допу- скается 10 Дефект допускается к исправ- лению, если между дефектными участками не менее 100 мм нор- мального шва или нс менее пяти нормальных точек
Выход литой зоны на поверхность 3* 5 ** 10 * Не исправ- ляется “ Не контро- лируется То же Не контро- лируется То же * Дефект приведен для не- коррозионноетойкнх металлов. * * Для коррознониостойких металлов (нержавеющих ста- лей, АМгб и т. п.)
Продолжение табл. 2
Дефекты Допустимое количество дефектов в % по группам ответственности соединений Особые условия
Л В
без исправления при котором разрешается исправление без исправления прн котором разрешается исправление
Темная поверхность то- чек, следы меди на алю- миниевых и магниевых сплавах Не допу- скается 5 Нс допу- скается 10 Для коррозионностойкнх сплавов (АМц, АМг) дефект до- пускается без исправления
Выдавливание металла на поверхностн точек и швов Не допу- скается 5* Не контро- лируется Не контро- лируется * Допускается к исправле- нию, если глубина вмятины от электродов и роликов нс превы- шает 25%
Большая вмятина от электродов (роликов), под- рез шва 5 Не исправ- ляется 15 Не исправ- ляется Пригодность сварного узла с вмятинами более 30% опре- деляет конструктор узла и главный сварщик
«в
Дефекты Допустимое количество дефектов в % по группам ответственности соединений Особые условия
Л Б
без исправления при котором разрешается исправление без исправления при котором разрешается исправление
Смещение точечного или роликового шва от наме- ченного положения По шагу ±10% От оси ± 1 мм Не исправ- ляется По шагу ± 10% От оси ± 1 мм Не неправ» ляется Смещение от оси допускается без исправления, если отсут- ствуют выплески, раздавлива- ние кромки нахлестки, трещи- ны и т. п. Большие отклонения по шагу могут быть допущены конструктором узла
Негерметичность ролико- вого шва Не допу- скается 5 * Не контро- лируется Не контро лирустся * Допускается к исправле- нию, если длина исгерметнчных участков не более 100 мм и рас- стояние между ними не менее- 200 мм
Большой зазор между деталями после сварки 5 Не исправ- ляется 15 Нс исправ- ляется —
Максимально допустимое суммарное количество де- фектов сварного соединения 5 10 15 25 —
Исправлению. Исправление дефектов должны выполнять
высококвалифицированные рабочие.
На практике применяют следующие основные способ ,i
исправления дефектов в сварных соединениях:
а) точечную или роликовую сварку;
б) механическую обработку дефектного места и ду-
говую сварку в среде защитных газов (чаще всего ЛрДЭС
в) сверление отверстия и постановку заклепки;
г) механическую обработку (зачистку) поверхности
сварных швов;
д) термическую обработку соединения или узла.
Ниже приведены дефекты сварных соединений и воз-
можные способы их исправления:
Отсутствие взаимного проплавления, малые раз-
меры литой зоны, нарушение герметич> ости
роликовых швов..............................а, б, в
Выход литой зоны па поверхности .... в
Наружные трещины ........................... б, в
Внутренние трещины и выплески . . а, б, в
Трещины и разрывы нахлестки .... б
Наружные выплески, темная поверхность, на-
липание металла электродов, выдавливание
металла ................... . ... г
Хрупкость соединения . ..................... а, д
При полном отсутствии соединения деталей (зазор)
производят повторную сварку на измененном режиме
или, если возможно, изменяют место сварки. Если литые
зоны точек имеют малые размеры, внутренние трещины
или выплески, то исправление дефектов может быть вы-
полнено постановкой сварных точек на расстоянии полу-
шага от дефектной. Режим сварки по току должен быть
соответствующим образом изменен. Внутренние трещины
и раковины в центре литой зоны точек хорошо устра-
няются повторной сваркой с увеличением величины тока
на 15—20% для алюминиевых сплавов, и понижением
тока па 10—15% для нержавеющих и жаропрочных ста-
лей. Исправление внутренних выплесков эффективно,
если из литой зоны точек выброшено немного металла.
Дефектные точки с выплесками на узлах из алюминиевых
сплавов исправить трудно, так как трещины и поры в ли-
той зоне полностью не устраняются. Исправление не-
герметичных участков роликовых швов производят не-
прерывно — точечной или роликовой сваркой с пере-
крытием на 20—40% дефектного шва (если позволяет
52
I
Ширина нахлестки). Для алюминиевых сплавов величину
Юка увеличивают на 10—15%.
При исправлении дефектов в точечных соединениях
клепкой последнюю, если требуется герметичность, вы-
полняют с использованием соответствующего герметика.
При сверлении отверстий под зактепки в тонких деталях
необходимо принять меры, исключающие образование
надрывов и трещин ио краям отверстия.
Наиболее универсальным с юсобом исправления де-
фектов является дуговая сварка в защитных газах, осо-
Рис. 26. Исправле
нис дефектов точеч-
ной сварки
бенно АрДЭС. Длина разделки при исправлении дефектов
роликового шва с помощью АрДЭС обычно больше де-
фектного участка на 20—30 мм.
Дефекты в виде наружных трещин и других наруше-
ний поверхностной сплошности металла сварных соеди-
нений на одной из деталей можно исправлять способом,
показанным на рис. 26.
На поверхность детали с наружной трещиной I на-
кладывают пластину и соединяют ее точечной сваркой
с верхней деталью. II (рис. 26, а). Затем отрывают пла-
стину от верхней детали 111 и производят механическую
обработку выступа IV. При значительном оплавлении
поверхности одной из деталей I (рис. 26, б) исправление
выполняют с помощью заклепки специальной формы II.
Дефекты наружной поверхности устраняют шабером,
стальной проволочной щеткой из нержавеющей стали или
абразивным кругом на резиновой основе.
Дефекты в виде искажения формы и размеров сварных
узлов, вследствие напряжений и деформаций, возникаю-
щих в результате сварки, исправляют путем местного
Нагрева, постановки «холостых точек», прокаткой между
стальными роликами, а также правкой ударом и обжатием
сварных точек и швов. Правку ударом не следует приме
пять для сварных соединений, имеющих низкую пластич-
ность (титановых сплавов, высокопрочных алюминиевых
сплавов и т. п.), так как возникающие при этом напряже-
ния могут вызвать образование трещин.
Дтя своевременного предупреждения образования де-
фектов и их обнаружения в точечных и роликовых свар
ных соединениях, применяемых в конструкциях ответ-
ственного назначения, контролируют смежные операции,
сопутствующие сварке; процесс сварки, соединения п
узлы; сварочное оборудование.
ГЛАВА III
КОНТРОЛЬ СМЕЖНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Операции, предшествующие сварке, су-
щественно влияют на качество соединений, в связи с чем
необходим пооперационный контроль. Поэтому контролю
подлежат:
а) металл, предназначенный для изготовления деталей;
б) форма и размеры деталей;
в) подготовка поверхности деталей под сварку;
г) приготовление и нанесение грунтов и клеев на вну-
треннюю поверхность нахлестки деталей (если требуется);
д) сборка и прихватка деталей;
е) изготовление и установка электродов (ротиков);
ж) приспособления для механизации и автоматизации
сварки.
Качество сварных соединений в большой степени за-
висит от физических свойств металла. Поэтому необхо-
димо контролировать соответствие металла, идущего на
изготовление деталей, подлежащих сварке, марке и состоя-
нию поставки, указанных в чертеже. Последнее особенно
важно, так как часто металл одной и той же марки исполь-
зуют в конструкциях в различных состояниях (мягком,
иагартованном, нормализованном и т. п.). Например,
режим сварки, установленный для деталей, изготовленных
из нагартованного металла, не обеспечит заданных раз-
меров литой зоны соединений, если детали будут выпол-
нены из той же марки металла, но в мягком состоянии.
Следует также обращать внимание на состояние по-
верхности листов, не допуская изготовление деталей из
металла, имеющего на поверхности царапины, забоины
повреждения плакировки и другие дефекты. Если повре-
ждения поверхности окажутся на нахлестке деталей, то
возможно образование дефектов сварных соединений. Это
особенно относится к легким сплавам, а также металлу
малой толщины.
55
Иногда заготовки деталей, поступающих на сварку,
изготовляют литьем или ковкой (штамповкой). В таких
случаях металл может иметь дефекты, присущие этим тех-
нологическим процессам. В литых заготовках могут быть
поры, раковины, а в штампованных заготовках — рас-
слоения, пленки окислов, трещины и т. п. Поэтому ка-
чество металла до изготовления деталей контролируют
известными методами дефектоскопии (рентгеном, ультра-
звуком, люминесценцией и т. п.) с целью выявления ука-
занных дефектов. Так, в литых сталях и сплавах часто
наблюдается поверхностная пористость, которая при
сварке вызывает выплески, поджоги электродов и поверх-
ностные трещины. Во избежание этого на поверхности
литого металла (в области нахлестки деталей) не должно
быть пор и раковин, диаметр и глубина которых более
0,5 мм и 0,1 лш соответственно. В ответственных сварных
соединениях литых деталей металл нахлестки до сварки
следует контролировать рентгепоиросвечиванием (100%
длины нахлестки). Обнаруженные до сварки дефекты в ли-
тых и штампованных деталях подлежат обязательному
исправлению и повторному контролю.
Размеры и форма деталей должны строго соответство-
вать чертежу; особенно это относится к размерам на-
хлестки (размеры плоского участка и радиуса закругле-
ния у штампованных деталей), которые не должны быть
менее рекомендованных (см. табл. 1).
В большинстве случаев точечной и роликовой сварки
допускаются колебания толщины деталей в месте соеди-
нения ±10% от номинала. При сварке на машинах пере-
менного тока с большими размерами вторичного контура,
например типа МТП 150/1200, могут быть допущены
и большие колебания толщины. Это объясняется тем, что
при изменении сопротивления за счет колебания
толщины свариваемых деталей величина тока /„ в от-
личие от машин с небольшим контуром изменяется не-
значительно и размеры литой зоны соединений не умень-
шаются.
Контроль подготовки поверхности
и сборки деталей
Состояние поверхности деталей оказы-
вает значительное влияние на выделение тепла в контак-
тах электрод—деталь и деталь—деталь, отвод тепла в элек-
троды, а в отдельных случаях на формирование литой зоны
56
соединений. При наличии на поверхности жаропрочных
сплавов тугоплавких окисных пленок они остаются на
границе литой зоны (рис. 27, а), снижая прочность соеди-
нений. Окисные пленки, образовавшиеся в процессе про-
катки или термической обработки металла до сварки, могут
присутствовать даже в центральной части литой зоны
(рис. 27, б). Если с момента пассивации стальных детален
до сварки проходит значительный срок, то образовав-
шаяся пленка также частично остается нерасплавленной
на границе литой зоны (рис. 27, в). Аналогичное явление,
когда в литой зоне соединений находится иерасплавив-
шаяся плакировка, наблюдается при точечной и ролико-
вой сварке алюминиевых сплавов, особенно АМгб (рис. 28).
Подготовку поверхности металла под сварку выполняют
двумя основными способами: механической пли химиче-
ской обработкой. Качество подготовки металла характе-
ризуется чистотой поверхности и наличием на ней различ-
ных пленок (в том числе пассивирующих). У деталей,
нахлестка которых имеет механическую обработку (точе-
ние, фрезерование и т. п.), контролируют чистоту поверх-
ности. Рекомендуется, чтобы шероховатость поверхности
была не ниже 4-го и 5-го классов чистоты по ГОСТу
2789 59 соответственно для сталей (черных сплавов) и
легких сплавов. После механической зачистки подготовку
57
поверхности достаточно контролировать путем сравнения
с эталоном. Поверхность нахлестки должна иметь метал
лический блеск или равномерный матовый оттенок.
Чтобы исключить дефекты, связанные с наличием
в литой зоне плакирующего слоя (рис. 28), последний при
толщине деталей из сплава АМгб более 2 мм стравливают
до подготовки поверхности. Контроль полноты удаления
плакирующего слоя выполняют по макрошлифу (при уве
личснип 10—15 раз) либо визуально. Матово-серый цвет
указывает на то, что плакирующий слой ие удален; мел-
кополосчатая поверхность характерна для случая, когда
Рис. 28. Плакирующий слой в'литой зоне соединений сплава АМгб:
а — точечная сварка; б — роликовая сварка
плакирующий слой 'остался в углублениях проката.
При полном удалении плакировки поверхность детали
имеет равномерный светло-серебристый цвет.
Подготовка поверхности путем химической обработки
является достаточно сложным комплексом процессов
(обезжиривание, травтенне, пассивация и т. п.), от пра-
вильною выполнения которых зависит качество поверх-
ности под сварку, особенно легких сплавов. Поэтому
необходимо контролирован, как технологический режим
операций химической обработки, так и составы растворов,
в которых обрабатывают детали. Рекомендуется один раз
в неделю контролировать химический ссстав ванн для под-
тотовки поверхности легких сплавов и один раз в месяц —
предельные концентрации продуктов травления в ваннах,
а также pH воды,- в которой промывают детали. Такой
контроль экономически оправдан, так как незамеченные
отклонения могут вызвать дефекты при сварке, устранение
58
которых связано с большей затратой времени н средств,
чем процесс контроля.
В произволе ве возможны спучаи повторной химиче-
ской обработки поверхности. При этом на деталях из
алюминиевых сплавов с пониженной коррозионной стой-
костью (дуралюминов) следует контролировать толщину
плакирующего слоя алюминия, которая должна быть не
меиее 50% его толщины в состоянии поставки. Исследова-
Таблица 3
Контактное сопротивление
некоторых металлов толщиной
1+1 .иле в мком (Рэл — 500 кгс\
/?эл = 100 мм)
Марка .металла Поверхность металла
в состоя- нии поставки после механи- ческой Зачистки
30ХГСА 880—1000 520—600
BIIC2 700—900 560—600
ОТ4 800 -900 260 290
ВЖ98 360—420 300—310
ЭИ437Б 320—360 2(50—300
СНЗ 520--680 320 350
лег 130—220 20—22
Д16АТ >500 23—32
АМцАМ >500 18—20
МА2—1 — 40—44
Рис. 29. Зависимость /?к от уси-
лия Езл: сплав Д16АТ, толщи-
ной 1,5+ 1,5 мм:
1 — химическая обработка поверх-
ности; 2 — зачистка проволочной
щеткой; — два образца;
—---------один образе!^
ниями и производственным опытом установлено, что до-
статочно объективной характеристикой качества подго-
товки поверхности деталей под точечную и роликовую
сварку является контактное сопротивление RK. Для
измерения RK детали или контрольные образцы совме-
щают, как при сварке, зажимают между электродами с опре-
деленным усилием и измеряют сопротивление участка
между электродами. Величина RK различна для разных
металлов и состояния поверхности (табл. 3), а также су-
щественно зависит от усилия сжатия электродов (рис. 29).
Если детали из одного металла, то измерять RK можно на
одинарной толщине (детали или образца). В табл. 4 при-
ведены ] комендуемые усилия сжатия н радиусы сферы
рабочей поверхности электродов, нспользуемье при из-
мерении RK различных металлов. Усилие электродов
периодически контролируют динамометрами (см. гл. V).
, 59
Таблица I
Рекомендуемые значения усилия F3A и радиуса сферы /?эл
электродов при измерении контактною сопротивления
Толщина металла в мле в кгс нэл в мм
Стали, титан, жаро- прочные сплавы Алюминиевые магнне выел медные сплавы
От 0,3 до 0,8 От 0,3 до 1,0 250 75
Св. 0,8 до 2,0 Св. 1,0 до 2,5 500 100
» 2,0 » 3,0 » 2,5 » 4,0 1000 150
» 3,0 » 4,0 1500 250
Электроды изготовляют из тех же медных сплавов,
что и при сварке даппых металлов, например кадмиевой
меди для случая легких сплавов. В процессе измерения RK
необходимо поддерживать чистоту и форму рабочей по
всрхности электродов. Рабочую поверхность зачищают
абразивной шкуркой Аэ 10—12, обернутой вокруг рези-
новой пластины толщиной 15 -20 мм.
Величина RK подготовленных к сварке деталей обычно
не остается неизменной, а повышается с течением времени.
Степень увеличения RK зависит от марки металла и спо
соба подготовки поверхности (рис. 30). Для металлов,
у которых RK существенно увеличивается в процессе
храпения, необходимо контролировать допустимый срок
от подготовки поверхности до окончания сварки данных
деталей. Для этой цели на деталях, прошедших подготовку
поверхности, ставят клеймо с указанием времени оконча
ния операции. Необходимо также контролировать срок it
хранения пассивированных стальных деталей, у которых
RK существенно не возрастает со временем, но свойства
пассивирующей пленки изменяются: она делается более
прочной и тугоплавкой (см. рис. 27, в).
Повышенные значения RK (у легких сплавов более
150 мком) вызывают общее возрастание сопротивления
зоны сварки Rs_s (рис. 31), что создает дополнительное
тепловыделение в контактах электрод—деталь, а следо-
вательно, и интенсивное загрязнение рабочей поверхности
электродов, что снижает производительность сварки.
В связи е этим другим критерием качества подготовки по-
верхности легких сплавов является число сварных точек
или метров роликового шва, выполненных без зачистки
рабочей поверхности электродов (роликов). Указанный
60
критерий наиболее полно позволяет судить о качестве
поверхности деталей, так как он зависит не только от
сопротивления пленок иа поверхности деталей (вели-
чины RK), но и от их свойств, влияющих па интенсивность
переноса металла на поверхность электродов. Например,
при механической зачистке
сплавов проволочной щеткой
однако известно, что рабочая
поверхность электродов при
сварке таких деталей заг ряз-
няется быстрее, чем в случае
поверхности алюминиевых
Рис. 31. Изменение э в про-
цессе точечной сварки сплава
Д16АТ, толщиной 1,5 Н- 1,5 мм
на машине МТ К-75:
1 — RK—250—300 мком', 2 —
*=100—200мко.м; 3—7?к=30 — 50 мком
Рис. 30. Изменение RK в процессе
хранения деталей:
/ — сплав АМцАМ, химическая обрв
ботка поверхности' 2 — сплав Д16ЛТ.
химическая обработка поверхности*
3 — сплав Д16АТ, зачистка проволоч
ной щеткой
травленых деталей, имеющих значительно более высо-
кий RK. В табл. 5 приведены данные о числе точек.
Таблица 5
Число сварных точек, выполненных без зачистки электродов
в зависимости от способа подготовки поверхности (сплав Д16АТ,
толщина 1,2 1,2 .ил)
Способ подготовки поверхности RK в мком Число точек
Зачистка щеткой 20—30 125
Травление 150—250 175
» с пассивацией 80—100 285
» с протиркой поверхности спиртом 80—100 360
61
г
Рис. 32. Настольный пресс для
контроля RK
выполненных без зачистки электродов при сварке сплав.।
Д16ЛТ толщиной 1,2 + 1,2 лш электродами из кадмиевоп
бронзы МК на машине МТК-75.
Следует отметить, что результаты контроля по числу
точек, поставленных без зачистки, свидетельствуют о ка
чествс подготовки поверхности только при условии, если
проверка производится всякий раз при сварке на иеизмсн
ном режиме, включая металл электродов. Применяя это!
метод контроля подготовки
поверхности, трудно судить
о ее качестве у деталей раз
личной тотщппы, так как их
сваривают на разных режи-
мах. Несмотря па некоторын
недостаток контроля качества
поверхности по величине RK,
этот способ имеет наибольшее
применение на производстве
Контроль RK деталей про
изводят при помощи спецп
альных прессов создающих
необходимые усилия сжатия
электродов или иепосред
ственно точечных сварочных
машин, приборами, измеряю-
щими малые сопротивления
(5—10 мком и более). Прессы
н машины, используемые
для измерения RK, дотжны
обеспечивать плавное без
В противном случае, а также
при повороте детален или образцов после их зажатия
электродами, полученные значения RK будут занижены.
Для измерения RK на контрольных образцах применяют
настольные прессы типа Бринеля с грузовым приводом уси-
лия или с пневматическим, как показано на рис. 32. Для
контроля RK непосредственно на деталях удобно исполь
зовать сварочную машину или специальные установки типа
СККС1П (рис. 33), позволяющие контролировать достаточ
но крупногабаритные детали (вылет консотей 1200 мм).
Во всех случаях электроды должны быть электрически
изолированы друг от .друга (в незамкнутом положении).
Ус гановка СККС-1П имеет двухдиафрагмеиный пневмо-
привод сжатия электродов, обеспечивающий усилия в пре-
62
делах 250—1500 кгс. Дополнительный ход верхнего элек-
трода осуществляется вручную при помощи винтовой
пары. Измерение RK выполняется микроомметром М246,
принцип действия которого поясняется рис. 34, а.
В микроомметре М246 применен высокочувствитель-
ный логометр магнитоэлектрической системы, благодаря
Рис„ 33. Стенд для кон-
троля контактного сопро-
тивления:
1 — корпус; 2 — микроом*
•метр М246; 3 — блокирую-
щее устройство; 4 — привод
дополнительного хода;
5—привод усилии
которому показания прибора практически не зависят от
изменений тока, протекающего по измеряемому сопро-
тивлению. Логометр состоит из двух рамок L1 и L2,
соединенных жестко между собой и несущих зеркало,
которое при повороте рамок направляет световой луч па
шкалу прибора. Измеряемое сопротивление (в данном
случае RK) включено в цепь источника тока Е последова-
тельно с сопротивлениями Rg и RU1. Прибором измеряют
сопротивления в пределах от 4 мком до 1 ома. К измеряе-
мому сопротивлению микроомметр подключается с по-
63
мощью двух щупов, имеющих каждый по паре контактов Т
и П (рис. 34, а). Участок, сопротивление которого изме-
ряется, находится между контактами II—П. Это приводит
к тому, что показания прибора больше истинных значе-
ний RK на величину сопротивления двух участков от
контактов П до концов электродов. Эта разница обычно
составляет 2—3 мком и ее не следует путать с сопро-
тивлением электродов, замкнутых между собой. Из-за
сужения линий тока в контакте электродов сопротивле-
ние «короткого замыкания» равно 8—10 мком.
Рис. 34 Принципиальные схемы для измерения малых сопротивлений:
а — ммкрооммстр М246; б — способ амперметра-вольтметра
Измерение малых сопротивлений может быть также
выполнено по схеме «амперметр—вольтметр» (рис. 34, б).
Постоянный ток от аккумулятора, сварочного выпрями-
теля или другого источника пропускается через измеряе-
мое сопротивление RK. По показаниям амперметра А
и милливольтметра МВ, пользуясь законом Ома, опреде-
ляют сопротивление. При измерении RK величина тока
должна быть не более 50 а, так как больший ток может
вызвать нагрев и, следовательно, изменить истинную ве-
личину 7?х. Для измерения напряжения может быть ис-
пользован прибор М82.
При включенном источнике питания Е (рис. 34) слу-
чайное размыкание электродов может вызвать выход нз
строя приборов, так как все напряжение источника Е
будет приложено к рамке L1 (рис. 34, а) или мил.и вольт-
метру МВ (рис. 34, б). Во избежание этого целесообразно
применять блокирующее устройство, которое включает
питание приборов только тшда, когда электроды сжаты
некоторым усилием.’ Конструкция такого устройства по-
казана на рис. 35. При приложении усилия срабатывает
64
микропереключатель 5, нормально-открытые контакты
которого включают питание приборов.
При эксплуатации микроомметра М246 его рекомен-
дуется один раз в месяц проверять путем измерения эталон-
п .IX сопротивлений Для этой цели могут быть использо-
ваны стандартные шунты к амперметрам постоянного тока,
например типа 75ШС. Ниже приведены 'сопротивления
этих шунтов.
Ток шунта в а
(япротнвлеыне в мком
Рис. 35. Блокирующее уст-
ройство:
/ Корпус; 2 — элсктрододер-
ж ill гл ь; 3 ~ электрод; <# — рези-
ц<111(№ кольцо; 5 — микромере
кл Учитель; 6 — регулировоч-
ный пиит
150 300 500 750 1000 1500
500 250 150 100 75 50
Эталонный шунт подключается к щупам микроомметра
М246 таким образом, чтобы контакты П присоединились
к точкам шунта, к которым подключается амперметр.
Измерять RK можно автоматически непосредственно на
сварочной машине перед выполнением каждой точки.
Схема такого устройства приведена на рис. 36. Устройство
реагирует на изменение общего сопротивления сварочного
контура машины за счет изменений RK, загрязнений рабо-
чей! поверхности электродов, изменения усилия электро-
дов. В сварочном трансформаторе машины имеется до-
полнительная обмотка (3—6 витков) Ig (рис. 36, а), кото-
рая пишется переменным током от источника Е (рис.
36, б) через сопротивление Rg. Напряжение их, снимаемое
с точек а -а, определяется значениями составляющих
сопротивления сварочного контура R, RK и L. Таким
образом, при изменении величины RK меняется значе-
ние их. Напряжение их усиливается усилителем У и
поступает на гальванометр Г, протарированный в величи-
6 Ь. Д. Орлов ' 65
нах сопротивлений. Кроме того, имеется специальное
устройство КУ, которое контролирует нижний и верхний
пределы сопротивления сварочного контура и бчок-ирует
включение тока, если сопротивление контура вышло за
допустимые пределы, например за счет изменения 7?к.
Питание дополнительной обмотки током Ig включается
на короткое время непосредственно перед подачей сва-
рочного тока.
Рис. 36. Скелетная'схема устройства для автоматического
контроля R в процессе сварки
В условиях производства Кк измеряют после оконча-
ния подготовки поверхности и за 0,5—1 ч до начала сварки,
если срок хранения деталей превысил допустимый, на-
пример более 5 суток для легких сплавов. Сопротивле-
ние RK деталей! из алюминиевых сплавов после химической
подготовки поверхности не должно превышать 150 мком
(нормально 40—80); для 25% измерений на одних и тех же
деталях допускаются отклонения до 200 мком. При ис-
пользовании неизменного режима сварки колебания RK
в указанных пределах не вызывают существенных изме-
нений размеров литой зоны соединений.
Иногда в целях повышения коррозионной стойкости
или прочности точечных соединений перед сваркой на
внутреннюю поверхность нахлестки наносят лаки, грунты
или клен. Чтобы избежать внутренних дефектов, вязкость
наносимых веществ должна обеспечивать выдавливание
их из зоны сварки под действием усилия электродов.
Вязкость необходимо контролировать вискозиметром, она
не должна превышать допустимую для дайной марки клея,
грунта и т. п. Кроме того, следует контролировать время
от их нанесения (жизнеспособность) до окончания сварки.
66
I Ip и сборке (прихватке) под сварку зазоры между
Деталями контролируют с помощью щупа известной тол-
щины. Зазоры не должны превышать значений, указанных
и табл. 6.
Таблица б
Допустимые зазоры при сборке и прихватке в мм
Сварка Дли па участк.1 п мм Толщина тонкой детали 6 в мм
0.3 <1 6 < 1.5 i.5<e.<2.5 Л >2.5
Точечная 100 0.5 0,4 о.з
200 1.0 0.8 0,6 0,4
300 1.5 1,2 0.9 0,6
Роликопая 25 0,1 0,075
50 0.2 0,15
100 0,3 0,3
200 0,5 0,6
После прихватки внешним осмотром контролируют
качество точек, форму и размеры узла. Особенно тща-
тельно следует контролировать точки прихватки под роли-
hom ю снарку, так как дефекты этих точек могут явиться
причиной негерметичности роликовых швов. Если точки
прихватки имеют дефекты, например наружные выплески,
они подлежат обязательному исправлению до сварки.
Контроль электродов и приспособлений
Электроды (ролики) являются рабочим
инструментом сварочной машины, от них во многом за-
писи г качество точечных и роликовых соединений. Основ-
ная характеристика электродов — их стойкость, т. е.
сохранение формы и размеров рабочей поверхности и
отсутствие прилипания электродов к поверхности деталей
(последнее характерно для легких сплавов и металлов
с покрытиями) в процессе сварки.
('.тонкость при сварке на неизменном режиме конкрет-
ных деталей определяется, в основном, свойствами ма-
териала электродов. Медные сплавы, предназначенные для
электродов, должны строго соответствовать рекомеидуе-
б’ 67
мым для сварки определенного металла. Перед изготовле-
нием электродов заготовки медных сплавов контролируют
на твердость. Если электроды в процессе изготовления
подвергаются нагреву (термической обработке), в резуль-
тате которого могут измениться механические свойства
материала, то твердость измеряют па готовых электродах
(в месте, исключающем повреждение рабочей поверхности)
Когда есть сомнение в марке сплавов для электродов,
следует провести спектральный анализ на основные ле-
гирующие элементы (табл. 7) и контроль электропровод-
ности. Последний выполняют при помощи прибора-из-
мерителя электропроводности типа ИЭ-1. Данные, полу-
ченные в результате контроля, обычно позволяют опреде-
лить марку неизвестного сплава для электродов.
Таблица 7
Медные сплавы для электродов и роликов
Сплав Легирующие элементы п % Электропро- водность n % от электро- проводное th меди НВ в кге/мм*
Кадмиевая медь МК 0,9—1,2 Cd 85—95 100—120
Хромокадмиевая брон- за Мц5Б 0,25—0,45 Сг 0,17^-0,35 Cd 85—90 110—125
Хромовая бронза Бр.Х 0,4—1,0 Сг 80—85 120—130
Хромо ал юминиевомаг- ниевая бронза Мц4 0,4—0,7 Сг 0.1—0,25 AI 0,1—0,25 Mg 70—75 120 140
Бронза Бр.НБТ 1,4—1,6 Ni 0,2—0,4 Be 0,05—0,15 Ti 50—55 170—230
О пригодности медных сплавов для изготовления элек-
тродов при условии получения литой зоны заданных раз-
меров без дефек ов можно судить по их стойкости. Ниже
в качестве примера приведена стойкость электродов (число
точек, выполненных без зачистки рабочей поверхности)
из различных медных сплавов при точечной сварке алю-
миниевого сплава Д16АТ толщиной 1 + 1 леи:
Сплав Стойкость точек
Кадмиевая бронза 225
Хромовая бронза 60
Хромоциркониевая бронза 135
68
Следует отметить, что стойкость электродов в данном
случае определяется не только электропроводностью, но
и химическим составом медных сплавов. Так, несмотря на
самую большую стойкость кадмиевая бронза имеет элек-
тропроводность меньшую, чем хромоцирконнсвая бронза,
соответственно 87 и 97% электропроводности меди.
Форма н размеры рабочей поверхности электродов и
...... оказывают большое влияние на величину и рас
положение литой зоны соедине-
ний. Эти факторы имеют осо-
бенно важное значение при
снарке деталей неравной тол-
0
Рис. 38. Контроль рабо-
чей поверхности э.' ектро-
Дов и роликов:
— контрольные шаблоны*.
— контроль рабочей по-
верхности роликов
прошишлеиия А от радиуса сферы
электридов при точечной сварке
<'плнип AMiG толщиной 1,5+ 1,5 мм
a
б
шины и из металлов с различными физическими свой-
СТШ1МП Опыт показывает, что наиболее частой причиной
ухудшения качества сварки является износ (увеличение)
рабочей поверхности электродов. На рис. 37 показано изме-
нение литой зоны, диаметра d и проплавления А при
|пчеч|1ой сварке электродами с различной сферой рабочей
нош рхпости.
Рабочую поверхность электродов контролируют после
их пл отопления и периодически в процессе сварки. Ре-
комендуется проводить контроль: для нормальных элек-
тродов н роликов через 2000 точек н 30 м шва; для фигур
пых электродов малого сечения через 500—1000 точек.
Рабочую поверхность электродов и роликов контролируют
шаблонами (рис. 38) В случае плоской рабочей поверх-
, 69
ности контроль можно производить по отпечатку па ка-
ком-либо мягком материале (картоне, свинце), который
с небольшим усилием прижимают к поверхности элек-
трода. Рабочая поверхность роликов должна быть распо
ложена определенным образом по отношению к оси вра-
щения, поэтому для контроля применяют шаблоны, по-
казанные на рис. 38, б, которые базируются по торцу ро
лика. Прн износе электродов допускается увеличение
размеров’ для плоской рабочей поверхности до 15%,
для сферической до 30% от номинального размера. При
сварке детален неравной толщины, металлов с резко раз-
личными свойствами и пластичных металлов (ДМцАМ)
допуски должны быть меньше.
В процессе работы вследствие переточек электродов
уменьшается расстояние от рабочей поверхности до дна
охлаждающего канала. При малой величине этого расстоя-
ния возможна деформация (продавливание) рабочей по-
верхности электрода и дефекты сварки. Поэтому на рабочей
части электрода целесообразно иметь контрольную риску,
свидетельствующую об окончании использования данного
электрода. Нормально предел использования рабочей
части электрода составляет 25—30% исходного размера.
В процессе длительной эксплуатации сварочной ма-
шины па внутренней поверхности каналов водяного охла-
ждения осаждаются соли и ржавчина и их сечение может
значительно уменьшаться, в связи с чем ухудшится охла-
ждение электродов, особенно прн сварке па мягких режи-
мах с большим темпом работы. В случае плохого охлажде-
ния электродов рекомендуется проверить расход воды,
поступающей в электрододержатель, который должен быть
не менее 1; 1,5; 2,3 и 4,3 л!мин соответственно для электро-
дов диаметром 16, 20, 25 и 32 мм при работе машины с но-
минальными ПВ и током.
При изготовлении и эксплуатации электродов и элек-
трододержателей необходимо следить за размерами и со-
стоянием поверхности конусной посадочной части. Износ
или неправильные размеры мест посадки вызывают течь
воды, нагрев из-за повышения сопротивления и затруд-
няют съем электродов. Периодический контроль конусного
хвостовика электродов и конусного отверстия электродо
держателя производят специальными калибрами (рис. 39).
Калибр для электрододержателя имеет внутреннее от-
верстие, что позволяет выполнять контроль конуса не
удаляя из электрододержателя трубку охлаждения,
70
Контроль загрязнения рабочей поверхности Электродов
п роликов обычно производят визуально по степени по-
тсм 1СИПЯ поверхности сварных точек и роликовых швов.
Пшестиы устройства, прекращающие сварку и сигнализи-
рующие о необходимости зачистки электродов по выпол-
нении заданного числа точек или метров шва. Однако
Рис. 39. Конусные калибры для контроля элек
тродов и электрододержателей
'ни устройства нс имеют обратной связи и непосредственно
нс pea пруют на загрязнение рабочей поверхности. Иссле-
дипапиямн установлено, что при сварке легких сплавов
(ТЛЮМ1 пневых и магниевых) величина падения напряже-
ния /л, , па свариваемых деталях связана со степенью
Рис. 40. Осциллограммы «э. 3 и ica при точечной сварке сплава
Д16ЛТ толщиной 1,2 + 1,2 лип на машине МГК-75:
а — перпая точка; б — 60 я точка
ншря.чпення электродов. На рис. 40 приведены осцилло-
граммы i„ и при точечной сварке сплава Д16ЛТ на
копт псаторнон машине МТ К-75. Разница в амп титуле и8_ s
тля чистого электрода и загрязненного (после 60 точек)
ни гапляет около 15%, поверхность образцов была за-
чищена проволочной щеткой. Еще большее увеличе-
ние и, я при загрязнении поверхности электродов имело
место при сварке магниевых сплавов Таким образом кон-
троль Wj’s при сварке легких сплавов позволяет судить
о степени загрязнения электродов
После установки электродов и роликов на машину
контролируют их расположение относительно друг Друга:
71
Центры рабочих поверхностей электродов должны совпа
дать с точностью 0,5 мм, а плоские рабочие поверхности
быть параллельными. Установка роликов должна обсспе
чпвать совпадение их плоскостей вращения, в противном
случае осп нахлестки деталей при сварке будут смещаться.
Для механизации точечной и роликовой сварки ис-
пользуют различные приспособления, которые обычно
связаны со сварочной машиной или со свариваемыми де-
талями и поэтому могут оказывать влияние на качество
сварки. Контроль приспособлений вначале выполняют
без включения цикла сварки, наблюдая за правильностью
работы отдельных узлов, особенно тех, которые обеспе-
чивают закрепление и перемещение деталей относительно
электродов машины в процессе сварки. При этом необхо-
димо проверить нет ли случайных контактов элементов
приспособления или свариваемого узла с токоведущими
частями машины, которые могут вызвать шунтирование
тока, протекающего через зону сварки. Если части при-
способлений, находящиеся или перемещающиеся при
сварке в рабочем пространстве машины, выполнены из
ферромагнитного материала, устанавливают степень умень-
шения сварочного тока с тем, чтобы вручную или авто-
матически поддерживать заданное его значение. Если при-
способление автоматически выполняет и сборку деталей
под сварку, то контролируют форму, размеры, зазоры
собранного узла.
ГЛАВА IV
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРКИ
ПО ОБРАЗЦАМ
М
Контроль технологических образцов
Для контроля качества точечных и роли-
ковых соединений на производстве наиболее широко при-
меняется метод периодических испытаний контрольных
н хнологпчсскпх образцов, выполняемых в гех же усло-
виях, что и сварка деталей. Для того, чтобы по результатам
контроля образцов можно было судить о качестве соеди-
нений сварного узла, необходимо обеспечить полную иден-
тичность металла, формы, шага точек, подготовки поверх-
iiochi п режима сварки технологических образцов и де-
талей
PaecMoipiiM основные причины, по которым несмотря
ни идентичность параметров режима* качество сварки об-
р.ч.щоп и деталей может быть различным.
При снарке деталей больших размеров возможны пере-
косы и смещение оси деталей по отношению к электродам
(роликам) машины (см. рис. 21) и даже изменение факти-
чески действующего усилия электродов. Так как эти явле-
ния при сварке деталей носят случайный характер, то
учесть их при сварке образцов практически невозможно.
Го же самое относится и к дефектам сборки деталей под
снарку. Например, если при роликовой сварке кольце-
вых швов небольшого диаметра детали имеют тугую по-
садку, а образцы лишь свободно прилегают один к дру-
гому, то размеры литой зоны соединений деталей будут
мепыпнмн, чем литой зоны образцов из-за шунтирования
и>кп. У деталей, штампованных из листа, толщина и
свойства металла (степень нагартовки) могут быть иными,
чем у технологических образцов. Так о качестве роликовой
снарки сильфонов с арматурой нельзя судить по образцам
(•парного соединения, где сильфон заменен листовым ме-
таллом гои же марки и толщины. Различная кривизна
дегалсн и технологических образцов в месте выполнения
точечных н роликовых швов нс обеспечивает идентичности
73
условий формирования соединений, а следовательно, раз-
меры литой зоны деталей п образцов будут разными, что
особенно заметно при роликовой сварке деталей из алю-
миниевых сплавов.
Следует остановиться на возможности замены металла,
из которого изготовляют технологические образцы. Очень
часто изготовление деталей свариваемого узла является
трудоемкой и дорогостоящей операцией. Например, одна
из деталей выполняется из поковки или литья с последу-
ющей сложной механической обработкой. Вполне понятно,
что использовать такие детали в качестве технологических
образцов нерационально. В этих случаях деталь из по-
ковки или литья заменяется образцом, изготовленным из
листового проката. Установлено, что для многих металлов,
алюминиевых сплавов и сталей такая замена вполне
допустима. Однако в каждом конкретном случае необ-
ходима экспериментальная проверка, чтобы убедиться,
что размеры литои зоны технологических образцов, вы-
полненных нз металла с другим состоянием поставки,
и деталей сварного узла идентичны.
В отдельных случаях возможна даже замена марки
металла образцов. Это в основном относится к титановым
сплавам, различные марки которых сваривают практи-
чески с использованием одних и тех же режимов (для
деталей одинаковой толщины). Наряду с этим всею лишь
различная термическая обработка металла деталей и
образцов может ие обеспечивать идентичности сварных
соединений. Если, например, детали изготовляют из стали
СНЗ, подвергнутой с целью упрочнения соответствующей
термической обработке, а образцы из той же стали без
термической обработки, то размеры литой зоны на образ
цах будут меньше, чем на деталях, вследствие разницы
в электропроводности и механических свойствах металлов
образцов и деталей.
Качество сварки на контрольных образцах определяют
путем их разрушения (технологическая проба), исследова-
нием макроструктуры соединений на шлифах и по резуль-
татам механических испытаний сварных точек и ролико-
вых швов.
Ширину образцов технологической пробы и образцов,
предназначенных для исследований макроструктуры, вы-
бирают такой же, как ширина образцов для механических
испытаний на срез (см. табл. 8). Длина образцов для то
чечнон сварки дочжна обеспечивать постановку нс менее
74
Г> точек, для ролнковон сварки — выполнение шва длиной
не менее 100 мм при толщине деталей до 2 мм и не менее
150 мм при толщине более 2 мм.
Образцам для технологической пробы и исследования
макроструктуры необходимо придавать такую же кри-
пн.шу, какую имеет соединение на свариваемом узле. При
(•парке кольцевых швов деталей толщиной более 2 мм
из алюминиевых сплавов диаметром менее 600 мм и из
легированных сталей и сплавов диаметром менее 300 мм
<бразпы рекомендуется изготовлять в виде замкнутого
Рис. 4). Способы разрушения образцов технологической пробы
кипьца диаметром, равным диаметру швов свариваемых
деталей. Это условие позволяет частично учесть качество
сборка деталей и шунтирование тока
Дли определения качества сварки образцы технологи-
ческой пробы подвергают разрушению. При этом устанав-
ливают с достаточной точностью диаметр литого ядра
ючкп пли ширину роликового шва, а также характер
риярупв-ппя сварного соединения. Существует несколько
CliocoCi в разрушения образцов технологической пробы
(рис. 'll). В случаях, приведенных па рис. 41, а—д,
рн ipyiiH'inic соединений происходит по зоне термического
и шпини плп по основному металлу (рис. 42, а, б, о) При
HtTiiiiixiiioM разрушении соединения измеряют глубину
иппднны или высоту выступающей части металла. Проплав-
ление нбршщоп технологической пробы считается удовле-
TIHipinv.iii.iii.iM, ес in составляет не мепее 30% его толщины.
Если образец технологической пробы имитирует сварное
1 75
Соединение более двух деталей, то разрушение выполняют
отдельно для каждой пары соединяемых деталей.
Для деталей малой и неравной толщины разрушение
со сквозным вырывом точек и швов не всегда свидетель
Рис. 42. Разрушенные образцы технологической пробы:
а — точечная сварка; б — роликовая сварка; в — кольцевая роликовая
сварка; г — рельефная сварка с использованием кольцевых рельефов; д —
окисная пленка в плоскости соединения (сплав ВЖ10<); е — алюминиевая
плакировка в роликовом шве сплава АМгб
ствует о нормальном проплавлении деталей, так как такой
характер разрушения возможен и при соединении типа
«склейки» (см гл. II). Постоянство размеров вырыва
технологической пробы (диаметр при точечной сварке
76
и ширина шва при роликовой) свидетельствуют о стабиль-
ности режима сварки. Если при скручивании одноточеч-
ных образцов технологической пробы (рис. 41, е, ж)
разрушение происходит со срезом в плоскости соединения,
то на изломе можно измерить диаметр литого ядра и обна-
ружить внутренние дефекты (поры и трещины). При этом
следует различать литую зону и пластический поясок
металла, окружающего ядра точки. Иногда, например.
па соединениях алюминие-
вых сплавов затрудни-
тельно определить грани-
цу литей зоны и пласти-
ческого пояска в изломе
точки. В таких случаях
рекомендуется протравить
металл в изломе составом,
используемым для травле-
ния макрошлифом свар-
ных соединений. Литая
зона в плоскости соедине-
ния должна иметь форму
окружности; может быть
допущена эллипсность
ядра при отношении осей
эллипса не более 2,5 : 2 и
условии соблюдения минн-
Рис. '1.3. Схема вырезки шлифов из
контрольных образцов:
а — точечная снарка; б — роликовая
сварка
мильных размеров литой зоны (см. табл. 1). Образцы тех-
нологической пробы иногда выполняют с использованием
деталей (рис. 42, в, г). Если при разрушении образцов
тс Апологической пробы роликовых швов вырыв отсутствует
и происходит расслоение металла в плоскости соединения,
то эго свидетельствует о наличии в зоне шва тугоплавких
окисных пленок или нерасплавившегося плакирующего
слоя алюминиевых сплавов (рис. 42, д, е).
Макроструктуру контрольных образцов исследуют для
определения размеров литой зоны точечных и роликовых
соединений, глубины вмятин от электродов (роликов),
и гпкже выявления дефектов в литой и околошовной зонах.
Шлифы для исследования макрострук!уры .изготовляют
ра срезкой контрольных образцов перпендикулярно по-
нгрхпости по центру сварной точки или вдоль и поперек
роликового шва (рис. 43). Разрезку образцов из сталей,
жцроирочпых и титановых сплавов удобно производить
норн питым отрезным кругом. Шлифы из образцов алю-
77
миииевых, магниевых и медных сплавов вырезают ножов
кой вручную или используют высокооборотные дисковые
пилы. При вырезке шлифов следует избегать сильного
нагрева и деформации металла. При разрезке пластин
необходимо предусматривать некоторый припуск па по-
следующую механическую обработку (шлифование и по
лирование). В противном случае поверхность окончательно
обработанною шлифа не будет совпадать с центром свар-
ной точки или серединой роликового шва (продольный
шлиф) и размеры литой зоны будут меньше фактических.
Посте разрезки поверхность шлифа, если требуется,
обрабатывают напильником, а затем шлифуют шкуркой.
Для выявления макроструктуры сварных соединений в це-
ховых условиях обычно достаточно последовательное шли-
фование на шкурках: №6, 3 н М-20. Поверхность шлифов
можно шлифовать с использованием абразивных кругов
на резиновой основе.
В отдельных случаях бывает необходимо исследовать
микроструктуру соединений. Для этого после шлифования
поверхность шлифов полируют на фетре, сукне или драпе
с использованием водяной суспензии окиси хрома и алю-
миния (1 -2 г порошка на 1 л воды). Шлифование и поли-
рование производят вращающимися кругами, на поверх-
ности которых закреплены обрабатывающие материалы,
или используют специальные станки для шлифования
и попирования шлифов моделей 3881 и 3881Б. После шли-
фования на поверхности шлифа не должно быть царапин,
рисок и других повреждений, которые при исследовании
структуры соединений могут быть приняты за дефекты.
После механической обработки на поверхность шлифа
наносят травильный раствор, состав которого зависит
от марки металла.
для алюминиевых сплавов — 45 мл соляной кислоты НО, 15 мл
азотной кислоты HNO3, 15 мл фтористоводородной кислоты HF и
25 мл воды;
для магниевых сплавов — 20 мл уксусной кислоты СН3СООН,
1 мл HNO3, 60 мл этиленгликоля и 19 мл воды;
для нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов — 3 части
НС1, I часть IINO3 и хлорная медь CuCls до насыщения раствора
(выпадения осадка),' травитель используют через сутки после при-
готовления:
для иизкоуглеродистых и низколегированных сталей — 4—5%-иом
растворе HNO3 в спирте;
для титановых сплавов — 20 мл HF, 20 мл HNO3 и 60 мл воды;
для медных сплавов — раствор 10 г персульфата аммония
(NH3)a SsO8 в 90 мл воды.
78
В цеховых условиях для шлифов нержавеющих и жа-
ропрочных сталей и сплавов удобно использовать электро-
литическое травление в 10%-ном водном растворе ща-
велевой кислоты или хромового ангидрида. Продолжи-
тельность травления, необходимого для выявления струк-
туры, устанавливают опытным путем. После травления
шлифы промывают проточной водой и сушат промока-
!<• 1'ьной бумагой или теплым воздухом. Причем необходимо
следить за тем, чтобы травитель, оставшийся в зазорах,
не вытравлял отдельные части шлифа, затрудняя тем
самым его исследование. При работе с травителем следует
строго соблюдать правила техники безопасности, ие до-
пуская попадания его на тело и одежду. Травители удобно
хранить в полиэтиленовой или полистироловой посуде.
После травления на шлифах должны быть четко видны
литая и околошовная зоны сварных соединений.
.Макроструктуру сварных соединений на макрошлифах
исследуют с помощью отсчетного микроскопа МПБ-2
(лупы Бринелля) или бинокулярного микроскопа МБС-2
прн 15—20-кратном увеличении, а также используют мо-
нокулярную лупу 10-кратного увеличения с мерными
делениями (I деление—0,1 мм). При этом определяют
диаметр или ширину литой зоны, проплавление, перекры-
тие литых зон при роликовой сварке, вмятину от электро-
дон (роликов) и в отдельных случаях зазор h между образ
нами. Расчетный диаметр ядра точки или ширину литой
топы роликового шва d измеряют на макрошлифах по
липни соединения (рис. 44) Если литая зона в плоскости
соединения имеет овальную форму (например, при одно-
i горопией двухточечной сварке с малым шагом), то за
расчетный d берется наименьшее значение. Эти размеры
ио должны быть меньше указанных в табл. 1. В случае
алюминиевых сплавов, когда на периферии литой зоны
находится иерасплавившийся плакирующий слой (см.
рис. 28), расчетный V/ не должен быть меньше 75% литой
пошл d' (рис. 44, б). При сварке трех и более деталей d
определяют раздельно для каждой пары соединяемых
деталей. Размер d должен быть не меньше указанного
а гибл. 1 для тонкой детали данной пары. Прн этом могут
встретиться случаи сквозного проплавления средней де-
тали (рис. 44, в) и иесквозного (рис. 44, г). В сварных соеди-
нениях из разноименных металлов с резко различными
фп 1пчеекими свойствами расчетный d определяют в со-
ишетствии с рис. 44, е.
79
Проплавление определяется отношением расстояния
от липин соединения до границы литой зоны а к толщине
детали б (рис. 44) и определяется отдельно для каждой
детали соединения
Рис. 44. Определение на макрошлнфе размеров литой зоны, вмятины
от э ектродов и зазора между деталями:
fl — детали равной толщины: б — плакировка на периферии литой зоны;
б, г — соединение трех деталей; д - детали неравной толщины; е — разно
именные металлы' ж — продольный шлиф роликового шва
Величина проплавления должна находиться в пределах
20- 80%. Для магниевых сплавов максимальное проплав-
ление допускается до 60%, для титановых — до 95%.
Кроме того, во всех случаях должно соблюдаться условие
SO
—fl—-100% sg 80 (где с—глубина вмятины). При сварке
деталей неравной толщины минимальное проплавление
кпждой из деталей может составлять 20% толщины тон-
кой детали соединения.
Величина вмятин от электродов (роликов) па наружной
поверхности деталей определяется отношением глубины
отпечатка к толщине детали. Вмятину измеряют отдельно
для каждой из деталей 100%; С» = -100%
О| “ оа
(рис. 44, д) Глубина вмятины от электродов при сварке
деталей с отношением толщин не более 2:1 не должна
превышать 15%. При отношении толщин более 2 : 1
при сварке в труднодоступных местах, а также при нали-
чии с одной из сторон плоского электрода вмятина может
увел ичиваться до 20— 25 %.
Величину перекрытия литых зон роликового шва опре-
деляют на продольном макрошлифе при наличии послед-
ней литой зоны как В 1--------100% (рис. 44). Если
па макрошлифах последняя литая $она роликового шва
отсутствует (например при вырезке шлифов из готового
сварного узла), то величину перекрытия невозможно опре-
делить точно. В таких случаях фиксируют лишь наличие
плп отсутствие перекрытия. Для герметичных роликовых
швов величина перекрытия должна находиться в пределах
20—50%. Большее перекрытие ухудшает свойства металла
сварного шва, снижает производительность, а в случае
алюминиевых сплавов может приводить к снижению
стабильности размеров шва из-за перегрева и деформации
металла.
На рис. 45—48 приведены типичные макроструктуры
точечных и роликовых сварных соединений. Большинство
металлов имеет в литой зоне относительно крупную столб-
чато-дендритную структуру со стыком дендритов на оси
симметрии теплоотвода. Высокопрочные алюминиевые
сплавы имеют на периферии литой зоны дендритную струк-
туру, у которой оси дендритов ориентированы в направ-
лении теплоотвода (рис. 45, а и 48, а). В центральной части
литом зоны наблюдается топкая равноосная структура.
При точечной н особенно роликовой сварке деталей
с отношением толщин более 3:1 и толщине тонкой детали
0,1 —0,5 лш возможно образование тороидальной литой
зоны (см. рис. 50). Внутри литой зоны обычно происходит
0 Б, Д. Орлов 81
сварка нагретого метал та в пластическом состоянии.
В случае роликовой сварки при соответствующей часто к1
включений тока и скорости вращения роликов образуются
перекрывающие друг друга тороидальные литые зоны,
обеспечивающие герметичность соединения. На шлифах
Рис. 45. Макроструктура точечных соединений равной толщины:
а — сплав Д16АТ; б — латунь Л62; я—титан ОТ4; г— сталь ЗОХГСА,
д — сталь ВНС5; е — сталь Х18Н9Т (односторонняя сварка)
таких соединений необходимо правильно оценивать ха-
рактер и размеры литой зоны, которые могут быть раз-
личными в зависимости от положения плоскости шлифа
по отношению к сварному шву (рис. 49).
При роликовой сварке деталей неравной толщины типа
сильфонов с арматурой прн толщине сильфона 0,15—
0,3 им могут встретиться случаи, когда литая зона рас
полагается полностью в тонкой детали и лишь выходит
82
J
I
Рис. 46. Макроструктура точечных соединений неравной тол-
щины:
и — сплав АМцАМ; б — сталь Х18Н9Т; в —- титан ОТ4; s — сталь
' - ЭИ654
Рис 47. Макроструктура сварных соединений разноименных
металлов:
и crut iHiJ ЩбЛТ и АМцЛМ; б—сплавы В95АТ и АМгЛМ; в—стали
XIH1IUT ц 30 X ГС А; г — стали ВНС 2 и В НС-5
83
<1*
Рис. 48 Макроструктура роликовых соединений:
а — сплап АМ16; ь — латунь ЛС2; в — сталь Х1ЯН9Т; г — сплав ЕТ15
Рис. 49. Характер макроструктуры
роликового шва при наличии торои-
дального проплавления деталей нерав-
ной толщины.
а — схема вырезки шлифов; б попереч-
ные сечения; в — продольные сечения;
е — сечение под углом 45°
2
84
к
Ufi границу с толстой деталью (рис. 50, г). Такие сварные*
швы обычно имеют необходимую прочность н герметичность
ечсг оплавления зерен металла в зоне соединения дета-
лей, а также взаимной диффузии, и могут быть признаны
Нормальными при условии герметичности соединений.
При рельефной сварке деталей с кольцевыми рельефами
Ш типа тулок, гаек штуцеров с деталями из листа образуется
Тороидальная литая зона. Контрольные технологические
W образцы для разрушения и исследования макроструктуры
Риг. 51. Схема определения размеров литой зоны при кольцевой
рельефной сварке (с) п макроструктура (б) соединения сплава
ВЖ98
пыполняют, используя детали с рельефом и пластины
ИЗ листа, в форме дисков (см рис. 42, г). Шлифы таких
соединений изготовляют разрезкой образцов по центру
дстилн с кольцевым рельефом. Таким образом на шлифе
ппблюдяются два сечения тороидальной литой зоны
(|нн 51, а). Сварное соединение состоит из литой зоны
шириной d и участков сварки металла в пластическом
85
состоянии и m2. Для сварных соединений нормального
качества (рис. 51, б) суммарная ширина литой зоны и
участков сварки в пластическом состоянии допжна быть
d + тг -- т2 1,56, где 6 — толщина тонкой детали,
при этом d 0,86 На одной из сторон макрошлифа может
быть допущена меньшая ширина литой зоны: d 0,36
при условии сохранения суммарной ширины соединения
не менее 1,56. Проплавление должно составлять не менее
20% толщины тонкой детали.
Рис. 52. Формирование литой зоны при сварке деталей неравной тол-
щины из разноименных металлов.
а — точечная снарка, стали ЭИ 703 и ВНС2: б - роликовая сварка, сплин
ЭИ435 и сталь Х1&Н9Т
На макрошлифах сварных соединений бывают видны
внутренние дефекты (поры, раковины и трещины), если
плоскость шлифа их пересекает. Поэтому, если на шлифе
не наблюдаются дефекты, то это еще не значит, что они
отсутствуют в литой зоне. Иногда на макрошлифе свар
ного соединения в литой зоне наблюдается пористость,
которую не удается устранить соответствующей корректи-
ровкой режима сварки (например при сварке сплава АМц).
Часто возникновение такой пористости па макрошлифе
является следствием повышенной избирательной травимо-
сти отдельных зон литого металла. В таких случаях реко
мендуется улучшить качество отработки поверхности шли
фа (применить полирование) и сократить продолжитель-
ность травления или уменьшить концентрацию травителя.
При сварке металлов с различными физическими свой-
ствами на жестких режимах расплавленный металл не
успевает перемешиваться и на макрошлифах соединении
наблюдаются характерные «завихрения», свидетельству-
ющие о неоднородности металла литой зоны (рис. 52, а).
86
Л пая зона таких соединений иногда не имеет правильной
геометрической формы, например при роликовой сварке
। пльфонов и арматуры из различных металлов (рис. 52, б).
Кнчество сварки в таких случаях считается удовлетвори-
тгльпым, если соединение герметично и па шлифе имеется
хотя бы небольшое взаимное проплавление деталей (5—
1(1%). В целях лучшей выявляемое™ дефектов и более
точного определения размеров литой зоны рекомендуется
структуру соединений, тонкая деталь которых имеет
толщину 0,1—0,3 мм, исследовать на микроскопе при
П(1 —100-кратном увеличении.
При рассмотрении макрошлифов сварных соединений
ряда сплавов, которые имеют легирующие элементы с резко
различными физическими свойствами, например высоко-
прочные алюминиевые и жаропрочные сплавы (Д16АТ,
AMiti, ЭИ696А), в литой и околошовной зоне видны не-
однородности металла или, так называемые «усы», которые
при небольшом увеличении часто принимают за трещины
(рис. 53). Усы образуются в области наибольших пласти-
ческих деформаций и представляют собой скопление ме-
тил ia, обогащенного легирующими элементами сплава
Образование «усов» носит межкрнсталлический характер
и происходит в результате совместного действия нагрева
и давления.
При роликовой сварке «усы» наблюдаются наиболее
отчетливо в металле детали, контактирующей в процессе
снарки с ведущим роликом машины, так как в этой- об-
nneiii имеют место деформации сдвига (рис. 53, а). Прн
i очечной сварке «усы» видны на периферии литой зоны
и в металле, примыкающем к пластическому пояску
(рис. 53, б). Металлографические и рентгенографические
исследования показали, что «усы» имеют литую эвтекти-
ческую структуру, которая ввиду повышенной трави-
мпгтп реактивами похожа на трещины. Если при металло-
। рафпческих исследованиях сварных соединений возни-
кните сомнения, то рекомендуется изготовить микрошлиф
и рассмотреть его при большом увеличении (рис. 53, в, г).
Неоднородности металла в виде «усов» хорошо видны
на мпкрорентгенограммах сварных соединений (рис. 54).
С помощью микрорентгенографического анализа установ-
лено, что в сварных соединениях сплавов Д16 и Д20
«усы» представляют собой металл, обогащенный медью
(ф|гп.1 СиА12 и CuMgAlJ, которая обладает большей плот-
ши изо для рентгеновских лучей, чем алюминий и поэтому
87
выявляется на рентгенограмме в виде белых прожилин
У сплавов АМг и АМгб металл «усов» обогащен магнием
(фаза Mg2Al3) и на рентгенограмме выявляется в виде более
темных участков, чем основной металл.
Исследования структуры металла сварных соединений
должны выполнять высококвалифицированные специа-
листы, во избежание ошибок в оценке качества соединений.
Рис. 53. Неоднородности типа «усов» в сварных соединениях:
а — Сплав АМгб; б —сплав Д16ЛТ; в—сплав АМгб (X 1000), г — сталь
ЭИ696А
«. г
Из ошибок наиболее распространены неправильное опре-
деление границ литой и околошовной зон, например
у сплавов титана (см. рис. 45, в), и величины вмятины
при сварке деталей малой толщины, когда между деталями
имеются большие зазоры. В последнем случае вмятину
целесообразно определять как разность толщины деталей
и расстояния от стыка деталей до поверхности углубления
от электрода. Кроме того, за несплошность металла часто
принимают «усы» и механические повреждения поверх-
ности макрошлифа (царапины, риски и т. п.). Во всех
88
спорных случаях, которые возникают при исследовании
мнкрошлифов сварных соединений при относительно не-
большом увеличении (5—20 раз), рекомендуется рассма-
трннать микроструктуру соединений при увеличении
И 300—500 раз.
Рис. Б4. Микрорентгенограммы сварных соединений:
а — сплав АК8; б — сплав Д16АТ
Контроль механических свойств
соединений
Основным показателем качества точечных
и роликовых соединений является нх высокая н стабиль-
ная прочность. Прочность соединений определяют путем
испытаний контрольных образцов на срез (разрыв) и
реже для точечных образцов на отрыв (см. ГОСТ 6996—66).
Образцы, предназначенные для механических испытаний
сварных соединений, должны быть идентичны свари-
ваемым деталям. Форма образцов для испытаний на срез
п отрыв приведена па рис. 55; размеры образцов указаны
в табл. 8. Величина нахлестки N образцов роликовых со-
единений берется’ по табл. 1.
Образцы для испытаний точек на срез в большинстве
случаев выполняют одноточечными (рис. 55, а). Возможно
также получение образцов путем разрезки многоточечного
соединения (панели). Многоточечные соединения выпол-
няю! с тем же шагом точек, что и сварной узел, при этом
учитывается эффект шунтирования тока. В отдельных слу-
чаях образцы для механических испытаний на срез можно
вырезать из готовых сварных узлов. Д1я определения
прочности соединений более двух деталей образцы вы-
А,
89
• Таблица б
Размеры сварных точечных образцов Для механических испытаний
на срез и отрыв
т Толщина образцов Образец для испы- тания на срез (см рис» 55, о) Образец Для испытания на отрыв (см. рис. 55 д)
в мм 1 Ъ I 1, d
о,3 15 75 —
0,5 15 75 —— — —
0,8 20 100 — — —
1,0 20 100 25 100 65 8
1,2 25 100 2© 100 - 65 8
1,5 25 100 25 100 65 8
2,0 25 100 25 100 65 8
2,5 30 125 30 125 75 10
3,0 30 125 30 125 75 10
4,0 40 150 40 125 75 10
5,0 50 150 50 150 ПО 12
6,0 50 200 50 150 НО 12
7,0 60 200 60 150 НО 12
Примечание. При толщине металла до I.-mjm испытание точек на от-
рыв рекомендуется производить ла П-образных образцах (см. рис. 55, е).
У . Рис’55.’Образцы для механических испы-
г---------rm------------1 таннй точечных и роликовых соединений:
I---------' а, б, е — на срез (разрыв), г — на разупроч
--,~"тт . —1 всиве: и с — на отрыв
' б
90
нплпшот как показано на рис. 55, б. Прочность на срез
определяют для каждой пары сопряженных деталей.
Образцы роликовых соединений изготовляют либо неиз-
менной ширины, либо с увеличением ширины на концах
(рис. 55, в). Последняя форма образцов рекомендуется
длн роликовых соединений, прочность которых близка
к прочности основного металла. Образцы неизменной
ширины в таких случаях могут разрушаться в зажимах
испытательной машины н результаты испытаний не будут
Ш>к)|:1ателы1ыми для сварного соединения.
111и>гда, если требует конструкция сварного узла,
пинример емкость с внутренними профилями жесткости,
проводят испытания образцов роликовых связующих
соединений с накладкой (рис. 55, г), которые позволяют
установить степень разупрочнения металла в месте роли-
кового шва. Образцы роликовых соединений имеют ширину
15 30 мм (в зависимости от толщины металла) изготав-
.iiiinaiiiT их разрезкой панелей шириной 200—250 мм.
При испытании контрольных образцов па срез (раз-
рыв) наличие нахлестки обусловливает эксцентричное
приложение нагрузки, в результате происходит изгиб
образца и на сварную точку или роликовый шов кроме
усилия среза действует отрывающее усилие. Величина
\inrn6a, а следовательно, и усилие отрыва зависит от
жесткости образца в месте соединения; так, с увеличением
ширины образца при неизменных размерах литой зоны
усилие отрыва уменьшается и практически возможен
чистый срез. Однако при указанных выше форме и разме-
рах образцов полное отсутствие изгиба в результате испы-
тания иа срез обычно свидетельствует о низкой прочности
соединения (малых размерах литой зоны или хрупкости).
При испытаниях на срез сварные точки разрушаются
кик со срезом литого металла, так и с вырывом ядра (сквоз-
ным пли несквозным) из основного металла. Со сквозным
нырыпом обычно разрушаются сварные точки более пла-
тинных металлов, например алюминиевые сплавы АМц,
ЛМг, а также образцы малой толщины (0,3—0,8 лш).
Точки металлов, имеющих высокую прочность, разру-
шнются со срезом. Однако четкого разграничения по ха-
риктеру разрушения одноточечных образцов нет и в аа-
ипс'пмости от размеров литой зоны, ширины образца и
нпхлестки, а также общей жесткости соединения могут
быть <-pe:i или вырыв точек. Если образцы точечных соеди-
нений разрушаются со срезом, то в изломе можно измерить
< 91
диаметр литого ядра, а также обнаружить внутренние'
дефекты: трещины, поры и выплески. Разрушение одного
чечных образцов по основному материалу свидетельствуci
о недостаточной ширине образца и не позволяет судить
о прочности сварной точки.
При установке образцов в зажимы испытательноп
машины необходимо следить за тем, чтобы не было пере-
коса оси образца по отношению к оси действия нагрузки
Рис. 56. Зависимость прочности образцов толщиной 1,5+ 1,5 мм от
эксцентриситета разрушающей нагрузки:
а — одноточечные образцы / — АМгб, 2 — Д16АТ, 3 — АМцАМг б — ро-
ликовые образцы, АМгб
цов. В результате происходит эксцентричное приложение
нагрузки и на сварную точку кроме усилия среза дей-
ствует скручивающий момент, что приводит к получению
заниженных результатов испытаний.
На рнс. 56, а приведена зависимость разрушающей
нагрузки точек различных алюминиевых сплавов от экс-
центриситета нагрузки. В образцах были просверлены
отверстия, расстояние оси которых а от оси образца изме-
нялось в пределах 0—15 мм. Наибольшее снижение раз-
рушающей нагрузки наблюдалось у точек сплава Д16АТ,
литая зона которых имеет низкие пластические свойства;
у сплава АМцАМ разрушающая нагрузка точек практи
чески не уменьшалась Аналогичное исследование было
проведено для роликовых соединений сплава АМгб При
92
том установлено значительное снижение прочности соеди-
нении при эксцентричном приложении нагрузки (рис
Ah, fi) вследствие неравномерности напряжений, действу-
ющих по сечению образца. Испытания на разрыв образцов
роликовых соединений, у которых ось шва была не пер-
пендикулярна (до 20°) оси образца (линии действия на-
грузки), не выявили какой-либо существенной разницы
н шячспиях разрушающих нагрузок даже для относи-
Н’лыю малопластичного сплава А.Мгб.
В результате проведения большого объема механиче-
ских испытаний точечных и роликовых соединений уста-
новлено, что их прочность определяется размерами литой
пипы п свойствами литого металла и околошовной зоны.
Пнлбольшее влияние на прочность точечных соединений
инн нлнает диаметр литого ядра в плоскости соединения.
Прочность точек на срез возрастает примерно пропор-
ционально площади литой зоны. Прочность роликовых
(«единений на срез (разрыв) в меньшей степени зависит
in ширины литой зоны d и не увеличивается, начиная
г <1 (1,5—2) 6, где 6 — толщина топкой детали. Ролико-
вые соединения при испытании на срез разрушаются по
Г|1П11пие литой зоны или по основному металлу. Разруше-
ние роликовых соединений со срезом свидетельствует об
t^vvivihiiH литой зоны шва или ее малой ширине.
- Установлено, что с увеличением толщины образцов
прочность роликовых соединений малопластичных метал-
лик снижается. При изменении толщины от 1 до 3 мм
прочность роликовых швов алюминиевых сплавов сни-
жается: на 17% для сплава АМгб, на 36% для Д16АТ н
ни 17% для Д20АТ. Прочность роликовых соединений
11лпгтпч.1ых металлов (Х18Н9Т, АМцАМ, АМгАМ) с из-
менением толщины практически не изменяется.
Дли большинства металлов режим сварки (жесткий или
мягкий) при условии одинаковых размеров литой зоны
пс.оккзывает существенного влияния на прочность соеди-
нений Исключение составляют металлы, обладающие
пшенкой чувствительностью к термическому циклу сварки,
к результате которого возникают структуры закалки
I СА, ЭИ659, 12Г2А и т. п.). Прочность этих металлов
u>im<iii сельпо зависит от режима сварки и последующей
'Гнрмпчеедоп обработки.
1Iciii.it.пшя сварных точек на отрыв выполняют на
прел сообразных и П-образных образцах (см. рис. 55),
при этом в зоне соединения всегда происходит изгиб пла-
. ' , 93
i
стин, который уменьшается с увеличением жесткости об
разцов (П-образных образцов), например ростом толщины
металла. Поэтому точечные соединения разрушаются не
только от усилия отрыва, но и от напряжений изгиба прн
деформации образцов в процессе испытаний. При испы
танин па отрыв разрушение в большинстве случаев про-
исходит со сквозным вырывом металла по околошовной
зоне; реже встречается несквозпой вырыв, например у об-
разцов значительной толщины (более 4 лом), и с небольшим
проплавлением (15—30%). Однако характер разрушения
соединений практически не влияет на величину усилия
отрыва (прочность) сварных точек.
В табл. 9 и 10 приведены средние разрушающие усилия
сварных точек на срез и отрыв для соединений различных
металлов. Испытания проводили па образцах, форма и
размеры которых указаны выше.
Таблица 9
Средние разрушающие усилия сварных точек на срез в кге
о
0,3
0,5
о,е
1,0
1,5
2,0
3,0
3
3,5
4
4,5
6,5
7,7
9,7
140
240
485
700
1380
1930
3050
158
275
545
770
1585
163
282
565
795
1680
2300 2370
3450(3525
175
310
625
875
1810
2530
3610
180
330
640
895
1865
2590
3695
150
275
540
730
1480
2210
2950
65 27
‘ 145
280
395
775
1170
1730
60
130
170
270
425
680
33
70
43
91
176
265 160
463
695
1195
320
415
770
118
200
405
580
1167
1625
2550
В сварных узлах роликовые соединения, как правило,
имеют высокую жесткость (например, цилиндрические
емкости) и поэтому работают без изгиба, практически па
чистый срез. Поэтому результаты испытаний плоских
контрольных образцов роликовых соединений па срез
всегда будут существенно ниже, чем прочность швов
в реальных сварных узлах. Чтобы исключить влияние
изгиба при испытаниях контрольных образцов, повышают
их жесткость в зоне соединения, используя специальную
скобу (табл. 11). Характер разрушения швов прн таких
испытаниях не изменяется, скоба не увеличивает прочность
94
Таблица 10
(Зрмишг |ia |ру|иак>|цие усилия сварных точек на отрыв в кге
п £ КГ вГЕЛ. Средний диаметр ядра | .и.ч X18Н9Т о ЛМгЗ 5 В95ЛТ MAS
<i,;i 3,0 125 38 11
<1,1, 3,5 190 60 18 23 20 — •
(IH 4.0 385 135 35 40 45 25
1 0 4,5 575 200 48 65 60 40
1.2 5,5 785 290 80 105 100 75
и> 6,5 1150 475 100 145 140 100
2,0 7,5 1660 765 170 240 230 200
а.а 9,5 2550 1210 450 520 485 355
4.0 13,0 3340 -—- — 890 770 .—
6.0 15,0 — -— — 1270 1140 —
1.0 17,0 — — *— 1860 1770 —
И не препятствует разрушению образца, а устраняет лишь
₽(<» изгиб. Повышение прочности наблюдается при любом
унгличеппи жесткости образцов в зоне роликового шва.
lliiiipiiMcp, прочность соединений увеличивается при
। пирке двух швов с перекрытием или на некотором рас-
........... друг от друга.
II табл. 11 приведены сравнительные данные о проч-
ности роликовых швов алюминиевого сплава АМгбН при
Лычных испытаниях плоских образцов, образцов со ско-
fii Й в двумя швами. Из приведенных данных видно, что
НрИ устранении изгиба образцов (сварке двумя швами
f расстоянием 10 мм) прочность на срез (разрыв) практи-
чески равна прочности связующих соединений с наклад-
ной. Роликовый шов в связующих соединениях (см.
рис, 65, .’) несколько разупрочняет основной металл за
счет образования литой структуры, прочность которой
Ниже прочности деформированного металла проката. Сте-
пень разупрочнения металла в зоне сварки зависит от
*||"111Ч111н.1 проплавления. В табл. 12 приведены разруша-
Iiiiiii»- напряжения на растяжение роликовых связующих
tiipjiiiiiriiiiii некоторых алюминиевых сплавов. С увеличе-
нием толщины листов наблюдается некоторое повышение
Прочности, так как несколько уменьшается отношение
ИЫС(Ч'Ь) литой зоны к суммарной толщине образцов.
95
Таблица II
Предел прочности роликовых соединений сплава ЛМгбН (о„ =
= 38 кЛГмм-) толщиной 3,8-]- 3,8 мм на срез (разрыв)
Тип соединения, условия испытаний
Предел прочности в кгс}мм
23,0
29,0
23,5
29,0
30,0
30,4
Таблица 12
Разрушающие напряжения на рас яжение роликовых сварных
соединений с накладкой в кгс!мм*
Толщина образца в мм Средняя ши- рина литой ; ЗОНЫ П ММ Д16ЛТ : ’лмгбн ЛМцАМ Толщина образца в мм Средняя ши- рина литой ЗОНЫ S мм Д16АТ АМгбН АМцЛМ
0,5^ 3,0 22,8 24,0 11 2,0 7,0 28,0 27,8 11.9
0,8 3,5 24,9 24,9 11,3 2,5 8,0 28,5 28,3 11,9
1.0 4,0 26,1 25,7 11,6 3,0 9,0 29,3 29 11,*>
1,5 6,0 27,3 26,5 11,6 4,0 11,0 32 30,5 —
96
Впжным показателем механических свойств сварных
спгдинсипй является их пластичность. Пластичность со-
Pjliiiii-iiini зависит от свойств основного металла и'лишь
для немногих металлов (закаливающихся сталей) от ре-
жима сварки и термической обработки.- Пластичность
роликовых соединений может быть оценена отношением
прочности образцов на срез (разрыв), испытанных с из-
1цГн1м в месте соединения,
н прочности образцов, у ко-
inpux изгиб отсутствует,
например образцов, кото-
рые испытывали со специ-
ильпоп скобой (табл. 11).
'Гикое отношение для спла-
йн АМгбН составляет 80%,
я для пластичных метал-
лнн. например XI8H9T,
АМц около 100%.
1Ьшстичиость точечных
соединений характеризует-
ся отношением прочности
niiipnoii точки на отрыв
к сг прочности на срез.
bhi> отношение для свар-
ных точек закаливающихся
стилей, титановых и высо-
Копровных алюминиевых
Рис. 57. Мнкротвердость металла
парной точки сталей ЭИ654 и
ЗОХГСА толщиной 1,5 4- 1,5 мм
в сечении I—/:
СИЛ11ПШ1 Па.ХОДИТСЯ В пре- / — без термической обработки; 2 — с
дел и х 25 -30 %; дл я нержа- °б₽а1°™°я °
пгннцпх сталей и жаро-
прочных сплавов, которые обладают большей пластич-
иштыо, в пределах 40—80%.
О пластичности точечного соединения можно также
судить по величине микротвердости металла литой и око-
.'luiiuiiiiiui'i зоны, измеренной на поверхности шлифа свар-
ной точки
Ни рис. 57 приведены результаты измерения твердо-
rin металла макрошлифа сварной точки нержавею-
щей стили ЭИ654 и низколегированной закаливающейся
пили ЗОХГСА. Сварку выполняли без термической об-
работки и с термической обработкой соединения в свароч-
ной Мишине (двумя импульсами тока). В первом случае
М1111<,нмал1.п.чя твердость металла околошовиой зоны стали
.‘111XIСА составляет 575 ед. и отношение прочности отрыва
f I Д 97
к прочности среза точек ( Р?'р) не превышает 0,2’.',
во втором случае получается более пластичное соединение
с твердостью околошовиой зоны 425 ед. и отношен ш-м
не ннже 0,35
\ ‘ср /
Механические свойства точечных соединений и, в пер
вую очередь, их пластичность могут быть оценены и<>
результатам испытаний па скручивание. Для этой цели
изготовляют крестообразные образцы, аналогичные <ю
разцам для испытаний точек на отрыв (см. рис. 55, </)
Рис. 58. Испытание сварных точек на скручивание:
а — установка образца в испытагельЕгоЛ машине; б— зависимость кру
тящего момента от угла поворота
Образцы помещают в специальные захваты, которые уста-
навливают в зажимы машины для испытаний на кручение
стержней круглого сечения (рис. 58, п). При иснытанш
записывается диаграмма зависимости крутящего мо
мента Мкр от угла поворота <р приводного зажима машины
(рис. 58, б). По диаграмме определяют угол поворота <(,,
от начала пластической деформации литого металла ядра
(точка а) до точки Ь, соответствующей максимальному кру
тящему моменту Мкр.„. Угол <рк характеризует в данном
случае способность металла ядра сварной точки к пласти
ческой деформации. По известному Мкр,в можно вычи-
слить максимальное касательное напряжение среза т„
= * (где — диаметр литого ядра точки).
Приведенная формула учитывает пластическую де
формацию металла при следующих условиях: размеры
98
1‘1>Чг111|(| и процессе нспьтания постоянны и сечение среза
плоское. При испытании сварных точек указанные усло-
вии иптоматичсскн выполняются: диаметр ядра не изме-
нится, а сечение, по которому происходит срез, практи-
чгскп плоское. Так как сечение среза (сечение ядра)
1МЧ лгтся и процессе испытаний неизменным, то по приведен-
ной iiiiiiue формуле определяется не условное (как при испы-
ТйИпп па кручение круглых стержней), а истинное вре-
менное сопротивление металла ядра срезу, которое прак-
in'irrKn не зависит от диа-
Mt'ipii лигой зоны сварных
Точек и толщины образцов
одного п того же металла.
111 приведенных в табл.
1.1 данных видно, что зна-
»1«’пня ip* хорошо согласу-
штгн с отношением .
1 ср
Яго подтверждает то, что
инпчеппе угла закручива-
I ни <|л может быть исполь-
допнно для сравнительной
опенки пластичности то-
'|Щ||ц||х сварных соедине-
ний при одних и тех же
| 11IMcpaX литой зоны.
Результаты испытаний контрольных образцов на срез
(pHipbiii) сравнивают с минимально допустимыми раз-
рупппощими усилиями точек и роликовых швов, которые
усгниоилспы для минимальных размеров литой зоны
(тибл. I) и с учетом возможной нестабильности техиоло-
I ii'iiTiHira процесса сварки.
Минимально допустимые усилия, приведенные в табл.
И— IG, получены путем статистической обработки резуль-
Типш испытаний большого количества образцов, которая
Пиши шла установить предельные отклонения разруша-
ющих усилий от среднего значения. Для этого по резуль-
tuiflM механических испытаний сварных точек на срез
Строили нормальные кривые распределения образцов по
Величине разрушающих усилий. На рис. 59 в качестве
Примера приведена гистограмма распределения образ-
ной / и теоретическая кривая 2, построенные по резуль-
IK1HM испытания на срез 100 одноточечных образцов из
шлпна Д16АТ толщиной 1,5 4-1,5 мм.
Таблица 13
Временные сопротивления среза тв
и максимальный угол
закручивания <рк сварных точек
некоторых метал ов при толщине
образцов 1,5-*- 1,5 мм
Металл V К2С]ММ* в град р стр РСР в %
Л62 24 30 35—37 75—80
Д16АТ 18—23 2—4 27—30
MAS 9—11 3—3,5 29—34
X18I19T 52—58 23—27 60—66
ЗОХГСА 77—83 4—5 30—33
Сталь 20 36—42 18-20 50—55
99
Приведенные расчеты и кривые распределения обр;и
цов показали, что предельные отклонения ±3S от сред-
него значения разрушающего усилия сварных точек при
прочих равных условиях в основном зависят от стабиль
ности параметров режима, определяемой типом машины.
Рис. 59. Гистограмма (/)
и теоретическая кривая (2)
распределения одноточеч-
ных образцов по величине
разрушающих нагрузок
на срез
Таблица И
Минимально допустимые разрушающие усилия сварим < точек
и роликовых швов при статическом срезе для сталей, жаропрочных,
титановых и медных сплавов в кге (плоские образцы)
Толщина тонкой детали в .им Предел прочности основного металла (в иеупрочненном состоянии) в кге/мм* Прочность ролико- вого шпа от прочно- сти ос ков кого ме- талла в «еунрочнеи- ном состояния в % не менее
$ V b 03 > "о > 0» 09 > > 0S О V О V S 3 V е> V 06 > > и & Л ь“
0,3 0,5 0,6 0,8 1 1,2 55 95 105 185 260 365 80 140 155 275 385 525 100 175 195 345 485 655 115 200 220 395 555 750 130 230 255 455 635 855 145 260 290 520 730 990 160 280 310 590 825 1150 90
1.5 2 530 775 760 1100 950 1370 1100 1550 1260 1770 1450 2000 1600 2250 80
2.5 3 1000 1200 1400 1700 1800 2150 2000 2400 2300 2750 2550 3100 2850 3450 70
100
Таблица 15
MiMiiiMiuibixi допустимые разрушающие усилия сварных точек при
киническом срезе для алюминиевых и магниевых сплавов в кгс
(HxiKkiic образцы)
1 НДЩ1 ИИ iiii<iii>n ДМ (Mill 1> « |1| ди III* ШИ! II «« Мп ни- мальмый дмаметр ядра точки II мм Предел прочности алюминиевых сплывав в кес/мм* Предел прочно- сти маг- ниевых сплавов 24-30 кге/мм?
а, <13 13 < о„ < <2§ 20<ав< < 32 О . > 32
11,1! 2,5 10 15 30 35 —
ИЛ 2,5 15 20 40 50 —-
О.Г> 3,0 35 45 55 70 50
11.Г. 3.0 45 55 65 85 60
(1,Н 3,5 75 95 105 125 100
1.» 4.0 100 130 140 160 140
1.2 5,0 130 170 180 220 190
1,П 6,0 165 230 250 330 270
1,Н 6,5 195 270 295 385 315
2.0 7,0 235 345 385 480 350
2,Г> 8.0 315 430 540 670 400
;i,o 9.0 360 490 650 890 550
:i,n 10,5 485 670 880 1190 710
-i.o 12,0 650 850 1100 1500 850
0.0 14,0 1100 1350 1875 2600 1250
11,11 16,0 — 1825 2550 3450 1700
7.0 18,0 — 2200 3050 4150 2000
Таблица 16
Минимально допустимые разрушающие напряжения на статический
f|iri (рн тын) роликовых швов в процентах от ов алюминиевых сплавов
R л -г / «л1 (плоские образцы)
!н'иди н,1 tiiiiiinH Д(-1 пли Н « 1Н«ДП 11МШ и в WH Мини- мальная ширина литой •ЮНЫ II мм Предел прочности алюминиевых сплавов u к^с/мм3 Предел прочности магниевых сплавов 24-30 кге/мм*
Ов<!5 Си Л Л Л 23<ав< < 32 <тв&з2
11.3 100 100 90 70 —
II,п 3,0 100 100 85 65 —
1),Н 3.5 100 100 80 60 65
1,11 4,0 100 100 80 60 65
1.2 5,0 100 100 75 55 60
1.0 6,0 100 100 75 55 60
1.8 6.5 100 100 75 50 55
У.11 7,0 100 100 70 45 55
2.5 7,5 100 100 65 40 50
3,0 8.0 100 100 60 40 50
3,0 9.0 100 90 55 40 —
4.1 10,0 100 90 50 35 -—
5,(1 12,0 100 90 45 30 —
101
на которой выполнена сварка данной партии образцов
Это особенно существенно при сварке алюминиевых
сплавов. Так наибольшее отклонение ±35 — 22,3% было
получено для машины МТП-200; значения ±35, равные
соответственно 18,7% и 13,8%, были получены для ма
шин МТПТ-400 и МТК-75. Причем вероятность получения
сварных точек с большими отклонениями составляла
0,3%. Измерения d сварных точек разрешенных образцнн
также показали соответствующие колебания размеров
литой зоны. Для сталей жаропрочных и титановых спла
вов величина ±35 в меньшей степени зависит от типа
сварочного оборудования и находится в пределах 8—13"А
На основании обработки результатов испытаний образ
нов минимально допустимые разрушающие усилия свар-
ных точек на срез устанавливали как средние усилия то-
чек с минимальным d (см. табл. 1) минус предельное от
клонениё ±35. Предельное отклонение ±35 — 25% было
принято для точек алюминиевых и магниевых сплавов,
для сталей и других сплавов 15%.
При механических испытаниях прочность точек и ро-
ликовых швов не должна быть меньше указанной
в табл. 14—16 для тонкой детали соединения. Для соедп
нений из разноименных металлов минимально допустимые
разрушающие усилия принимают по металлу меньше i
прочности (<гв в неупрочиенном состоянии). Предел проч
ности основного металла с0 берут из технических условий
на поставку металла или устанавливают в результат
испытаний стандартных образцов на растяжение по
ГОСТу 1497—61. В производственных условиях разброс
результатов механических испытаний контрольных об-
разцов, характеризующий стабильность процесса сварив
определяют как отношение Рпих ~ Р'г'" -, где Рпах, Рш1„,
Ррс— соответственно наибольшее, наименьшее и среднее
разрушающее усилие точек (швов} в данной серии образ
цов. Можно считать, что сварка выполняется достаточно
стабильно, если разброс результатов испытаний не пре-
вышает для алюминиевых и магниевых сплавов 0,45 (ТЭС)
и 0,25 (РЭС), для сталей и других сплавов 0,3 (ТЭС.)
и 0,2 (РЭС). Однако по мере совершенствования техноло
гии сварки и оборудования приведенные значения макси
мально допустимого разброса должны быть уменьшены.
Большой разброс результатов механических испытаний
контрольных образцов может явиться следствием иепо
102,
ртиннствп размеров образцов (ширины нахлестки, смеще-
нии точек от оси, перекоса осей), а также неправильной
!|i Пшонки образцов в зажимах испытательной машины.
Ъч1имевдуегся сварку контрольных образцов выполнять
С Помощью приспособлений (шаблонов), обеспечивающих
Идентичность их размеров. Если в результате испыта-
ний d (при срезе точек) или вырыв точек имеют постоян-
ные размеры, а значения разрушающих усилий суще-
ственно различаются, значит в чем-то не соблюдается
ндеп'1 ичпость испытаний (в размерах образцов или усло-
Niiiix).
В зпвисимости от конструкции сварного узла и условий
Pi o работы иногда проводят испытания сварных соединений
Нй угол загиба. Эти испытания обычно производят как
Сршшительпые в процессе разработки технологии сварки
ИЛИ последующей термической обработки сварного узла
дин оценки пластических свойств и степени разупрочне-
ния металла зоны сварки. Их целесообразно выполнять
дли связующих соединений металлов особо ч у ветвите чь-
ими к термическому циклу сварки (закаливающих сталей),
««пример, когда к корпусу сосуда, работающего поддавле-
ИИРМ, присоединяют с помощью точечной или роликовой
СЙнркп элементы жесткости. Для испытаний на угол
щц nfln используют образцы связующих соединений (см.
риг. Г>5, г); для проведения испытаний используют данные,
ррппедепиые в ГОСТе 6996—66. В зависимости от того,
ИНК рпботают сварные соединения в узле, изгиб образца
Нгдут и сторону накладки или от нее (см. рис. 55, г).
Величина проплавления образцов некоторых металлов
уки пинает влияние на угол загиба; с ростом проплавления
Последний уменьшается. При испытании на угол загиба
Т(нп'чпых образцов стали ЗОХГСА толщиной 3 + 3 мм,
выполненных без термической обработки и с ней, средний
Р’ОЛ апгпба соответственно составил 55 и 100°,
Ви многих конструкциях точечные и роликовые соеди-
нении испытывают циклические (динамические) нагрузки
Низкой н высокой частоты. В связи с этим при отработке
фирм iпирных элементов конструкций образцы испытыва ет
НА шшториую статику (статическую выносливость) и
усталое it,. При действии циклических нагрузок большое
Клинике па прочность соединений оказывает концентрация
iluiipii женин на границе околошовной и литой зон металла
К результате резкого изменения формы сечений, пере-
Дйющпх нагрузки. Наибольшая концентрация напряже-
103
пий возникает от изгиба образца вследствие эксцсн।pi
ситета нагрузки. Поэтому цик шческая прочность завис! i
от конструктивных форм соединений, особенно от жпч
кости соединенных элементов. Для того чтобы по резу.'н
татам испытаний на циклическую прочность контрольных
образцов можно было судить о прочности сварных соедн
нений в реальных узлах изделий, необходима стр<и ш
идентичность образцов сварным элементам конструкции
С целью получения сравнительных данных о цик и
ческой прочности точечных и роликовых соединении р.п
личных металлов, а также для оценки влияния технолш i
ческих факторов испытания выполняют на птоских о<>
разцах, аналогичных контрольным образцам, исполыуе
мым при испытаниях на статический срез (рис. 55) Длин,
образцов для циклических испытаний обычно па 15—25“.>
больше, чем образцов для статического среза (разрыи.т)
Для исключения зависимости циклической прочности <)
качества механической обработки образцов, шерохона
тость их поверхности должна быть ие ниже 6-го класса
чистоты ГОСТа 2789—59.
Испытания на статическую выносливость и усталое и
обычно выполняют при асимметричном осевом растяжении
с коэффициентом асимметрии цикла 0,1. Частота нагрулч
ний при испытаниях па статическую выносливость со
ставляет 10—15 циклов в минуту, на усталость— 2000
2500 циклов в минуту. Циклическая прочность опреде
ляется верхним пределом нагружения, соответствуют! м
заданному числу циклов (база испытаний). Испытании
сварных образцов для определения статической выноелп
вости проводятся на базе 2 104 циклов, а усталости ы
базе 10’ циклов и характеризуются кривыми вынослива ш
и усталости в координатах, максимальная нагрузка (ни
пряжение) число циклов. При испытании обрати н
точечных соединений циклическая прочность может бы >.
выражена напряжением в листе (в кге/мм2) или нагрузкой
(в кге) на точку; в случае роликовых соединений — только
напряжением в листе.
Разрушение рабочих соединений при испытаниях u ।
статическую выносливость такое же как при статнчссл х
нагружениях При усталостных нагрузках рабочие сое ш
нения обычно разрушаются вблизи границы литой зон ।
Началом разрушения являются трещины, возникающие
на границе стыка листов в околошовной зоне и развнп г
ющиеся в направлении внешней поверхности обрати >.
104
II гибл. 17 приведена устаюстная прочность точечных
и рпликовых рабочих соединений некоторых металлов,
^пилш'тпая прочность в среднем составляет 5—10%
Пйтпчсской прочности на срез аналогичных соединений,
итереспо отметить, что усталостная прочность остается
нриигпческп неизменной при значительных колебаниях
диаметра литого ядра точки. Усталостная проч-
HWlii одноточечных образцов различной ширины практи-
чески одинакова несмотря на то, что соединение разру-
шается нс от среза точки, а по листу. Это объясняется
ПрГ icji усталости точечных и роликовых соединений
Таблица 17
Мил СМ Г КН Размеры образца в мм Металл Предел усталости
Ширина Толщина ю кгс/мм* и кгс
40 3 МД8 0,55 66
25 1,5 АМгб 1,6 60
30 1,5 Д16АТ 2,0 90
20 0,6 ВНС2 5.0 60
25 1,0 ВНС2 4,4 ПО
25 1,5 ОТ4 2,1 80
20 1,5 ВТ1Д 2,5 75
25 1,5 ВТ5Д 1,9 70
25 0,8 XI8H9T 2,7 55
Т»(, 25 1,5 Х18Н9Т 2,25 85
30 1,5 ЭИ654 2,7 125
25 0,8 СН2 4,0 80
25 1,5 СН2 3,0 НО
25 1,5 ЭИ696А 4,3 130
25 1,5 ЭИ437Б 4,0 150
27 1,0 ЭИ659 3,7 100
26 2,0 ЭИ659 2,7 140
25 1,5 ЗОХГСА 3.3 125
. 30 3,0 ЗОХГСЛ 3,0 275
а**- 25 2,0 12Г2А 4,0 200
1,0 АМгб 3,0
3,0 АМгб 2,0
1.5 ВТ1Д 5,0 —
1,5 ОТ4 5,3
1,5 ВТ5Д 6,0
1.5 Х18И9Т 7,0
1,5 ЭИ654 5.0
1,5 ЭИ696А 4,5
1.5 ЭИ437Б 6,0
105
преобладающим влиянием концентрации напряжении
(а не сечением образцов) на усталостную прочность раб<>
чих соединений. Поэтому результаты усталостных испы-
таний одноточечных образцов различной ширины еле
дует сравнивать по нагрузке на соединение (в кге), а не
по напряжению в образце (кге/лм2). Усталостная проч
ность связующих соединений (образцов типа, приведен
иого на рис. 55, г) определяется в основном усталостной
прочностью основного металла и составляет от нее в сред
нем 70—80%, а от предела прочности од составляв)
20—25%.
ГЛАВА V
ИЗМЕРЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ
РЕЖИМА
Основные параметры
Основными программируемыми параме-
трами процесса точечной или роликовой сварки являются
Тик, усилие сжатия электродов, продолжительность их
действия и геометрия рабочей поверхности электродов.
Ппрпмстры процесса, как принято, будем считать задан-
ными, если они указаны для единичного цикла формнро-
iHHiiiM отдельной сварной точки как в случае точечной, так
II роликовой сварки. В связи с тем, что получение сварного
Ипгдииеиия с заданными прочностными свойствами, в боль-
Ilniui'Tiie. случаев, тождественно получению соединения
I' шляпными размерами зоны расплавления, диаметр
ядра и проплавление будем применять в качестве крите-
рия качества процесса. Это позволяет исключать из рас-
смотрения конструкцию сварного узла, металлургические
<Н'< Леиности формирования соединения и т. п.
11 шестио, что при роликовой и точечной сварке воз-
можно достаточно большое сочетание величин тока и уси-
лии, которые удовлетворяют задаче формирования литого
ИДрп с заданными размерами. Эго свидетельствует о том,
Что Иираметры процесса неоднозначно зависят от свойств
синрииаемого металла и его толщины. Их величина и поле
Допуски зависят от режима сварки и применяемого обо-
Сиппя В ряде случаев именно оборудование пред-
еляет режим сварки. При всех прочих равных усло-
виях, как стабильность свойств металла, качество его
liiijiionniKii, идентичность электродов и др., наиболее
С1ибил1.иыс результаты ио сварке многих металлов по-
Дучяипся па машинах, работающих с использованием
Энергии, запасенной в конденсаторах. Если режимы
ГПпркп. характерные для конденсаторных машин, приме-
тни при снарке на низкочастотных машинах, то резуль-
Тй1ы Пуду г нестабильными. Допуск на разброс величины
Гпкй п продолжительность его действия, автоматически
107
заданные исходя из режима сварки на конденсаторной
машине, не могут быть выдержаны при сварке на низко
частотной машине. Поэтому для ослабления тесноты связи
с размерами ядра тех параметров процесса, которыми
в данной ситуации точно управлять не удается, режим
сварки изменяют, удовлетворяя минимальным требова-
ниям, предъявляемым к качеству. В приведенном примере
нестабильность амплитуды тока и продолжительности
его действия компенсируется тем, что переходят к мягким
режимам, т. е. снижают несколько амплитуду тока и уве-
личивают продолжительность его действия. Такое изме-
нение не является улучшением, несмотря на увеличение
допуска на амплитуду тока и продолжительность его дей-
ствия, так как более жесткими становятся требования
к другим параметрам процесса, например к геометрии
рабочей поверхности электродов. Кроме того, увеличи-
вается частота заправки электродов, уменьшается их
стойкость.
Предпочтительные, рекомендованные режимы отра-
жают как свойства свариваемых металлов, так и возмож
ности по управлению процессом, т. е. преимущества и
недостатки имеющегося оборудования. В связи с тем, что
обоснование и выбор режима сварки является самостоя-
тельной задачей, способы решения которой достаточно
полно рассмотрены в литературе, будем считать режимы
сварки заданными. Допустимые отклонения параметрон
процесса примем равными тем отклонениям, которые pa ।
решаются для оборудования контактной сварки.
Существует много технических приемов задания пара
метров процесса через параметры цикла, в том числе от
дельных интервалов времени между командами на испол
нительные устройства сварочной машины. Однако с точки
зрения обеспечения технологического цикла сварки <л-
дельиой точки можно выделить самостоятельные этапы,
отвлекаясь от технических особенностей устройств упраи
ления.
Циклограмма, приведенная на рис. 60, отражает ого
бениости задания параметров процесса через параметры
цикла. Можно считать, что каждый этап и соответственно
каждая величина, характеризующая его, является само
стоятельным параметром, так как имеет отличное целили
назначение. Очевидно, что иа отдельных этапах цикла
величины допусков для тока и усилия будут различными
Время Ц необходимо для того, чтобы электроды машины
108
успели переместиться и сжать металл с вполне определен-
ным усилием. На этом этапе к устройствам, отсчитывающим
||1И<*|1Н!|Л времени, не предъявляется жестких требований.
Диалогично, в тех случаях, когда применяется предвари-
ге и.ное обжатие, интервал <л, в течение которого электроды
г-жпмшот металл с повышенным усилием Fof^, также
можно выдерживать с невысокой точностью. Эти требо-
иинип распространяются и па устройства, задающие время
г'житпя металла по окончании действия тока 7S, а также
Рис. 60. Типичная циклограмма процесса точеч-
ной сварки
Ий интервал, соответствующий разомкнутому состоянию
•Лрктродо» Как правило, указанные интервалы цикла
и условиях производства не контролируются. Установив-
llittvt и усилия сжатия электродов Fc„ и FK оказывают
руЩАСтиеипое влияние на качество сварных соединений
М НОйТому подлежат обязательному контролю, хотя до-
пустимые отклонения их от заданного значения для
|,:11ЛИЧИЫ.
71л11те.|||.ность ie нарастания ковочного усилия является
НДИнй и । основных характеристик привода усилия сжатия
9Л<>|<1 родов и может оказывать сильное влияние на образо-
Мй)И№ микродсфсктов в литой зоне соединения. Вслед-
ствие инерционности механизма сжатия электродов основ-
ное ггремлеипс состоит в увеличении скорости нарастания
yt'ii.'iiiti У лучших образцов машин tB составляет не
fitiw 0,1)2 сек, считая от момента подачи команды на испол-
щпрчьныЙ механизм до момента времени, когда FK до-
HHt.'tn уровни “/а от FK установившегося. Важным пара-
MftljHiM никла является интервал /к, определяющий мо-
МСП1 включении ковочного усилия FK по отношению
N Импульсу сдирочного тока 7„. В связи с тем, что даже
Otlltwiirwn.no милая нестабильность этих параметров цикла
ID!)
существенно влияет на качество соединения, их необхо
димо периодически контролировать.
Особое значение имеют временные интервалы цикл с
и ^з> характеризующие программу изменения тока,
а также величины тока /ся и 1дт. Однако точность зада
ния параметров цикла 1дт и /2, t3 может быть меньше,
чем /„ и
В результате исследовательских работ и производствен
ного опыта по точечной и роликовой сварке установлено,
что в большинстве случаев можно принять следующую
необходимую точность (в %) воспроизведения сварочпин
машиной основных этапов цикла (см. рис. 60):
Величина сварочного гока, /се ..................±5
Длительность импульса сварочного тока, 1св 1-5
Величина дО1ЮЛ|111гелЫ1Ого импульса тока, Ison ±Ю
Длительность дополнительного импульса тока, /3 ± 10
Пауза между импульсами, ta.....................±10
Включение ковочного усилия, tK .... - . ±5
Пауза между импульсами при роликовой сварке ± 5
Сварочное усилие, Гсе..........................±10
Ковочное усилие, (усилиеобжатия, .... ±15
Приведенные значения допустимых отклонений пара-
метров справедливы для тех случаев, когда сварка осуще-
ствляется на режимах, оцениваемых как предпочтитель
ные. Все случайные отклонения параметров долж! .i
находиться внутри поля допуска. Предполагается, что
распределение плотности вероятных отклонений близко
к нормальному распределению. Применяя контрольно-
измерительную аппаратуру и статистически обрабатывая
данные измерений, можно в каждом конкретном случае
в зависимости от ответствен нос ги данного изделия за
даться числом допустимых предельных отклонений пара
метров. Ориентировочно в среднем число точек, при
котором любой из параметров принимает одни раз пре-
дельное допустимое значение, не должно быть слишком
большим, например, 1 раз на 100 200 точек. Малое
допустимое среднеквадратичное отклонение параметрон
процесса объясняется тем, что вероятность брака зависти
от совокупности отклонений всех параметров процесса
в целом. Кроме того, сварочное оборудование, как пра
вило, является универсальным и рассчитывают его так,
чтобы можно было сваривать детали не только из одного
конкретного металла, а из совокупности металлов, для
каждого из которых требования к точности задания хотя 6i i
110
ЭД|1ПГ । параметра были наиболее высокими. Обычно,
Ц рвпльпых условиях указанные- предельные отклонения
Цйрпмстрон не приводят к браку.
I||||||1нмср, па рис. 61 приведены частные данные, ха-
йммчернзукнние стабильность процесса сварки деталей тол-
щиной 1,5 + 1,5 аш из сплава Д16. Предельные отклоне-
ний пнраметров процесса, вызывающие недопустимое
снижение качества сварки, находятся вне поля допуска,
yiiiHiniiioro выше. Предположим, что разброс параметров
Сйнрочн<>ii машипы не превышает границы допуска. Ситуа-
ции, при которой возможно недопустимое снижение ка-
MPiWu, возникает лишь в том случае, когда два или боль-
Ц№> число параметров одновременно принимают предельно
ДППуг гимые значения. Равновероятны такие нсблагоприят-
№с события: 1СО уменьшился на 5%, Fa возросло на
%; /,„ возрос на 5%, Fu увеличилось на 10%; 1,в и tie
№М|>||('ли па 5%; 1се и уменьшились на 5%; Fce воз-
Ilfii’Jio ив 10%, tcg уменьшилось на 5%; Fco уменьшилось
IH Н>%, tia увеличилось на 5%; FK уменьшилось на 15%,
уШ’.1|ввилось на 5%; /сд уменьшился на 5%, радиус
адрктгюдои увеличился с 75 до 200 мм\ Fce увеличилось
Нй Hl'.’ii, а радиус электродов увеличился с 75 до 200 мм.
IlyriB вероятность того, что в названных ситуациях
(Имникиет брак, равна 0,5, а предельные отклонения
Нйрнмшроп процесса случаются в среднем 1 раз на 50 то-
чек. Тогда на каждую тысячу точек в среднем хотя бы
ДНЯ Томки не будут соответствовать принятому стандарту.
Предположим, что на 200 точек случается одно откло-
нение каждого параметра, выходящее за границы допуска
II । пгрпнтиостыо 0,9 можно утверждать, что при этом
IHHiii.'ihcich брак. Тогда вероятность появления брака
|)М№ возрастает н составляет примерно 3% от общего
ЧИСЛА точек.
Цптможиые случайные отклонения в подготовительных ।
illWpiiiiiiHX, например ухудшилось качество травления
||ti|ir|nii<H'iu, плоха подгонка деталей, имеет место разно-
flMBlBniioeTb металла, изменились его физические свой-
Йип, способствуют увеличению общего числа случаев
При гтптвстичсском анализе производства деталей из
СНДвин АМгб наблюдался разброс, параметров процесса,
Н1|ввшн1емыГ) среднеквадратичными отклонениями:
N), н °" ,S'« = 0’04» рабочей поверхности электро-
Днй — 0,014, сопротивления деталей после травле-
111
иия Sr — 0,012. Количество точек, не соответствуют! .
принятому стандарту, составило 5% общего числа точек
Очевидно, что к измерительной и контрольной аппарату!
Рис. 61. Зависимость размер»»
литого ядра от изменений iiap.i
метров режима (материал Д1ЬЛI.
толщина 1,5+ 1,5 мм):
а — от амплитуды тока I’, б
Со
усилия сжатия электродов l-ftr
в — от величины коночного усилим
FK н времени его включения /А
^«1 “ 1000 KiC' FKZ 1500 Л'‘
FK3 "=2000 кге', а—от времени д<Л
ствня тока /гв; д — от радиус
электродов
предъявляются весьма высокие требования по точности,
так как предельно допустимые отклонения параметре»н
в ряде случаев менее 5%. Измерительная аппаратур.!
должна обеспечивать точность на несколько классов выше
112
И i пжнлению, при разработке даже специализированной
•ННйрптуры не всегда удаегся полностью удовлетворить
•lit iprftuiaiiiBi. Поэтому при рассмотрении приборов и
piinilb nt высказаны замечания о целевом назначении
(июлю in применения отдельных устройств, которые имеют
цн iKi.ibKo худшие показатели точности, и пе удовлетво-
рит! решению вопроса в целом, но с успехом могут при-
мани 11.1’11 при решении частных задач.
Измерение и контроль тока
Оценка тока, как параметра процесса,
финиш содержать сведения, достаточные для характе-
|пп Hinn п воспроизведения процесса. Однако в ней не
ни Innin быть подробностей, не влияющих на результат.
Фи]1М11 оценки тока должна обобщать результаты измере-
ний, чп)бы полученные сведения можно было распростра-
ни п> ни большинство частных случаев точечной и роли-
kilinl) гиаркн. Зафиксировав ток однофазной машины
г iinMoim.io осциллографирования, нельзя еще сказать,
пиной нелпчивы должен быть он при сварке тех же дета-
На низкочастотной или конденсаторной машине, хотя
t о токе на осциллограмме больше, чем требуется
H'lH ноенронзведения процесса.
Или измерения теплового действия тока в электротех-
нике применяют среднеквадратичную оценку
h~
(1)
It Стеш с тем, что тепловые процессы инерционны,
Ы А|1Л1.ши11стве случаев безразлично, как выделяется тепло
И иишлый момент времени. Если постоянная времени теп-
minuiu процесса большая, то выделяющееся тепло накап-
•liiiuu’ii и (интегрируется). В соответствии с законом
кипи ,/1/кпуля количество тепла пропорционально квад-
1101 ii'iiu>му значению тока. Если масса тела, по которому
IjiiifPiiucT ток, велика, а величина тока ограничена неко-
торым пределом, то можно считать, что за малое время Т
IBMiu'pinура тела повышается незначительно, а следова-
ткльнп, i ипротнилеиие проводника практически остается
ЦК1НМ1Ч111ЫМ. При этих условиях формула (1) имеет сле-
дующую интерпретацию: произвольно изменяющийся в не-
НМпрми пределах ток I, протекая по проводнику неизмен-
В К Д lipjiun 113
кого сопротивления, оказывает такое же тепловое д< ।
стане, как и некоторый постоянный ток, численно равш и
1д, который протекает по тому же проводнику неизми
кого сопротивления в течение того же времени Т.
Контактная сварка отличается тем, что постоянп я
времени тетового процесса соизмерима со временем ды
ствия сварочного тока. Под действием тока в зависимое i
от его величины электрическое сопротивление зоны сва] кп
существенно изменяется, причем свойства зоны изменяются
Рис. 62. Влияние предварите i
него подогреваю него импульса тою,
на характер изменения сопротивл,
ния (материал Х18Н10Т, тол
типа 1,5 + 1,5 мм; Fc„- 770 к.' ,
fcei — Iсвь ~ 8,7 ка.
а — без подогрева; d—6,2 мм, А —СО ,
б-с подогревом. 1 тд=2/Я/свг= 5,8 к“‘
*п.од “ сск- d == 5,7 мм, А ~ 55%
необратимо, одной н той же температуре до нагрева и
после нагрева соответствуют разные значения сопротии
ления. В ряде случаев оценка сварочного тока по ден
ствующему значению бессмысленна, так как не несет i<>
статочной информации о характере процесса.
На рис. 62 показаны два цикла сварки. В обоих слу
чаях в каждый момент времени величины тока /И1 и
/ет2, а также продолжительности действия этих токов /,,
и 1св2 равны. Току [св2 предшествует подогревают и
ток Inng, равный в среднем 2/3 1се2 и отдаленный
времени от тока /„2 паузой, численно равной (2—3) 1,„
Очевидно, что за время цикла действующее значение toi ;i
в случае б больше, чем в случае а. Несмотря на это p.i
меры расплавленной зоны имеют противоположное соот
ношение. Там же показан характер изменения сопротии
ления зоны сварки под действием токов /И1 и /„,...
приведены параметры и результаты сварки. Эксперимеш
проводили на машине с большим сопротивлением вторич
114
Nfifn контура, чтобы устранить самопроизвольные изме-
йонни тока из-за «саморегулирования» машины.
При малой постоянной времени теплового процесса
Твилпипе действие тока из-за необратимых изменений
'И юны контакта зависит от закона изменения тока.
II синаи с тем, что количество тепла, выделяющееся
В тис1 сварки, зависит от сопротивления этого участка,
ini 1ГДНЦПЛ11 изменение сопротивления /?,. э в процессе
nipKii. Для этого использовали электронную схему, фор-
мирующую сигнал, пропорциональный Rss в процессе
Phu ii:i. I вменение сопротивления Rj, при точечной сварке
XI8H10T, толщина 0,8+0,8 леи); us,3 — напряже-
ние на электродах; ice — сварочный ток
•<МЯ|>К11. Схема, работающая в натуральном масштабе вре-
мени, была собрана на базе узлов аналого-вычислительной
Мишины. Входными параметрами являлись: напряжение,
I'HHMiicMoe с электродов машины и компенсированное от
МйПиднк магнитного поля, и напряжение с датчика, про-
Ш1р1111<11шлыюе скорости изменения тока. На рис. 63
нршичп пи типичная осциллограмма изменения /?<,.<,. Так
iiriy.ni,гаг от деления на нуль неопределенный, кри-
ЙНН л , имеет нулевое значение на участках, где ток равен
НУЛН1 Изменение R3.s было исследовано при точечной
Ено, стилен 08кп, Х18Н10Т, и титанового сплава ВТ15.
I изменении параметров процесса значение R3,3 также
H4MPIIНЛИСЬ.
ДрЩтиующее значение тока, вычисляемое по фор-
муле (I), точно не отражает тепловое действие тока при
ЮННнитноЛ сварке. Для того чтобы определить тепловое
fpili nine пит, необходимо учитывать изменения Rs s.
l|iiiiinHnHa.ibHo мерой тока можно считать количество
1ИЦЛ11, иыдгляющееся в зоне сварки. Но для оценки тока
НШШаидпмо измерять падение напряжения на электродах
и, t а каждый момент времени, что является сложной
а* Н5
технической задачей. На провода снимающие потенциал
с поверхностей деталей, действуют мощные магнитные
поля. Наведенная э. д. с. соизмерима с сигналом, несущим
информацию. Компенсировать наведенную э. д. с. пи
отделить от полезного сигнала не всегда удается. Особеш >
трудно это сделать при сварке ферромагнитных металлом,
искажающих характер магнитного поля сварочш I
машины.
При отработке режима и выполнении процесса ин
параметры всегда фиксируются, что позволяет не дени.
Рис. 64. Осциллограммы токов, равных по действующему
значению (материал сталь 08кп, толщина 1 1 мм)
измерений R3,s. Учитывая, что в большинстве случаен
характер изменения тока известен (экспоненциальный или
синусоидальный), для фиксирования режима достаточно
измерить основные параметры импульса тока, амплн
туду f№M, продолжительность его действия tcs, время
нарастания tH тока от нуля до значения 0,8/ге „ и время
его спада tm. Подобная система измерений удобна та к ли-
для составления технического задания на проектирова! не
нового оборудования. При электротехническом расчск-
машины переход от заданного амплитудного значения toi .i
к другим формам оценки не встречает затруднений.
Значительные трудности прн реализации этого метон
возникают при измерении тока однофазных машин, так как
ток состоит из группы разнополярных импульсов, сл<-
дующих один за другим с некоторым разрывом во време ш
Пауза между импульсами зависит от угла включении
управляемых вентилей системы управления током. Как
показывает опыт, на каждой машине почти всегда можп<>
найти два тока, дающих одинаковый результат прн сварю-,
но значительно отличающихся один от другого углами
включения вентилей (рис. 64). Это свидетельствует о том,
что постоянная времени теплового процесса достаточ! <
большая, и изменение сопротивления R3,} в течение кал
116
Mhi и птдсльпого полупериода тока, практически не за-
рниц <н угла включения вентилей. В среднем за полу-
11»рцпц R, , изменяется идентично. Следовательно, полу-
Йрниды тока строго в порядке их следования можно
Й|1ЯйН11К11Т1| по тепловому действию, т. е. для каждого полу-
1|рр|11|дп токов г, и i2 будет справедливым численное соот-
и«>н । мне
Г г/г Г ТЦ
1.,„к = у 4 Ji2'-kdt -= V-М^kdt ’
г о о
I время;
/' длительность периода тока (0,02 сек);
Л порядковый помер полупернода, k = 1,2, . .
п число полупериодов тока.
Рис. 65. Сравнение модулированного
сварочного тока, состоящего из многих
импульсов, и одиночного монополяр-
пого импульса
Рпссматривая общий случай, можно модулированный
РНйрпчвый ток, состоящий из многих импульсов, пред-
Иипнть и виде единичного монополярного импульса
(риг. liFi). Для этого заменим каждый импульс тока
в пределах нолупбриода постоянным током 1д, соответ-
Пнукннпм измеряемому, по действующему значению.
IliijiV'ii'iiiia» ломаная линия близка к одиночному моно-
ц||чпрiniMу импульсу ia.
И связи с тем, что в течение интервала времени tce
Ичмсигпне уже существенно, необходимо как и ранее
lliMi’pirri. все основные параметры импульса, продолжи-
IPJihiiiicTi. его действия, нарастания и спада, а также дей-
t ниипцсе значение тока 1д_я наибольшего полупериода,
ши -1К11пналентно измерению амплитуды 1и при непре-
рывном токе, например i2. Имеет смысл численно сравни-
117
вать токи лишь в том случае, если продолжительное и.
их действия одинакова. Например, на рис. 66 приведены
осциллограммы токов, у которых равны амплитуда ш-
прерывного импульса и действующее значение в наиболь-
шем полупериоде переменного тока, продолжительность
действия, нарастания и спада. Токи идентичны как пари-
метры процесса. При сварке металлов плохо проводящих
тепло, например стали Х18Н10Т, понижение температуры
Рис. 66. Сварочные токи однофазной и низкочастотной
машин, обеспечившие одинаковые размеры литой зоны:
о—сплав XI8HI ОТ,толщина 2 + 2мм, ?св.м ~ 11 ка’
Fcg — 950 кгс‘ б — сплав ВТ 15, толщина 2 + 2 мм, t q =
=Ггл м = 10*5 ка' Рга 850 кгс
Cv' Л* СО
в течение паузы между полупериодами мало, поэтому даже
при коротких временах (0,04 сек) ток можно сравнивать
по действующему значению соответствующих во времени
полупериодов (рис. 67).
На рис. 68 представлены осциллограммы сигналов,
пропорциональных количеству тепла, выделяющегося пи
участке электрод—электрод, сопротивлению этого участки
и токам, равным по действующему значению, но имеющих
разные углы включения. Для вычислений использоват
узлы аналого-вычислительной машины, работающие в h.i
туральном масштабе времени. Как свидетельствуют <»
циллограммы, несмотря на достаточно большое разлижк
в углах включения и малое время действия токов, их |> >
венство по действующему значению в каждом полу перш ин
118
«fit... одинаковое количество выделяющегося тепла,
ш одинаковые размеры литой зоны сварного соедг
i|tini>i Значения сопротивления Rs я в обоих случаях (а,
|| й ( рсднсм за каждый полупериод соответственно равны.
Рис. 1'17. Осциллограммы токов однофазной машины,
ринпых по действующему значению н обеспечивающих
одинаковые азмеры литой зоны:
и--млтсриал XI8HI0T. толщина 0.5 4- 0,5 мм, Fce = 850кге,
I 10 ко: 5 материал ВТ15, толщина 0,8 0,8 мм,
Fce = 600 кге, /и_ д = 6.5 ,ка
Рис. Г>Н. Осциллограммы тока I, энергии Q и сопротивле-
В пип /<,.,прн сварке токами, равными по действующему
В aiin'ieiiHio (материал Х18Н10Т, толщина 0,8+ 0,8 лл):
и угол горения игнитронов 160°, б — то же 100°
Тйкнм образом, достаточно обоснованно можно при-
НИ1Ь тппую схему для измерения тока при контактной
ннйркР. Большинство случаев сводится к схеме действия
инншI4IKIIO монополярного импульса Переменный ток
li|iii продолжительности действия, большей 0,04 сек,
lljiWUTrin.ilнется в виде одиночного импульса посредством
BIU оценки за каждый полупериод по действующему зна-
119
чениго. Оценки токов для их сравнения как параметрон
процесса должны сопровожда вся сведениями о велич...
других параметров процесса Fca, tce, RS1, при которых
выполнены измерения. Равенство теплового дейстш
токов, равных друг другу в среднем (среднеквадратичном),
возможно лишь при равенстве величии всех параметрон
процесса.
На контактных электросварочных машинах нм< < 1
место саморегулирование тока, т. е. изменение тока вю
ричного контура, обусловленное изменением сопротнп
лепия э в процессе сварки. При малом полном сопротнп
лении машины изменение тока весьма существенно. По
этому в некоторых случаях, например при сварке сплавин
титана на однофазных машинах, указывают два значеш ।
тока: одно — соответствующее первому полупериоду, ।
другое—наибольшему полупериоду. В тех случаях,
когда нет специальных модулирующих устройств, паи
больший полупериод соответствует последнему. На мл
шинах с большим полным сопротивлением, например при
большом вылете консолей, величину тока ориентировочно
можно задать на основании названных двух значений как
среднее арифметическое, т. е. равным полусумме дев
ствуюших значений в первом и наибольшем полупериодах.
При роликовой сварке, так же как и при точечной, целг
сообразно характеризовать отдельный импульс тока, соси
ветствующий формированию одной отдельной литой зоны
Шунт в цепи первичной обмотки сварочного транс-
форматора. Первичный ток сварочных машин не прайм
вышает 1500—2000 а. Активное сопротивление первичной
обмотки составляет от десятых долей ома до нескольких
ом. Очевидно, что малое сопротивление, в несколько де-
сятков микроом, практически не меняет параметров цепи
сварочной машины. Стандартные шунты от ампермет и
постоянного тока по допустимой рассеиваемой мощное! и
и величине собственного сопротивления наиболее полно
отвечают задаче измерения первичного тока сварочной
машины. В связи с малыми линейными размерами шуиы
индуктивное сопротивление его по сравнению с активным
сопротивлением мало и падение напряжения можно сч ।
тать пропорциональным величине тока. Для равномерно! о
распределения плотности тока шунты изготовляют и ।
нескольких пластин. Применяемый для изготовлении
металл в диапазоне рабочих температур мало мепж-i
удельное сопротивление от нагрева. Стандартные шунил
120
MJIliO|ii)iiaiii.i по току и сопротивлению, что позволяет
ДО11м> вычислить первичный ток сварочной машины. Во
НЭПежиннс существенных температурных погрешностей
Ш|1‘|1Г1Н1Й не рекомендуется превышать номинальный
(0,6-:-0,8) Г1М. Первичный ток трансформа-
ТНИй равен сумме тока намагничивания и вторичного
ТОНН, приведенного через коэффициент трансформации.
При измерении тока на номинальных ступенях ма-
шины намагничивающий ток необходимо учитывать, так
йвк он может составлять до 15% от полного тока, а иа
Низких ступенях нм обычно пренебрегают за малостью.
Выходной сигнал шунта мал—несколько десятков
милливольт (75 же)’и в основном используется для записи
Ий магнитоэлектрических осциллографах. Исследовать
Йнинл шунта с помощью электронного осциллографа
Ш1йс|1<|. так как один нз входных контактов любого ос-
ННлдиграфа соединен с его корпусом. При подключении
И шунту корпус осциллографа оказывается гальваниче-
$И1 снизанным с сетью или другим источником высокого
НИН||>1ження.
11рн записи на пленку и обработке осциллограмм ие-
НйАежны ошибки измерений. Наибольшая ошибка возни-
Мет при определении масштаба записи и визуальной
IHWIUU* ординат осциллограмм. Погрешность носит субъ-
йИншный характер и может достигать 10—15%.
Пи осциллограмме несинусоидальный ток однофазных
Мишин ориентировочно может быть оценен по действую-
щему значению
г__ а1.м‘^з л[ h
1/7 V
(2)
ГДР •'(. „ — амплитуда изображения в мм;
I, — размер изображения тока по оси абсцисс
в пределах полунериода в мм;
1Я — размер участка, на котором ток равен нулю
(в пределах того же полупериода) в лщ;
М„— масштаб записи в а/мм.
Шунт практически не может быть использован в ка-
че гпг датчика в электронной аппаратуре из-за гальванн-
Ччгкпй связи с сетью и малой вечичины выходного сиг-
Налй. Гальваническую связь можно оборвать с помощью
№грг>Пс'1Т1 типа магнитного усилителя, однако они отли-
8йкнс)| инерционностью, что исключает универсальность
121
такого датчика при измерении тока па разных машинах
Малая величина выходного сигнала затрудняет примет'
ние усилителей постоянного тока, наиболее пригодных
для неискаженной передачи сигнала, пропорционального
сварочному току. Известно, что для передачи такого
сигнала необходимо устройство с полосой пропускания
от 3000 до 0,1 гц. Передача сигнала в аналоговой (непре
рывной) форме предпочтительна с точки зрения повы
шения скорости машинной обработки информации в на
туральном масштабе времени: интегрирование, возведе-
ние и квадрат и т. п. Измерение тока с помощью шунта
является лабораторным методом и применяется в основном
при исследовательских работах.
Шунты во вторичной цепи сварочной машины имеют
принципиальные отличия, по сравнению с аналогичными
устройствами, располагаемыми в первичной цепи. Ес.- и
включение в первичную цепь элемента сопротивлением
в несколько десятков микроом практически не меняет
параметров цепи сварочной машины, то включение ана-
логичного элемента во вторичную цепь недопустимо. Не-
которые машины имеют активное сопротивление контура
20—25 мком (например МТК-75) и включение в такую
цепь элемента с внутренним сопротивлением, например
10 мком изменит сварочный ток на 1/3. Поэтому шунты
во вторичной цепи устанавливают в основном па маши-
нах с большим полным сопротивлением (например
МТП-200/1200). Несмотря на малое собственное сопро-
тивление мощность рассеивания шунтом достаточно боль-
шая, так как сварочный ток может достигать десятков
килоампер. Даже принудительное водяное охлаждение нс
позволяет выполнить шунты небольших размеров, а следо-
вательно малой индуктивности.
Таким образом, шунтам, располагаемым во вторичном
контуре, присущи достаточно большие погрешности, обу-
словленные нагревом и индуктивным сопротивлением,
соизмеримым с их активным сопротивлением. При боль-
ших скоростях изменения тока, например на од1 офазных
машинах, возникает погрешность за счет поверхностного
эффекта. Кроме того, на провода, снимающие потенциал
с «измерительных» точек шунта, действуют мощные ма
гнитные поля, созданные сварочным током. Наведенная
э. д. с. имеет достаточно большую величину и соизмерима
с полезным сигналом, поэтому отходящие провода ре-
комендуется плотно сплетать
122
в
V Выходное напряжение шунта можно выразить соотно-
шением
— = + ' (3)
Где R — сопротивление шунта;
L — индуктивность шунта;
М — взаимная индуктивность между токопроводя-
щим элементом и проводами, снимающими по-
тенциал с измерительных точек шунта.
Рис. 69. Измерение тока с помощью
шунта, устанавливаемого между элек-
тродами:
а — схема шунта; б, в — различные поло
жени я «рамки» при компенсации и а веден
ной э. д. с. индуктивности шунта
Выражение ±Л1 в равенстве (3) учитывает э. д. с.,
Наведенную в проводах. Контур, образованный проводами,
можно представить как некоторую рамку, внутри которой
Проходит часть магнитного потока Ф, созданного ice
(рис. 69) Ориентируя рамку по отношению к потоку Ф,
нппрнмер, поворачивая вокруг оси х (рис. 69, б, в), можно
Наменять направление э. д. с., наведенной в рамке, та-
ким образом, чтобы в равенстве (3) получить М
* L — При определенных условиях реактивная со-
епшляющая выходного напряжения шунта может быть
компенсирована наведенной э. д. с. достаточно точно.
Основным условием хорошей компенсации является одно-
родность потока Ф, образованного током i№. В тех слу-
Чиях, когда рамка расположена рядом с магнитопроводя-
IUiimji деталями или экранирована деталями, в которых
иозпнкают токи Фуко, создающие собственное магнитное
123
В
К всииллогргирц
Рис. 70. Схема
цилиндрического
шуита
поле, воздействующее на рамку, компенсировать реактив-
ную составляющую не удается.
Лучшие результаты дают цилиндрические шунты
(рис. 70), у которых один из проводников, снимающих
потенциал, проходит строго по геометрической оси вра-
щения цилиндра — шунта. При достаточно тонких стен-
ках шунта — десятые доли миллиметра, разность L—М
[выражение (3)1 становится бесконечно малой (менее
Ю~го гн на 1 см длины шуита). При такой
конструкции шунта минимальны и иска-
жения магнитного поля, созданного изме
ряемым током. Таким образом, выходное
напряжение шунта соответствует измеряе-
мому току. Метод измерения токов с по-
мощью шунтов во вторичной цепи весьма
громоздкий и применяется редко в лабо-
раторных исследованиях.
В условиях, когда отсутствует специ-
альная аппаратура для измерения тока,
иногда измеряют падение напряжения на
части токопровода вторичного контура
машины. Выбранный участок рассматри-
вают как шунт. Все ошибки измерений,
характерные для шунта, располагаемого
во вторичном контуре, также присущи
этому методу.
Трансформаторы тока так же как и
шунты, можно включать в первичную и
во вторичную цепь сварочной машины.
Размеры трансформатора зависят от час-
тоты тока, поэтому их применяют при измерениях токоп
промышленной частоты на однофазных машинах.
В первичной цепи сварочной машины с успехом при
меняют стандартные трансформаторы тока (например,
МТТ-1). Во избежание ошибок измерения, обусловленных
насыщением сердечника измерительного трансформатор.!
и влиянием собственной индуктивности намагничивания,
трансформаторы тока обязательно нагружают тарнро
ванным малым активным сопротивлением, роль которого
почти всегда выполняет рамка электромагнитного при
бора.
Как известно, угловое отклонение рамки этих прибором
пропорционально действующему значению тока рамки
Электромеханическая система приборов, исходя нз прин-
124
цмпов их действия, обязательно инерционна, поэтому
Намерение кратковременно включаемых токов имеет не-
Koiopbie особенности. Если по условиям нагрева эле-
ментов машины ее можно включить на время, большее
Времени успокоения подвижных частей стрелочного при-
бора, то задача решается просто, известными способами.
Н iex случаях, когда длительное действие тока недопу-
iniMO, например при измерениях в процессе сварки дета-
лей, применяют принудительное успокоение электроме-
Иянической системы. Для этой цели стрелочный прибор
переоборудуют. В прибор встраивают подвижный упор,
нпк бы подменяющий левый неподвижный, ограничиваю-
щий отклонение показывающей стрелки влево. Подвижный
упор вручную перемещают слева направо до тех пор, пока
стрелка прибора под действием короткого импульса от
гппрочного тока будет лишь слегка «подрагивать», т. е.
отклоняться вправо от левого подвижного упора на рас-
। юяиие, равное одной-двум своим толщинам. Точность
измерений сравнительно невысокая с погрешностью 5—
|()%, но зато достигается простота и безопасность изме-
рений по сравнению с шунтом.
Подобные системы для ориентировочных оценок при-
меняют в Советском Союзе (прибор СТ-67) и за рубежом
Sпрерыватель фирмы «Brittis Federal»). Стрелочный при-
1ор с упором можно применять и для работы с трансфор-
матором тока, расположенным во вторичной цепи сва-
рочной машины. Однако сам трансформатор для измере-
ния юков вторичной цепи отличается значительными раз-
мерами н массой. Серийно выпускаются приборы для из-
мерения токов не более 10 000 а (И523 — класс 0,1, раз-
меры 480 x 450 x 210 мм). Эти приборы используют, в ос-
новном, для тарировки электронных амперметров. Для
исследования технологического процесса их применить
Ирнктически невозможно нз-за больших размеров.
Известны разработки специальных трансформаторов
fHKii, габаритные размеры которых в связи с применением
принудительного водяного охлаждения несколько меньше,
чем у трансформаторов с воздушным охлаждением. В за-
иисимостн от частных условий применения класс точности
Нх колеблется от 1-го до 3-го. Такой трансформатор имеет
дополнительную обмотку, развивающую э. д. с. порядка
1пч‘|«>лько вольт, пропорциональную величине тока, что
нояноляет использовать его в качестве датчика в схемах
щиоматического управления процессом. Можно также
125
использовать обычный трансформатор тока в качесгк
аналогичного датчика, для чего параллельно измерител)
ному прибору к трансформатору тока подключают транс-
форматор повышающий напряжение.
Датчики на основе гальваномагнитного эффекта Холла
Эффект Холла заключается в возникновении э. д. с. па
гранях проводника, перпендикулярных приложенному
электрическому и магнитному полю. Если по проводнику,
Рис. 71. Схема прибор:
ДСТ-2М
находящемуся в магнитном поле Н (рис. 71), направленном
по оси г, в направлении оси х пропустить ток плотностью /,
то в нем возникает этектрическое поле, перпендикулярное
направлению векторов / и Н и по величине равное
Ey=^RnjH, 0)
где — постоянная Холла.
Если проводник имеет форму пластинки, как показа! о
на рис. 71, размерами I, b и d, то:
Eyb = RK^ 10^(4-), (Г.)
где I — полный ток;
<р (4) — параметрическая функция, выражающая з; вн
симость э. д. с. Холла от конечных размеров
пластинки. При отношении * = 3 моя i <
принять (4) — I.
126
Величина э. д. с. Холла зависит не только от геоме-
трических размеров пластинки, но и от свойств материала.
|1йпбольшая величина э. д. с. наблюдается у полупро-
водников с большой подвижностью носителей тока. В про-
мышленности для изготовления датчиков применяют гер-
маний, селенид или теллурид ртути, мышьяковистый и.
Сурьмянистый индий. В связи с тем, что электропровод-
ность полупроводников зависит от температуры, э. д. с.
Холла датчиков зависит от температуры окружающей
Среды. Датчики, при подключении нагрузки, имеют нели-
нейные характеристики. Внутреннее сопротивление дат-
чиков зависит от напряженности магнитного поля. Дат-
чики, изготовляемые серийно, имеют малые геометриче-
ские размеры (5x3x0,2 лип), поэтому они реагируют на
Топографию магнитных полей сварочной машины. Они
фиксируют резкие переходы в сечелии токопроводящих
* | 'ментов вторичного контура, присутствие в каждом
Конкретном месте малых по размерам деталей пз ферро-
М1Н1111ТНЫХ металлов, например винтов, болтов и т. п. Из-
вестно, что поле вокруг проводника быстро по линейному
Пнкопу изменят свою напряженность в зависимости от
рнсстояния от проводника. Соответственно, э. д. с. датчи-
ков также зависит от расстояния до проводника. В связи
С большим количеством переменных факторов, от которых
ВПппснт э. д. с. Холла и которые трудно учесть в обычной
Прлктике измерений, датчики на основе эффекта Холла
Применяют в основном в целях наблюдения и визуальной
чигнки характера изменения тока контактных сварочных
МИШИН.
Иа рис. 72 показан серийно выпускаемый прибор
ДСТ-2М для измерения сварочного тока, работающий на
кте Холла. Для изготовления датчиков прибора при-
меняют германий либо мышьяковистый индий. Датчики
t германием дают более высокое значение э. д. с. Холла.
Прибор ДСТ-2М питается как от сети, так и от внутрен-
него автономного источника. В случае использования
Прибора для измерений, показания прибора тарируют,
Пкирпмср путем осциллографирования сигналов с датчика
II шунта. После тарировки местоположение датчика из-
менять нельзя. Выходной сигнал с датчика регулируется
Мимснепнем тока I (рис. 71) с помощью R1.
Для повышения чувствительности, устранения влия-
ния местных искажений поля, уменьшения зависимости
ВТ рнсстояния датчика до проводника можно использовать
127
S}
Рис. 72. Прибор’ДСТ-2М (а) и рас-
положение датчика в процессе изме-
рений (б)
специальные ферромагнитные преобразователи. Преоб-
разователь представляет собой кольцо из ферромагнитно! ,
материала с высокой магнитной проницаемостью. В воз-
душный зазор магиитопровода помещается пластина полу-
проводника или несколько пластин, соединенных последо-
вательно. Применение пре-
образователя ПОЗВОЛЯС1
избежать тарировки дат-
чика. Однако область его
применения ограничен;!
из-за больш lx размеров
магиитопровода, как и
в случае с трансформато
ром тока, размещенном во
вторичном контуре.
Магнитный пояс или
ПОЯС РОГОВСКОГО ИСП0Л1
зуют в качестве датчик,,
в большинстве приборы
для измерения сварочного
тока, выпускаемых в Со
ветском Союзе и за рубе
жом В отечественной ,'н
тературе его чаще назы-
вают магнитный пояс, а :ы
рубежом пояс Роговею >
го. Магнитный пояс пред
ставляет собой катушку
с витками, строго равно
мерно распределенными и
длине какой-нибудь ленты,
концы которой скреплен; i
Лента может быть жесткои
или гибкой В качеспи
основания для катушки
может быть использов.тр
тор или другое тело, <i i
разующее контур обя:<;
тельно замкнутой формы Обычно, в целях простом
изготовления и увеличения срока службы катушка разме
щается на твердом цилиндрическом теле тора, поэтом)
в некоторых случаях датчики называют тороидами.
Площадь поперечного сечения ленты или тора та к ли
должна быть постоянной на всей длине контура. Датч, е
128
При измерениях охватывает проводник, по которому
Течет измеряемый ток. Принцип действия магнитного
Пояса и предъявляемые к нему требования основаны па
Мконе полного тока, определяющим, что в среде с одно-
родными магнитными свойствами, например в воздухе,
линейный интеграл напряженности магнитного поля вдоль
нимкнутого контура равен электрическому току, охва-
тываемому этим контуром,
Т. е.
§Hdl = ice, (6)
Где Н — напряженность
магнитного поля;
I — длина контура;
1И — ток проводника,
в данном случае
это сварочный
ток.
Д1Я воздуха индукция
В = |10#, тогда
(£ Bdl = poi„. (7)
Рис. 73. Тороид:
а — схемка устройства; б—схема функ-
циональных преобразований для фор
мирокання сигнала, пропорциональ-
ного сварочном у^току
Если считать, что пло-
щадь витка намотки S ab
(рис. 73) очень маленькая,
ТО можно предположить,
что индукция в пределах
площади витка постоянна.
При таком допущении по
Токосцепление ip с витками
кнтушки на бесконечно малом отрезке контура dl
равно
Ф dl = -^-SB cos a dl, (8)
Где Ф — магнитный поток, пронизывающий один
виток катушки;
В cos а — составляющая вектора индукции, нор-
мально расположенная к площади витка
катушки;
w — число витков катушки;
I — длина контура катушки;
S — площадь витка катушки.
V ь д. Орлов 129
Потокосцепление со всеми витками катушки
ф = В cos а Л — -^-Siioice. (9)
Так как э. д. с., наведенная в катушке, равна скорости
изменения потокосцепления, то
е = —<10>
Формула (10) устанавливает соответствие между числом
витков датчика и его геометрическими размерами при
заданной величине э. д. с. Очевидно, что с увеличением
числа витков в катушке магнитного пояса растет его ин-
дуктивность. При низкоомной активной нагрузке датчика
выходное напряжение не будет соответствовать скорости
изменения измеряемого тока, так как
ивых.д=ед-Ь^, (11)
где ед - е;
L — индуктивность катушки датчика;
i — ток, потребляемый нагрузкой датчика.
Поэтому датчик следует нагружать на большое сопротив
ление R с тем, чтобы членом равенства L можно было
пренебречь, т. е. чтобы индуктивность датчика существенно
не влияла на форму выходного сигнала.
Для формирования сигнала, пропорционального сва-
рочному току, выходное напряжение магнитного пояса
(тороида) необходимо интегрировать, т. е. выполнить
такое преобразование электрического сигнала датчика,
которое соответствует функциональному преобразова-
нию-— интегрированию.
В простейшем случае для этих целей к датчику под-
ключается RC — цепочка (рис. 73, б). Напряжение на
конденсаторе является выходным итх. Выбирают такое
большое R (обычно R гд), чтобы можно было прене-
брегать индуктивностью датчика. Для схемы, приведенной
на рис. 73, б, справедливы равенства:
Г
= Щых. д &д dt ’
U-вых — ~ ~q~ J
: _ ^вх Мвых
Я
(12)
(13)
(14)
130
откуда
Ugblx - RQ j U-gx J ^eixx^f
(15)
при иеых^.иех
при i-0
^вых = Р(2 J Ugxdt,
(16)
(17)
У'вЫХ
(18)
условия
На основании формулы (10) получаем
HoSui Г di(fl ..______________ [igSw .
RCl J Л RCl “
Для выбора параметров /?С-цепочки важны два
Umax ^вх> t * 0.
Зная закон изменения тока, можно заранее задаться
величиной ошибки функционального преобразования и,
исходя из этого, выбрать величины R и С. Пусть сварочный
ок изменяется во времени по синусоидальному закону
iCT = /msin«rf. (19)
Соответственно э. д. с. датчика
еа = kalmsin (at + .
(20)
Будем считать, что R велико и ток
этом на
интервале времени 0 sg t sg
жсние
интегрирующей
цепочки
заряда С мал. При
Т
2 выходное напря-
t
“wx^-gcf ^“7msin (at + dt
• 0
c
ошибкой,
равной
(21)
t i
и°“‘ ~ ЯС J UaJX di ~ (RCy co J J sln (®^ 2 ) at'
1ри времени t = — ошибка будет равна
^OlU
(RCfa •
(23)
B*
131
Будем считать, что отношение ошибки к максимальному
сигналу задано и составляет 1%
Мт О
=0,01, (24)
Итак Мщ
RC
откуда RC 2/3 сек.
Стремясь уменьшить ток, потребляемый от датчика,
выбираем величину конденсатора С = 1 мкф, R = 680 ком.
Если принять в расчет входное сопротивление осцил-
лографа (1 Мом), то величина резистора R при той же
ошибке должна быть увеличена до 2,2 Мом. При малом
времени интегрирования 0,01 сек и большой постоянной
времени 2/3 сек выходной сигнал 7?С-цепочки весьма мал.
Если на вход цепочки подать сигнал 100 в в течение 0,01 сек,
то к концу интегрирования выходной сигнал составит
1,5 в.
Величина входного сигнала /?С-цепочкн ограничена
требованиями минимальной индуктивности тороида, усло-
виями его электрической прочности и размерами, а также
требованиями техники безопасности. Кроме того, при
неограниченном возрастании числа витков катушки соиз-
меримой величиной может стать межвитковая емкость
катушки, которую не учитывали, считая величиной мень-
шего порядка. Практически выходной сигнал интегри-
рующей /?С-цепочки бывает достаточным лишь для ви-
зуального наблюдения сигнала па экране электронного
осциллографа. При записи на магнитоэлектрическом ос-
циллографе подключение малого сопротивления вибратора
к конденсатору эквивалентно резкому уменьшению по-
стоянной времени цепи.
Для передачи сигнала прямое усиление сигнала при-
меняется редко. В большинстве случаев «интегрирование»
и усиление выполняется одним элементом — решающим
усилителем. В связи с тем, что этот элемент входит прак-
тически во все измерительные и регулирующие электрон-
ные приборы, рассмотрим принцип его действия.
Интегрирующий решающий усилитель представляет
собой, усилитель постоянного тока, имеющий большой
коэффициент усиления, например К — 100 000, приспо-
собленный для различных преобразований электриче-
ских сигналов, четко соответствующих определенным
функциональным преобразованиям, например днфферен-
132
пированию, интегрированию, суммированию и т. п, Такой
усилитель должен удовлетворять ряду дополнительных
требований: нулевому значению потенциала входной клем-
мы должно соответствовать нулевое значение потенциала
выходной клеммы, полярность сигнала при прохождении
через усилитель должна меняться на противоположную
и т. п. Из теории автоматического регулирования из-
вестно, что при большом коэффициенте усиления системы
и глубоких обратных связях система мало зависит от
Рис. 74. Интегрирующий усилитель:
а — схема включения; б — эквивалентная схема
внешних возмущений и ее поведение определяется гл у-
биной и характером цепей обратной связи. На этом прин-
ципе строится работа решающего усилителя.
Для устранения неуправляемых обратных связей
полоса пропускания решающих усилителей ограничена
и обычно составляет диапазон 0—20 кгц, т. е. для сигналов
па этой частоте коэффициент усиления почти не изменен
и достаточно высок. Усилитель выполняет преобразование
входного сигнала'—интегрирование, если в цепь обратной
связи, т. е. между выходом усилителя и сеткой первого
каскада, включен конденсатор, а между источником сиг-
нала и сеткой первого каскада включено сопротивление
(рис. 74, а). Так же как и в случае пассивной 7?С-цепочки
установим связь между входными и выходными сигналами.
Для схемы, Изображенной на рис. 74, составим систему
уравнений
em—e6 = iR; (25)
Ke6— — iieui\ (2б)
+ (27)
откуда
133
Подставив найденные значения е6 и I в уравнение (27) и
Д' ________ | -J i
полагая —— <=& 1, получим
У-шх ~ 'JfQ J KRC J иеых^, (28)
т. е. применение усилителя уменьшило ошибку интегри-
рования в К раз. Очевидно, что постоянная времени RC
°)
Рис. 75. Пр ибор
АСА-1:
а — структурная схе-
ма; б -- внешний ««д
практически без снижения точности вычислений может
быть уменьшена в тысячи раз, что увеличивает выходной
сигнал интегрирующего звена. Принято считать, что вы-
ходное напряжение интегрирующего усилителя равно
и вых — ~RC J (29)
Измерение амплитудных значений сварочного тока.
Принцип действия электронных приборов, предназна
ученных для точной количественной оценки амплитуды
тока, основан на совместной работе тороида (магнитного
пояса) и интегрирующего усилителя. В большинстве при
боров эти элементы составляют основу схемы измерений
(АСА-1, ИСТ-4АМ и т. п.).
На рнс. 75, а приведена структурная схема прибора
АСА-1 Датчиком прибора является тороид Т, разви
314
Шпощий э. д. с., равную примерно 40 в при токе
п 10,000 а. Переключатель полярности П позволяет
менять местами точки подключения выводов обмотки
датчика, что соответственно изменяет соотношение поляр-
ностей тока н сигнала, пропорционального ему. Сигнал
датчика интегрируется решающим усилителем. Вход-
ная проводимость зависит от переменного сопротивления
резистора R1, что меняет соотношение величины тока
и соответствующе -о ему сигнала. Изменение сопротив-
ления осуществляется ступенчато. Одно переключение
изменяет диапазон измерений в 2 раза. Выходное напря-
жение усилителя, пропорциональное току в каждый мо-
мент времени, заряжает конденсатор С через диод Д рр
наибольшего значения напряжения. Потенциал заряда С
измеряется ламповым вольтметром, состоящим из уси-
лителя У2 н стрелочного прибора типа М24. Входное
сопротивление вольтметра велико — несколько сотен
Мом н приближается к входному сопротивлению элек-
I рометрических схем.
Основная погрешность измерений прибора не превы-
шает 2%. Схема прибора позволяет измерять токи в диа-
пазоне 5—200 ка. Прибор питается от промышленной сети
220 в, 50 гц. Допускается нестабильность в пределах
( 10)—(—15)%. Длительность измеряемых импульсов
тока может находиться в диапазоне 0,004—1 сек. Прибор
показан на рис. 75, б.
Принципиальным отличием прибора ИСТ-4АМ яв-
ляется возможность получить сигнал, пропорциональный
сумме всех амплитудных значений тока за все время его
действия, что может быть использовано, например, при
сварке на однофазных машинах переменного тока.
В тех случаях, когда импульс тока строго монотонно
возрастает в начальный момент времени, например при
сварке на конденсаторных машинах, последовательно
с сопротивлением R1 (рис. 75, а) может быть включен
диод, который позволяет исключить из схемы ламповый
вольтметр. Стрелочный прибор в данном случае включается
Непосредственно на выход усилителя У1. Схема не имеет
смысла, если хотя бы раз за время нарастания тока будет
иметь место тенденция на его понижение (G •> 0), как,
нацример, в низкочастотной машине.
Измерение действующих значений сварочного тока.
Для измерения действующего значения сварочного тока
Необходимо выполнить функциональные преобразования,
135
соответствующие формуле
(30)
Как н при измерении амплитудного значения датчиком
большинства приборов является тороид, поэтому число
функциональных преобразований сигнала возрастает
Как в отечественных приборах, например АСД-1, АСУ-1М,
ИСТ-1, так и в зарубежных, например в приборе «6270»
фирмы «Duffers associates» (США) вычисление ведется на
базе аналоговой техники.
Отличие состоит лишь в конструктивном исполнении
и схеме запоминания.
На рис. 76 приведена схема серийно выпускаемого
прибора АСУ-IM, являющегося более совершенной мо-
делью по сравнению с ранее выпускаемым прибором АСД-1.
Прибор универсален и позволяет измерять как действую-
щее так и амплитудное значение тока. При измерении
амплитуды, чему соответствует положение 5 переключа-
теля П2, сигнал с тороида Т, через переключатель по-
лярности П1 воздействует на вход интегрирующего уси-
лителя У1. Его цени входной проводимости и обратной
связи образованы резистором R1 и конденсатором С1.
Для уменьшения влияния дрейфа нуля С1 шунтируется
резистором R2 через контакты реле Р2 и разблокируется
лишь во время действия тока сварки. Положением кон-
тактов реле Р2 управляет магнитоуправляемый контакт
МУК, расположенный вместе с тороидом во вторичном
контуре сварочной машины. В случае положительной
полярности сигнала на выходе усилителя У1 конденса-
тор «памяти» СЗ заряжается от У1 через диод Л1. В случае
отрицательной полярности СЗ заряжается от У2 через
диод Л2. Коэффициент усиления У2 равен —1. Усили-
тель У2 подключается к выходу У1 с помощью переклю-
чателя П2.
Прн проверке некоторых низкочастотных машин, в ко-
торых работают отдельные группы игнитронов при разных
-полярностях тока, важно сопоставить величину тока и
полярность. Поэтому с помощью переключателя П1 можно
136
Отключить капал заряда конденсатора памяти СЗ от У/
II пользоваться лишь оставшимся каналом. Показания
Прибора будут отличаться от нуля лишь при прохождении
Импульсов тока выбранной полярности.
Для «считывания» потенциала заряда СЗ, который несет
Информацию о величине тока, применена схема с опера-
ционным усилителем. Схема работает на том же прин-
ципе, что и интегрирующий усилитель. Усилитель уве-
личивает постоянную времени разряда конденсатора в Л
ри. (К — коэффициент усиления) Для этого в паузы
Между циклами включения тока конденсатор СЗ с по-
мощью кнопки К.4 и реле Р1 подключается в цепь обратной
СВ»1 hi усилителя У/, па выход которого одновременно
Подключается стрелочный прибор МКА. Переключение
Осуществляется вакуумированным реле, платиноиридие-
137
вые контакты которого имеют минимальную контактную
разность потенциалов.
При измерении действующего значения тока «интег-
рирование» сигнала тороида выполняется тем же усили-
телем У/. На выход усилителя У1 переключателем П2
подключается диодный квадратор ДД Особенностью
устройства является квадратичная зависимость тока от
напряжения на входе
, i™ = Ки7ех. (32)
Его основу составляют несколько диодов, каждый из
которых начинает проводить ток прн своем заданном на-
пряжении. Максимальному значению сигнала с усили-
теля У/ (100 в) соответствует проводящее состояние всех
диодов. Суммарный ток заряжает конденсатор С2 цепи
обратной связи усилителя У2. Линейное приращение
проводимости устройства с ростом входного сигнала обес
печивает аппроксимацию квадратичной кривой с ошиб-
кой, не превышающей 0,5%.
Конденсатор С2, также как н С1, при отсутствии полез-
ного сигнала защунти рован резистором R4, через Р2.
Кроме того, С2 шунтирован диодом Д2, который вместе
с диодом Д1 и резистором R3 образует схему восстановле-
ния нулевых условий па втором интеграторе (У2). Сиг-
налы положительной полярности проходят через ДК и
далее через У2 и СЗ. Они несут информацию о величине
тока. При этом к диоду 12 приложено обратное напряжение
и он не проводит ток. Сигналы отрицательной полярности
через ДК не проходят, а идут через Д1 и R3, тем самым
быстро (много быстрее 0,01 сек) разряжают С2. Как только
потенциал па С2 достигнет нуля, Д2 открывается и шун-
тирует конденсатор С2.
Коэффициент усиления усилителя У2 становится зна-
чительно меньше единицы, чему соответствует практиче-
ски нулевое напряжение на выходе У2, и сохраняется
таким до тех пор, пока действующий на выходе У/ сигнал
отрицательной полярности не исчезнет. Прн измерении
действующего значения тока используют нелинейную
шкалу стрелочного прибора, которая выполняет операцию
извлечения корня в соответствии с формулой (30).
Первому и второму положению переключателя 112
соответствуют вспомогательные операции по установке
нулей на выходе усилителей У/ и У2. Третье положение П2
соответствует проверке точности работы всех функцио-
138
к
Игальных узлов прибора. При этом на вход прибора вместо
датчика Т подключается источник эталонного, кали-
брованного сигнала. Источник образован прецизионным
Конденсатором С4 и трансформатором Тр с калиброванным
воздушным зазором. В исходном положении С4 заряжается
от источника стабилизированного напряжения (и — const).
При нажатии кнопки КЗ конденсатор С4 отключается
от источника и = const и разряжается на Тр. Параметры
цепи выбраны так, что возникает периодический разряд
с частотой примерно 50 гц. Так как падение напряжения на
I'itc. 77. Структурная
гхтаа прибора АСТ-2
индуктивности, т. е. Тр пропорционально скорости изме-
нения тока в цепи, то после интегрирования на выходе
усилителя У/ возникает сигнал пропорциональный току.
Он удовлетворяет всем основным условиям подобия им-
пульсу сварочного тока: имеет нулевое значение в mo-
mi нты включения и выключения, изменяет свою поляр-
ность, что важно для восстановления нуля па 2-м интег-
рнторе, имеет стабильную амплитуду и длительность.
Проверка прибора основана на том, что стабильному
по длительности и форме контрольному импульсу должны
соответствовать одинаковые показания стрелочного при-
бора. Если это соответствие не выполняется, то прибор
не исправен. Прибор работает от сети 220 в частотой 50 гц.
Допускаются колебания напряжения питания (+10)—
(—15)%. Прибор показан на рис. 76, б.
Измерение действующего значения тока за время ta.
В чех'случаях, когда величина тока по программе неиз-
менна, и саморегулирование машины не влияет сущест-
венно на процесс, а другие параметры процесса заданы
Км) можно в среднем оценить действующее зна-
чение сварочного тока. Для этого используют прибор
АСТ-2, который для выполнения измерений требует
многократного повторения циклов включения тока.
Схема прибора показана на рнс. 77. Датчиком при-
бора является тороидальная катушка, сигнал которой uj
139
интегрируется пассивной 7?С-цепочкой. Напряжение и.2
с конденсатора С поступает на купроксные диоды Д2,
с вольт-амперной характеристикой, приближающейся
к квадратичной. Ток через диоды Д2 измеряется стрелоч-
ным прибором. Известно, что показания магнитоэлектри-
ческого прибора, с ответствуют среднему значению тока
т
(33)
‘ О
где ij — ток рамки прибора;
Т — период тока.
Ток пропорционален квадратичному значению свароч-
ного тока
(34)
поэтому показания стрелочного прибора соответствуют
квадрату действующего значения сварочного тока
ШХ2
пН “<• (35)
и J
Продолжительность успокоения электромеханической
системы стрелочного прибора значительно больше про-
должительности действия сварочного тока. Поэтому в мо-
менты времени, когда сварочный ток отсутствует, на
рамку стрелочного прибора подается постоянный ток от
стабильного источника (и — const). Источник подклю-
чается контактами реле Р, которое срабатывает под воз-
действием сигнала с тороида через диод Д1.
Изменяя масштаб преобразований с помощью рези-
стора Р, можно добиться равенства отклонений стрелки от
измеряемого сигнала и эталонного, образованного стаби-
лизированным источником питания и = const. При до-
стижении равенства положение движка резистора Р
будет зависеть только от действующего значения свароч-
ного тока. Если движок резистора Р совместить с лимбом
и протарировать всю систему, то по положению лимба
можно достаточно точно оценить величину сварочного
тока.
Контроль тока. Рассмотренные средства измерения
тока предназначены для периодического использования.
Существуют задачи, для решения которых необходимо
непрерывно контролировать величину тока. Например,
требуется оценить статистическими методами разброс
этого параметра у конкретной машины, чтобы решить,
можно ли на ней сваривать узлы па заданном оптимальном
Рис. 78. Прибор
КАСТ-2М:
О — структурная схема
б — внешний вид
режиме. Аналогичная задача возникает при испытании
машин после изготовления или ремонта, при анализе
надежности процесса и выбора оптимального количества
контрольных операций, при прогнозировании числа си-
туаций, в которых появляется брак, и т. п.
На рис. 78 изображена структурная схема серийного
прибора KACT-2A'i, предназначенного для автоматического
измерения и записи величины сварочного тока. Так же,
141
как и при измерении амплитудной величины тока с при-
бором АСУ-IM, в приборе КАСТ-2М датчиком является
устройство типа тороида К, сигнал которого интегрируется
решающим усилителем У/. Постоянная времени интегри-
рования, т. е. масштаб, устанавливается в зависимости
от величины тока посредством переключения величин R1
и С1. Режим интегрирования задается синхронизирую-
щими элементами МУК и Р1 Сопротивления резисторов
R3 и R4 равны, поэтому коэффициент усиления У2 ра-
вен —1. Таким образом, напряжение и2 равно и/, но
имеет противоположную полярность.
Рис. 79. Схема автоматического контроля (се к\
и — настройка; 6 — из.меренмя
Напряжение иЗ, равное по модулю и1 или и2, имеет
всегда положительную полярность. Оно сравнивается
по величине с напряжением и4.
При соблюдении равенств
R5 + R6 - R7, R8 + R9 = R10, иЗ + и4 =0
срабатывают оба пороговых устройства (триггеры Шмитта)
ТШ1 и ТШ2. При соблюдения условия R5 + R6 >• R7
ТИН не срабатывает. При соблюдении условия R8 +
+ R9 < R10. ТШ2 сработает даже если | иЗ\ < | u4J.
Таким образом, изменяя сопротивление резисгоров R5
и R8, можно изменить уровни срабатывания пороговых
устройств. Изменением сопротивления резистора RH
устанавливается номинальный уровень (рис. 79), а изме-
нением сопротивления резисторов R5 и R8 устанавливается
граница контролируемых отклонений тока от номинала,
отдельно для минимальных и максимальных значений
тока.
Для установки номинального уровня границы кон-
тролируемых отклонений сближаются до размаха, рав
ного 1% (рис. 79, а). Для измерения тока используют эле-
менты схемы, аналогичные элементам прибора АСУ-1М,
142
когда он работает в режиме измерения амплитуды. Че-
рез диод ДЗ заряжается конденсатор С2, который в паузе
между импульсами тока переключается с помощью кноп-
ки К1 и рече Р2 в цепь обратной связи У1. При этом дат-
чик автоматически отключается. Потенциал заряда С2,
равный по модулю иЗ, сохраняется и действует в схеме
достаточное время. Это позволяет вручную найти такое
положение ннзкоомного резистора R11, которое удовле-
творяет условиям срабатывания ТШ2 и несрабатыва-
ния ТШ1. Во время измерения к выходу .У/ подключается
стрелочный прибор, что позволяет решать, соответствует
ли уровень тока, на который настраивается контрольная
система, номинальному, заданному значению тока или
имеет место произвольное отклонение тока и настраивать
пороговые устройства на данный уровень нельзя. После
настройки контрольной системы схема возвращается в ис-
ходное состояние с помощью кнопки Д'2, т. е. конденса-
тор С2 отключается. Галетными переключателями сту-
пенчато изменяются сопротивления R5 и R8 на величину,
обеспечивающую контроль заданных границ (рис. 79, б).
Положе шя переключателя градуированы в процентах
отклонения от номинального уровня.
Для запоминания результатов используется схема на
тиратронах Л1, Л2. Схема регулярно возвращается в ис-
ходное положение, так как является промежуточным эле-
ментом «памяти». Тиратроны возбуждают электромехани-
ческие реле, которые, включают световые индикаторы и
приводят в действие элемент длительной «памяти»— реги-
стрирующее устройство РУ-I. Тиратроны Л1 и Л2 гаснут
одновременно с началом каждого последующего импульса
юка, что обеспечивается блоком ФУ.
Устройство РУ-i показано на рис. 80. Его назначение
нанести на телеграфную лепту знаки, фиксирующие
общее число включений тока, н зарегистрировать коли-
чество его отклонений, отдельно в положительную н отри-
цательную стороны в соответствии с установленными
границами допустимых отклонений.
Лентй с бабины 1 протягивается через систему направ-
ляющих тянущим роликом 2, который имеет шаговое вра-
щение. Каждому циклу включения тока соответствует
перемещение ленты на 0,6—1 мм. Лента прижата к тяну-
щему ролику прижимом 3. Системой пассиков вращение
тянущего ролика передается на ролнк 4, который имеет
фрикционное сцепление либо с левой 5, либо с правой 6
143
Рис. 80. Устройство РУ-1
катушкой, на которых размещена копировальная лента
от пишущей машинки. Сцеплением ролика 4 управляет
поводок 7, который в зависимости от заполнения катушки 6
включает или выключает тяговый магнит 8. Таким обра-
зом, копировальная лента перематывается непрерывно.
Как копировальная, так и телеграфная ленты, совмещен-
ные в одной плоскости, проходят над площадкой 9. Три
магнита, совмещенные в один блок 10, приводят в дви-
жение рычажки 11, ко-
торые жестко скреплены
с якорями магнитов 10.
По командам из блока
временной «памяти»
прибора рычажки уда-
ряют сверху по копиро-
вальной лепте и наносят
соответствующий знак
на телеграфную ленту.
Устройство может нане-
сти максимально 10 зна-
ков в секунду.
На рис. 78, б пока-
зан прибор КАСТ-2 вме-
сте с устройством РУ-1.
С помощью прибора
были собраны данные
по стабильности вели-
чины тока на некоторых
типах машин. Макси-
мальный разброс вели-
чины тока имеют ма-
шины серий МТИП,
МШШИ. Предельные отклонения тока составляют 5—6%.
Для машин серии МТПТ предельные отклонения состав-
ляют 3,5—-4%. Опытный образец машины МШВ-50 имел
предельные отклонения 2,5—3%. Минимальный разброс
величины тока имеют конденсаторные машины, предель-
ные отключения не превышают 2,5—2%. При уменьшении
емкости зарядной батареи разброс увеличивается и до-
стигает значений ±3—4%.
Аналогичные системы контроля и сбора информации
о величине тока для последующей статистической обра-
ботки результатов широко применяются и зарубежом.
Например, «Duffers Associates» (США) выпускает комплект
144
Приборов для измерения тока, в который входит система
Сметчиков, фиксирующая число включений тока и коли-
чество его отклонений, выходящих за установленную
Границу.
Измерение и контроль усилия сжатия
электродов
Весьма короткое время формирования
с-нарного ядра обусловливает жесткие требования по
быстродействию на систему управления усилием сжатия
электродов.
Применяемые режимы сварки отражают стремление
упростить задачу регулирования. Этапы, на которых из-
меняется усилие, по возможности выносят за границы
Р < 81. Циклы сварки е переменным усилием сжатия электродов,
изменяющиеся во время действия сварочного тока’
а — цикл с «проковкой»; б — цикл с двукратной «проковкой»
пения усилия практически не регламентируется, удов-
лс| норяется едина венное требование—в течение за-
данного времени усилие должно достигнуть определен-
ного конечного значения, которое и является основным
Параметром процесса при формировании сварного ядра.
Если усилие должно обязательно измениться во время
Действия тока, быстродействие пневмопривода увеличи-
вают, придавая ему свойства релейной системы. Время
Перехода от одного усилия к другому в машинах сокра-
щено до предела.
Па рис. 81 показаны два основных цикла сварки, когда
изменение усилия принципиально невозможно выполнить
10 в. д. Орлов 145
вне интервала времени действия тока, в связи с чем иссле-
дование и контроль динамики процесса изменений усилия
являются обязательными. Цикл, изображенный па
рис. 81, а, применяют для устранения дефектов соедини
ния, связанных с усадочными явлениями. Цикл по рис. 81,6
создает благоприятные условия при формировании литой
зоны и расплавления плакирующего слоя при сварке де-
тали из некоторых алюминиевых сплавов толщиной более
4 + 4 мм. При сварке па машинах с радиальным ходом
динамику изменения усилия приходится исследовать
в связи с тем, что силы электродинамического взаимодей-
ствия токопроводов вторичного контура уравновешиваются
силой, развиваемой приводом усилия сжатия электродов.
В зависимости от величины сварочного тока электродина-
мические силы могут влиять на параметр F„.
Как правило, пренебрегают изменениями усилия, обу-
словленными дилатометрическим расширением металла,
которое в пределе не превышает 1 мм. Малое изменение
большого объема камеры, создающей усилие Fce, не вы
зывает существенных его изменений. Малыми ускорениями
при дилатометрическом расширении пренебрегают и силы
инерции всей подвижной массы привода усилия сжатия
нс учитывают.
При тарировке привода усилия при проверках до п
после ремонта для определения отклонении установивших-
ся значений Fco, FK, For>x применяют специальные дииа
мометры, которые измеряют величину усилия непосред-
ственно между электродами. Серийно выпускаемыми при-
борами являются динамометрические скобы ДПС (ДПС-1
для измерения усилий 100—500 кге, ДПС-2 для 500—
10 000 нес, ДПС-3 для 10—100 кгс).
Приборы и расположение их при измерениях показано
на рис. 82, а, б. Скоба представляет собой две стальные
пластины равного момента сопротивления, жестко скреп-
ленные одна с другой. На некотором удалении от места
соединения пластин в направлении вертикальной оси
в пластинах расположен ряд цилиндрических отверстий,
которые четко фиксируют положение подпятников, коп
тактирующих со сферической поверхностью электроде!
Местоположение подпятников выбрано так, что ни в пла-
стинах, ни в месте их жесткого соединения напряжения н<’
превышают предела упругости. Таким образом, деформа
ция скобы, а следовательно, перемещение концов пластин
пропорциональны усилию сжатия электродов. Перемещс
146
Инс концов пластин измеряется часовым индикатором.
R зависимости от величины усилия чувствительность
Скобы может быть изменена перестановкой подпятников
й другое гнездо — чем меньше Г№, тем дальше от места
Соединения пластин прикладывается сила. Каждая скоба
Тнрнруется при изготовлении и комплектуется Графиком,
Отражающим соответствие между показаниями индика-
тора и усилием.
Рис. 82. Скобы типа ДПС:
а — комплект (/ — ДПС-1. 2 — ДПС-2, 3—ДПС-3): б—скоба ДПС-1
и процессе измерений
Аналогичное назначение имеют и гидравлические дина-
мометры (рис. 83). Две мембраны, скрепленные по пери-
Mi'ipy, сжимаются через две круглые плиты. Гидростати-
ческое давление внутренней полости, пропорциональное
усилию сжатия, измеряется манометром. Подобного типа
устройства «хрупки» в эксплуатации. Незначительная
утечка масла или наличие пузырьков растворенного воз-
духа вызывают пластические деформации корпуса и сни-
Жпюг точность измерений
Для измерения усилия сжатия можно использовать
Пружины, встроенные в механизм привода между штоком
Механизма сжатия и ползуном (МТПУ-300, МШВ-63 и
Т н.). Для измерения усадки пружпны измерительный
Прибор усганавтнвают на ползуне, а упор закрепляют на
Деталях, жестко соединенных со штоком.
11а рис. 84 показано расположение электроконтактного
датчика в приводе усилия машины МТПУ-300. Упор за-
креплен на тягах, жестко связанных со штоком. Кон-
такты датчика, настраиваемые на заданную усадку пру-
10* 147
жины микрометрическими винтами, включаются в цепи
управления сварочной машины незадолго до включении
импульса тока. Если усилие достигло необходимого уровня,
команда на включение тока выпотняется, если имеет мест
недопустимое отклонение усилия, то контакты блокирую)
систему включения тока (для измерения осадки пружипи
можно использовать и другие измерительные приборы,
например индуктивные датчики и т. п.). Недостатком
тарельчатых пружин привода усилия серийных маил и
является наличие значн
Рис. 83. Гидравлический динамо-
метр
тельных сил сухого треш »
По этой причине систем:,
иногда не возвращаете»
в исходное состояние. Пр i
мепение пружин в целяи
измерения требует более
тщательной их обработк i
Промежуточные шайбы,
включенные в блоки i 1
рельчатых пружин, уве-
личивают трение. При ж
пользовании пружин дли
измерений целесообразно
из конструкции искт •
чать шайбы.
На некоторых образцах машин в механизм сжатия
встраивают мощные внтые (рис. 85) или пластинчаты)
пружины. Необходимо отметить, что осадка пружины,
расположенной между’штоком пневмопривода и ползуном,
не всегда точно отражает величину усилия сжатия элек
тродов, так как силы трения между ползуном и направ
ляющими изменяют распределение силы пневмопривода.
Особенно это заметно, когда применены скользящие на-
правляющие ползуна и электроды далеко выдвинуты
по технологическим причинам за вертикальную ось сим
метрик ползуна.
По этим причинам привод усилия сжатия машины
МТПУ-300 является более совершенным механизмом п >
сравнению с аналогичным узлом машины МТП-200 Для
контроля усилия иногда применяют контактные ман<>
метры. При контроле давления не учитываются силы тр<
ния не только в ползуне, но и в уплотнениях самого пневмо
прибора. При обработке внутренней поверхности цилиндра
по 5—6 му классам чистоты и круглых манжетах, которы
148
тогда применяют на дешевых сварочных машинах, силы
Трения достигают значительной величины, соизмеримой
С недопустимыми отклонениями.
При односторонней сварке, рельефной сварке и на мно-
готочечных машинах из-за ограниченного места не удается
разместить динамометрические скобы. В этих случаях
контрольные измерения
усилия могут быть выпол-
нены по методу, аналогич-
ному измерению твердости
Рис. 84. Контроль Fca с помощью
электроконтактно! о датчика (мо-
дель 229) и пружины в меха-
низме привода усилия (машина
МТПУ-300):
/ — датчик; 2 — упор
Рис. 85.” Витая пру-
жина в приводе уси-
лия:
/ — пружина; 2—регули-
руемый контактный дат-
чик
но Бринеллю. Для этого в электроды по центру завальцо-
инваютшар диаметром 5 или 10 мм, или несколько мелких
шариков по периметру рельефного электрода (рис. 86).
Усилие определяется по глубине отпечатка на металле
С заранее известной твердостью. Например, для измерения
усилия до 1000 кге может быть взят шар диаметром 10 мм,
и в качестве материала, на котором измеряются отпечатки,
отожженная медь (НВ 40—50). В соответствии с рекомен-
днниями по измерению твердости необходимо взять пла-
стины достаточной толщины с тем, чтобы глубина вмятины
была в 10 раз меньше ее толщины. Расстояние от центра
149
отпечатка до края пластины должно быть больше диа-
метра шара. Усилие по диаметру отпечатка может быть
рассчитано из выражения
(36)
где d — диаметр отпечатка; \
D — диаметр шара;
НВ — твердость выбранного металла и измеренная
с помощью шара диаметром D.
Для больших усилий следует применять более твердый
металл, например бронзы (Бр.НБТ). Усилие можно опре-
Рис. 86. Измерение F3l, по
отпечатку каленого шарика
на установке для односторон-
ней сварки:
1 — электроды с за вальцован-
ными шариками; 2 — пластики
известной твердости II В;
3 — электрододержателн
делить и сравнивая с эталон
иым отпечатком, сделанным
с помощью калиброванного уси-
лия.
Жесткий контур контактной
машины под действием усилия
сжатия упруго деформируется.
Измеряя деформацию отдель-
ных элементов, можно опреде-
лить силу, создавшую деформа-
цию. В связи с этим в лабора-
торной практике нередко на
консоли или электродержателп
наклеивают проволочные или
пленочные тензометрические
датчики. Основное преимуще-
ство наклеиваемых тензодатчи-
ков состоит в том, что они позволяют многократно воз-
вращаться к измерениям на той же базе и хорошо пере-
дают динамику нагрузки. С их помощью достаточно точно
удается исследовать процесс возрастания усилия при
включении «проковки».
С целью исключения громоздких расчетов, связанных
с конструктивными особенностями деталей, на которых
проводится тензометрирование, систему предварительно
тарируют путем создания определенного усилия. Напри-
мер, при использовании наклеиваемых датчиков усилие
создается механизмом сжатия электродов и измеряется
динамометрической скобой. Измеряя усилие сжатия элек-
тродов и выходной сигнал тензометрического усилителя
устанавливают соответствие между этими параметрами
в статическом состоянии. При динамическом нагружении
150
Найденное соответс вне используют для определения уси-
лия по величине сигнала с тензометрического усилителя.
Датчики, расположенные на съемных деталях, могут быть
протарированы отдельно на эталонном прессе.
Контроль и измерение времени переходного процесса
изменения усилия сжатия требуют преобразования сиг-
нала, пропорционального параметру, в электрический
сигнал. В большинстве случаев применяют способ пре-
Рис. 87. Прибор ДУ-69:
0 — схема датчика, б — монтаж датчика на машине: / — собственно Датчик;
И — регулировочная гайка для балансировки моста 3 — упор, в — осцил-
лограмма выходного сигнала при контроле
образования перемещений, вызванных деформацией упру-
гого элемента в электрические напряжения. В качестве
упругого элемента используют либо пружину, встроенную
И привод усилия сжатия, либо какой-нибудь элемент сва-
рочного контура машины, нагружаемый усилием сжатия.
На рис. 87 показано измерение прогиба нижней кон-
соли сварочной машины, пропорционального усилию
Сжатия электродов с помощью прибора ДУ-69. Основу
Прибора составляет индуктивный датчик, состоящий из
Двух катушек индуктивности L1 и L2, включенных по
дифференциальной схеме. В зазоре магиитопровода ка-
тушек перемещается подвижный якорь, жестко связан-
ный при измерении с консолью машины. В исходном
состоянии мост, образованный резисторами Д/, R.2 н
151
1
катушками датчика Ы, 1,2 сбалансирован, для чего в коп
струкцию введена регулирующая гайка (рис. 87, б).
При перемещении якоря баланс нарушается и на выходных
клеммах возннкаег напряжение, пропорциональное про-
гибу. Дифференциальная схема обеспечивает при пере-
мещении якоря в некоторых предетах линейное соответ
ствие между перемещением и
выходным сигналом. Резис-
тор R3 ограничивает ток на
грузки. Датчик питается па
пряжением промышленной
частоты (50 гц, 220 в) о г
трансформатора Тр. В ком
плект прибора ДУ-69 входя!
детали типа штанг, упоров
зажимов и т. п., позволяю
щих монтировать датчик
в 'разных Meciax сварочной
машины.
Па рис 88 показан серий-
но выпускаемый датчик
ДД-60 аналогичного пазиаче
ния. При нажатии на шток /
Рис 88. Датчик усилия ДД-60 (л) и осциллограмма
выходного сигнала при контроле 1К (6)
поворачивается рычаг 2, который через тягу 3 поворачивает
зубчатый сектор 4, сцепленный с шестерней 5. Размеры
деталей и соотношение плеч рычагов позволяют увеличить
линейное перемещение деталей. При повороте шестерни 5
затягивается пружина 6 н перемещается движок потен
циометра 7, что увеличивает разность потенциалов вы-
ходных клемм датчика. Потенциометр 7 подключен к су-
хому элементу СЭ При снятии усилия нажатия де
тали возвращаются в исходное положение.
152
Измерение интервалов цикла сварки
* Эти измерения выполняют так же, как
Измерения 1се и Есс, на основании исследования сигналов,
Пропорциональных фактическому значению параметров
Процесса, так как результаты измерений команд из си-
стемы управления сварочной машины не отражают точ-
ное ь их исполнения. Стремление исключить несуществеи-
Рис. 89. Измерение времени действия тока tce\
а — на однофазной машине; б — на низкочастотной машине; в — на
конденсаторной машине; в — на однофазной машине при евдрке одним
полупсриодом тока
X
Цые подробности из информации заставляет иногда зада-
вать условные траницы контролируемым интервалам
цикла.
Фактическое время 1се.ф действия тока однофазных
Машин равно заданному ta лишь в единственном случае,
Когда ток имеет форму синусоиды (i, 1„.ф.м рис. 89, а).
Изменение угла включения вентилей вызывает уменьше-
ние ф В связи с тем, что при продолжительности дей-
ствия тока большей 0,04 сек измеряется действующее
(Печение тока, условно принято считать, что прн любом
угле включения (рис. 89, я) tce ф равно ф. м, т. е. равно 13.
* 153
Фактическое время /„.ф. действия тока низкочастот-
ной машины (рис. 89, б) значительно больше времен!
заданного системой управления ts.
Время tM от начала действия тока до момента, когда
он достигает максимального значения, меньше t3. Условно
считают, что t„ = t3, если фактическая разница не пре-
вышает длительности включения одного вентиля (игнп
трона), т. е. для схемы однополупериодного трехфазного
выпрямления 0,006 сек, а для схемы двухпол у периодного
выпрямления 0,003 сек.
В ряде случаев, например, как показано на рис. 89, б,
такое условное определение недостаточно обоснованно.
Если принять допустимым отклонение по времени 5“i
то ts — 0,05/3. Следовательно, в данном случае
необходимо измерять фактическое значение tM. На низко
частотных машинах, ввиду отсутствия средств управлен1!и
с требуемой точностью, применяют мягкие режимы сварки,
при которых разница ts— tM 0,05/s и принятое услов
ное тождество достаточно обоснованно. На этих режимах
сварки не имеет существенного значения и продолжи-
тельность снижения тока от максимума до нуля, так как
его величина не влияет на размеры d и А. Поэтому рат
ность /„.«б—1» практически ие регламентируется и иг
контролируется.
В тех случаях, когда время снижения тока принцн
пиально важно с точки зрения качества соединения, сни-
жение тока делают управляемым, а его длительность кон
тролируют и регламентируют как параметр 1т.
Как показывают эксперименты, при достаточно кор<>1
ком времени импульса тока, например, при сварке in
конденсаторных машинах, формирование расплавленши!
зоны заканчивается несколько позже «вершины» импульс
тока. К сожалению, данная точка на кривой импульса ток
ие имеет характерных признаков. Поэтому при измерении
длительности импульса тока конденсаторной маши ни
измеряют и контролируют фактическое время действии
тока и время от начала импульса до максимум."
тока tH (рис. 89, в). При измерении времени действия t<u>.i
при сварке одним полу периодом на однофазных машин.к
целесообразно применять аналогичную методику, из и
рять фактическое время импульса и время от in .
чала тока до максимума tM (рис. 89, а).
Несколько условно фиксируется исполнение комаи ш
включения FK. Команда считается выполненной, если и»
154
'I
i
j
усилие достигло уровня 2/3 от установившегося значения.
'Таким образом, параметр tK при контроле определяет
Положение данной точки па кривой усилия по отношению,
К фактическому началу действия тока. В то же время
Необходимо учитывать, что в применяемых программи-
рующих устройствах ручками управления задается лишь
условное качало тока (команда па включение тока) и
условная точка приложения FK (команда на включение FK).
Фактическое исполнение команды на включение тока
Яивисит от угла включения вентилей, а фактическое ис-
полнение команды на включение FK зависит от быстродей-
Рис. 90 Запаздывание
а срабатывании ис-
полнительных элемен-
тов системы управле-
ния Fce (и^пэм — на-
пряжение питания
катушки клапана)
ствия всей системы управления FK Обычт о используется
Тикая цепь: тиратрон, реле, клапан, «хлопушка» диаф-
рагма (цилиндр), ползун. Наиболее инерционным эле-
ментом являются последние звенья: клапан, «хлопушка»,
диафрагма (цилиндр), ползун.
На рис. 90 показано запаздывание этой системы на
ртнне катушка клапана—электроды.
В связи с многообразием возможных ситуаций, при
Мпторых ток и усилие различны по длительности действия,
Величине, взаимному «расположению» во времени и за-
кону изменения, существуют определенные трудности
К разработке и изготовлении специализированной аппа-
ратуры, обеспечивающей контроль фактических интер-
|ИЛов цикла и автоматическое определение их границ
рц основе формальной логики. Например, интервал tM
Тока конденсаторной машины легко опознать по изменению
Полярности сигнала, пропорционального скорости изме-
рения тока. В то же время на основании этого признака
Трудно опознать такой же интервал на низкочастотной
Мишине, удобнее пользоваться числом включений игни-
тронов. На конденсаторной машине целесообразнее изме-
рить длительность в долях секунды.
. В связи с этим как в исследовательских работах, так и
I условиях производства контроль интервалов цикла осу-
ществляется в основном путем визуального наблюдения
155
сигналов, пропорциональных исследуемым параметрам и.
электронном ити шлейфовом осциллографе (в записи и.
пленку). Наиболее распространены магиитоэлектриче
ские осциллографы МПО-2, Н102, Н105 и электронные
ЭНО-1, Cl-4, CI-19, С1-18. Осциллограф Н105 позволяег
записывать сигнал на фотобумагу (типа УФ), не требую-
щую затемнения и химической обработки. Указанные
электронные осциллографы являются низкочастотным i
с трубкой длительного просвечивания. Для вертикально! о
отклонения луча во всех приборах применяется усилитель
постоянного тока. Осциллограф С1-18—двухлучевой,
его применение особенно целесообразно для контрол>1
параметра tK, так как одновременно могут быть развер-
нуты во времени оба сигнала тока и усилия.
Для совместного исследования двух параметров ни
однолучевом осциллографе можно применять коммутатор
К-63 либо использовать некоторые приемы. Например,
оба источника сигналов включить последовательно или
осуществить запуск внешней развертки осциллограф-i
сигналом тока, а на вертикальные пластины подан,
сигнал усилия. Момент приложения FK можно измер! и.
по числу световых временных меток от начала развертки
до соответствующего возрастания сигнала пропорции
иального FK. Световую отметку в момент исполнена i
команды FK можно создать, использовав сигнал с контакт
кого датчика, работающего с пружиной в приводе усил ы
машины (см. рис. 84). Для этого датчик настраивают i .1
замыкание контакта лишь по достижению FK. Небольшо i
сигнал положительной полярности, например от батареи,
подается через контакт датчика на пластины внешней
модуляции трубки осциллографа. В момент замыкали
контакта на экране осциллографа будет яркая вспышка
луча. Запуск осциллографа при этом может осуществляться
от усилителя вертикального отклонения, на вход которое
подается сигнал тока.
Измерение tK возможно также на однолучевом осипл
лографе (С1-4, С1-19Б и т. п ) с использованием схемы
приведенной на рис. 91. На вход осциллографа подаеи
сигнал FSA с датчика усиления ДУ 69. Запуск ждущей
развертки осциллографа происходит от внешнего сигиалл
при срабатывании магнитоуправляемого контакта Л4Л А
практически в момент включения тока. По числу полг
периодов от начала развертки до начала нарастав
Лл(Л:) определяют tK.
Синхронизация
осциллографа
к входу
осциллографа
Т Недостатком способа измерений с помощью осцилло-
|рафа является необходимость считать число отметок
Времени. Поэтому в тех случаях, когда определение гра-
Цщ контролируемого интервала на основании формальных
{ризнаков не вызывает затруднений, применяют приборы
более наглядной систе- „ „ ,
К Rvnntt Гимхппиичпиня
Мои отсчета.
На рис. 92 показан се-
{ийно выпускаемый при-
ор СИ-2. Его основу со-
С1йвляетдекатронный счет-
чик импульсов. Тактовые
Импульсы счета формиру-
ются либо из полуволн
Напряжения сети, от кото-
рой питается счетчик, либо
ИВ полуволн сигнала про-
порционального току одно-
фазной машины, если кон-
тролируется длительность
гока машин именно такого
Hina. Для этого в комплект
Прибора включен датчик,
апялогичный магнитному
Поясу (рис. 92, б). Сигнал
датчика интегрируется и
Преобразуется в счетные
ММпульсы усилите пем-ог-
рапичителем и ''дифферен-
цирующей цепочкой. В ис-
Вод! ое состояние счетчик
Сганавливается вручную
оикой «Сброс». По исте-
ВИ нн времени действия тока отсчет снимается по светя-
щимся катодам декатронов. В приборе имеется достаточно
быстродействующая электромеханическая система, выпол-
ненная на базе поляризованного реле, которая позволяет
1 достаточной точностью контролировать «длинные» им-
ульсы тока низкочастотных машин и машин с выпрямле-
|Ие во вторичном контуре. Реле срабатывает под дей-
ствием сигнала с датчика (рис. 92,6) и включает импульсы,
бфопмированные из полуволн сети на вход прибора.
Известны единичные образцы приборов, изготовленные
М основе других элементов. Например, прибор РВС-1
157
Рис. 91 о Контроль приложения ко-
вочного усилия:
а электрическая cxehia, б — графики
тока и усилия; в—кривая, наблюдае-
мая на экране осциллографа
построен на базе лампы с холодным катодом МТХ ЯП.
По принципу действия прибор РВС-1 практически подобен
прибору СИ-2.
Прибор СИ-2, кроме основного назначения — контрол»
выходных параметров сварочных машин, можно исполь-
зовать и для контроля цепей управления. Тактовые им-
пульсы на счетный вход могут включаться системой сш>
бодных контактов реле, принадлежащих шкафу управ.ч-
ния сварочной машины. Для запуска счетчика можно при
Рис. 92. Прибор
СИ-2 (а) и распо-
ложение датчика
прибора во время
измерений (б)
менять импульсы, сформированные с помощью магнии,
управляемого контакта (МУК), расположенного во вторнч
ном контуре. МУК отличается высоким быстродействии
и «успевает» сработать от каждого полупериода том
однофазной машины. МУК и электроконтактный датчик
(см. рис. 84) в комплекте с прибором СИ-2 могут быть и
пользованы для контроля момента приложения FK. Дл«
этого импульсы напряжений известной частоты (50 .т-i
включают магнитоуправляемым контактом, а выключим
электроконтактным датчиком, настроенным на размьны
ние по достижении FK.
Для этих же целей используют и некоторые электр,
механические счетчики, например ПВ-52 или элек1р,
секундомер ЭС-54. Вероятность ошибок в случае примгк*
ния электромеханических приборов значительно болим
158
r i
ГЛАВА V!
КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА
Наиболее перспективные методы контроля
качества процесса основаны на измерении следующих пара-
метров: электрической проводимости зоны сварки, паде-
ния напряжения на электродах (роликах), дилатоме-
трического расширения металла, температуры в отдельных
точках поверхности зоны сварки и проводимости искус-
ственно созданных ультразвуковых механических коле-
баний при их прохождении через детали, как во время
снарки, так и по окончании процесса.
В зависимости от конкретных условий теснота связи
между отдельными физическими параметрами и конеч-
ными результатам сварки существенно изменяется. Тех-
нические возможности измерений также предопределяют
достоверность прогноза и объем применения каждого
метода контроля. Особенно большое значение имеет на-
дежность, точность и простота вычислительных элементов,
Применяемых для автоматизации процесса контроля.
Наиболее точно прогнозировать качество сварки можно
па основе одновременного совокупного использования не-
скольких методов контроля, основанных на измерении
различных параметров. Однако из-за технических труд-
ностей реализации развитой системы контроля и сложности
обслуживания несовершенной аппаратуры исследователи
цока пользуются измерением лишь какого-то одного
параметра в условиях наиболее тесной зависимости между
данным параметром и результатами сварки.
4 В связи с тем, что число возможных ситуаций осуще-
ствления процесса сварки, отличающихся свойствами
свариваемых металлов, применяемым оборудованием, ре-
жимами сварки и т. п., весьма велико, статистические дан-
ные, полученные на основе изучения какого-то конкретного
случая не могут быть применены во всех возможных ситуа-
циях. Приходится либо дублировать исследования, либо
искать объяснение наблюдаемых закономерностей в де
тальном изучении физической природы процесса. Управ-
ляемые параметры, внешние возмущения, а также вели-
чины, выбранные для характеристики процесса, обычно
задаются и измеряются в интегральной форме, в то время
как состояние металла в зоне сварки зависит не только от
интегральной величины того или иного параметра, но и
от распределения воздействий по всему объему зоны рас-
плавления. Успешному выбору метода контроля может
способствовать анализ взаимосвязей между параметрами,
заданными в интегральной форме, и распределенными
парамеграми процесса.
Состояние металла (в жидкой или твердой фазе на
ходится он в течение процесса) зависит от распределения
температуры в объеме зоны расплавления. Известное урав-
нение теплопроводности описывает состояние металла
в процессе нагрева
= div (Xgrad б) | qv, (37)
где с — объемная теплоемкость металла;
X — коэффициент теплопроводности металла;
б — температура в исследуемой точке зоны сварки;
де — объемная производительность источника тепла.
Источник тепла, действующий в том же объеме ме-
талла, представим как некоторый ток Ai, протекающая
через плоскость AS исследуемого объема ДУ, нормально
ориентированную к линиям тока, который на длине линии
тока А/ вызывает падение напряжения, равное Au (ДУ
— AS AZ). Ток Ai — j Л.5, где j — плотность тока через
плоскость. Падение напряжения Au = —Е Ы, где Е
вектор напряженности электрического поля.
Будем считать, что ввиду малых геометрических раз-
меров зоны сварки и низкой частоты промышленного тока
распределение его следует законам стационарных элек-
трических полей. Магнитные свойства свариваемых дета
лей также не будем учитывать, тем более что при нагреве
до высоких температур плавления магнитные свойств.i
металла проявляются значительно слабее.
Так как j - vE, количество тепла AQ, выделяющееся
в объеме ДУ за время AZ будет равно
AQ - 0,24Ai-Au-Af =- 0,24/'2р ДУ-Ai,
160
i ।
Ь где p = —---удельное электрическое сопротивление ме-
L талла, зависящее от температуры;
К v — удельная электрическая проводимость ма-
F териала, зависящая от температуры.
| Таким образом, объемная производительность источ-
ника тепла равна
а распределение температуры в зоне сварки описывается
уравнением
£ -4- <liv(Xgradti)- 4-0,24рЛ (38)
Плотность тока в каждой точке зоны сварки в значи-
тельной степени предопределяет скорость нарастания
температуры в этой точке. Этот факт, выражаемый урав-
неннсм (38), предопределяет количественные соотношении
I между всеми интегральными параметрами процесса (/„,
I ЛЭл).
I Из системы известных дифференциальных уравнений,
I описывающих распределение плотности тока и потенциалов
Кв зоне сварки [div / — 0, rot Е — 0, u3.s — J pj dl,
г 0
| div (grad и) = р/1, целесообразно выделить два — урав-
, некие, явно выражающее функциональную зависимость^.®
от /, и уравнение Пуассона, отражающее перераспределе-
ние потенциалов в зоне сварки, а следовательно, и
плотность тока j в зависимости от р. У ряда металлов р
с нагревом меняется существенно.
Изменение р не является единственной причиной изме-
нения /, так как площадь контакта, а следовательно весь
объем, подвергающийся воздействию, зависит от величин
Fee 11 Дм- Для ориентировочной оценки количественных
соотно! юний между размерами зоны воздействия и пара-
метрами Fce и воспользуемся решением Герца задачи
о площади контакта абсолютно упругого шара с такой же
полуплоскостью. Такое предложение является произ-
рольным, так как имеют место не только пластические
деформации, но и расплавление. Условно будем считать,
Что вся рассматриваемая зона столь большая, что в среднем
Контакт остается жестк im, а изменяются лишь физические
Свойства металла, модуль упругости Е и коэффициент
11 Б. Д. Орлов 161
L
Пуассона и. Тогда радиус площади контакта электрода
с деталью зависит от Fce и R3j следующим образом-
3 “ i ] ц2 । ц2 \
т = 0,721 |/ F„-2RM , (39)
где щ; р.2 — коэффициенты Пуассона для контактирус-
мых металлов:
Еп Е2 — модули упругости.
По мере нагрева деталей члены равенства (39) р. и Е
будут существенно изменяться, в том числе и в среднем по
всей зоне воздействия. Первоначальная площадь контакта
мала по сравнению с площадью по окончании процесса.
Например, при сварке стали толщиной 2 мм, Fce—1000 кгс
и /?.,л = 150 мм диаметр площадки, рассчитанный по
равенству (39), до включения 1п будет равен 4,5—5 мм.
До нагрева распределение давлений под электродом
будет соответствовать закону, заданному формулой
р=/1-(^)2ро-
(40)
Очевидно, что с нагревом характер распределения
давления изменяется.
В распределении воздействий по объему зоны сварки
большое значение имеет процесс саморегулирования —
там, где наиболее высокая плотность тока из-за нагрева,
металл выдерживает меньшее дав 1ение, и оно автоматиче-
ски перераспределяется на области с меньшей плотностью
тока. В сфере воздействия оказываются участки металла,
которые до этого оставались незатронутыми. Соответ-
ственно перераспределение давления уменьшает плот
ность тока по всему объему зоны распределения и ско-
рость нарастания температуры металла уменьшается.
Для обеспечения качества процесса важно регламенти-
ровать скорость роста температуры в зоне сварки, что
существенно зависит от плотности тока и объема зоны воз-
действия (так как d и А заданы), которые определяются
распределением давления.
В связи с этим особый интерес вызывают исследования
таких параметров, как напряжение являющееся
функцией плотности тока и сопротивление /?_, являю
щееся функцией геолетрнческих размеров зоны возден
ствия управляемых параметров процесса и физических
свойств свариваемого .металла.
162
Y
Проводимость участка электрод- электрод
Сопротивление участка электрод—элек-
трод приближенно можно выразить формулой
Язэ = Ро(1-а6ср)-?®-, (41)
где Ро — удельное электросопротивление металла при
постоянной известной температуре;
а — температурный коэффициент удельного элек-
тросопротивления;
6fp — средняя температура объема, по которому про-
текает ток;
С — толщина свариваемых деталей;
S — площадь контакта электрод—деталь.
На основании формулы (41) условно можно выделить
три отдельных схемы связей между параметрами, входя-
щими в формулу. Если металл свариваемых деталей одно-
роден по своим электрофизическим свойствам (р0 = const)
толщина неизменна (fi = const), а площадь контакта мало
изменяется в процессе сварки (S = const), то на основании
формулы (41) можно судить о температуре нагрева ме-
талла в зоне контакта. Другая условная схема может быть
выделена на основе предположения, что прн сварке деталей
неизменной толщины из однородного по электрофизиче-
ским свойствам металла действие внешних возмущений
на процесс приводит (даже в случае перасплавления ме-
талла) к интенсивному его нагреву. Поэтому удельные
электросопротивления расплавленного и нерасплавлен-
ного металла мало отличаются друг от друга, но зато
резко меняются его механические свойства при изменении
фазы состояния (расплавлен—не расплавлен). При таких
условиях можно считать, что изменения Rs_ 3 отражают
в основном изменения площади контакта на участках
электрод—деталь и деталь—деталь. ,
Условно может быть выделена и схема, основанная на
предположении, что действие внешних возмущений огра-
ничено автономными системами стабилизации параметров,
которые гарантируют малую изменчивость конечных
значений удельного электросопротивления и площади
контакта в результате нагрева. Тогда па основании изме-
рений можно судить о толщине свариваемых деталей.
Рассмотрим результаты эксперимента, представляю-
щего собой попытку практической реализации первой
11* IG3
условной схемы. Сварку выполняли на электродах с наи-
более распространенной сферической формой рабочей
поверхности. В качестве объекта исследований были
выбраны стали ЗОХГСА и Х18Н10Т, имеющие различные
коэффициенты а. Для стабилизации площади контакта
применяли подогревающий импульс, который, не расплав-
ляя металла в зоне сварки, «размягчал» его настолько,
150
120
110
100
00
80
70
60
50 _ . _____ . _
10 50 50 7О*О.(Лсен 5 10 15 20 25^0.01сек
а) &)
Рис. 93. Зависимость Кэ. э от параметров режима при сварке с подо-
гревающим импульсом тока:
с) материал ЗОХГСА, толщина 2 2 жл, /п0^ & = 6,5 ка. 1 — номинальный
режим, Fce •— 1080 кге, 1св $ — 9.7 ка; — 75 мм, d = 8,5 мм, Л » 65%;
2 — Fcg •- 1450 кге, d == 7,3 лл<, Л =» 50%: 3 — Кэ<1 “ 200 л*л, d ™ 7,1 лл,
Л — 50%; 4 — Fcg— 850 ксг. d 8.6 мм. А = 70%, 5 — I£g q == 8,8 ка.
d — 5,6 мм, А *- 75%; 6 — 1св q — 11,4 ка, d = 9,9 мм. А = 75%
б) материал Х18Н10Т, толщина 2 -|- 2 мм, /п0^ == 6,0 ка, — 0,88 сек'*
J — номинальный режим, Fcg — 1080 кге, 1£д $ = 10,5 ка Ц 75 леи.
d *= 7,9 мм. А = 70%; 2 — F *= 1250 кге, d 7,7 мм; А = 6.5%; 3 — Кэл =
~ 200 мм, d 6,5 мм, А — 30%; 4 — Fce — 850 кг. d — 8,2 лм, А — 80
5 — ^св О = 9 №. d 6,3 мм, А = 50% ; 6 ~~ I — 11,8 ка. d — 9,2 мм,
Л == 85%
что образовывалась контактная площадка, по размерам
близкая к значению диаметра ядра минимального для
данной толщины (7 жм).
На рис. 93, а, б показано изменение при отклоне-
нии различных параметров процесса. Разность сопротив-
лений Из.3, соответствующих началу действия тока /св
и максимуму /?». э, отражает различие коэффициентов а
для обоих металлов. У стали ЗОХГСА разность больше,
Больший ток (кривая 6) увеличивает скорость нараста-
164
пия R3.g. Из рис. 93, а видно, что более интенсивный на-
грев (кривая 6) вызывает некоторое увеличение Rg.g в на-
чальный отрезок времени.
Однако предположение, что подогревающий импульс
стабилизирует контакт настолько, что он маю меняется
в процессе сварки, оказалось неверным. На рис. 93, а, б
кривые, отражающие изменения Rg. э по истечении неко-
торого времени, стремятся к минимальному значению, это
можно объяснить лишь увеличением площади контакта
электрод—деталь. Попытки скорректировать подогреваю-
f щий импульс с целью стабилизации контакта успеха не
имели. Таким образом, результаты эксперимента позво-
ляют предполагать, что в условиях нагрева металла
зоны сварки до высокой температуры, близкой Тпз,
когда важно различить произошло его расплавление или
нет, изменения удельной электрической проводимости
металла почти ие отражаются на интегральной величине
проводимости зоны сварки. Величина Rg,g зависит в ос-
новном от площади контакта на участках электрод—
деталь и деталь—деталь. Изменение упругих свойств
; металла, обусловленное нагревом, как бы превалирует
над изменениями его электрофизических свойств. В обыч-
ных условиях подогревающий импульс тока не применяется
за исключением особых ситуаций. Поэтому процесс раз-
вития контакта, изменение его геометрических размеров
почти целиком предопределяет характер изменения пара-
метра Rg. э иа протяжении всего времени действия тока.
В Таким образом, более обоснованной является вторая
В условная схема связей между параметрами, входящими
в формулу (41).
На рис. 94 показано изменение сопротивления участка
электрод—деталь Rg.g. Характер кривых свидетельствует
о том,что развитие площади контакта происходит непре-
рывно, практически в течение всего времени действия тока.
Для исследования величины Rg.d применяли электроды,
конструкция которых показана на рис. 95. По величине
этого параметра предположительно можно судить о гео-
метрии площади контакта.
На рис. 96, а, б приведены данные, полученные при
сварке металлов Х18Н10Т и ВТ15 при изменении различ-
ных параметров процесса. Характер изменения R3.g можно
объяснить, проследив динамику изменения площади кон-
такта и удельного электросопротивления. Увеличение
В площади контакта приводит к повышению проводимости
165
зоны сварки, а увеличение р из-за нагрева вызывает умень-
шение проводимости. В связи с этим на кривой э иногда
можно проследить характерный перегиб, отстоящий от
начала процесса по времени примерно на расстоянии l/3/fe
У металлов малой жаропрочности перегиб выражен более
ярко.
Численные соотношения между величинами пред-
ставленными на рис. 96, а, б, подтверждают, что измеие-
Рис. 94. Изменения R3 я, Rgg и
R3_g при точечной сварке."
рд.&г~Л3.д:-----------------сталь
XI8H10T, толщина 2 т 2 лл;
—-----сталь 08кп. толщина 1,5 ~f-
4* 1.5 мм
Рис. 95. Устройство элек-
трода для измерений д'.
I — электрод, 5—керамиче-
ская трубка; 3 — зонд-пру-
жина; -/—изолятор; 5—опор
ный стержень; 6 — места
пайки
ния Rg,3 при действии разтичных возмущений отражают
в основном изменения площади контакта. Малый ток
недостаточно нагревает металл, поэтому пластичность
низка, а следовательно, мала образовавшаяся площадь
контакта, в результате R3. э имеет высокое значение.
Увеличение тока оказывает обратное действие. Повыше-
ние Fce и R3j. увеличивает площадь контакта, a R3,3 умень-
шает.
Так как изменения R3,3 наиболее полно отражают из-
менения площади контакта S, то при определенных усло-
виях величина R3-3 может служить мерой величины-^-.
Основными условиями наиболее тесной связи между вели-
166
чинами RSi3 и 5 являются постоянство толщины свари-
ваемых деталей и сопротивления окисных пленок на по-
верхности свариваемых деталей (см. гл. III). Постоянство
толщины деталей является обязательным условием, так как
связь между толщиной детален 26 и величиной 7?э. 3 также
достаточно высока. Это очевидное соответствие иллюст-
а — сталь XIRH10T, толщина 2 + 2 мм: спорка на Мишине переменного
тока; 1 — номинальный режим, !се q — 10,3 ка, Feg == 970 кге; RffJ} °= 75 мм,
d = 7,7 мм /4 — 82%; 2 ЕСв — 1270 кге. d — 7,0 мм, /4 = 70%; 3 —
R3ll = 150 мм; d = 7,0 жл, А = 70%: 4 — F£g = 790 кге, d — 7,3 ж, Л“
= 82%, 5 — /^ = 8,6 ка. d — 6,0 лгж, А — 56%; б — 1 = 11,9 na.d
= 8,5 мм, А — 80%;
б — сплав ВТ15, толщина 2 -г 2 жж, сварка на машине переменного тока-
1 — номинальный режим, /сд $ = 9,6 ка, Fcg-= 850 кге, d = 7.5 мм, Л —
= 65%; 2 — F^--* 1200 кге, J== 7,0 мм. А — 62%. 3 — К9Д = 150 мм.
d = 6.5 жж, А - 60%; 4 F^ =* $50 ксс; d 7.6 жж, А — 68%; 5 д =
— 7,5 ка, d — 5,0 мм. А — 55%; б /£д q — 12,4 ки. d = 9,2 жж, А = 70%
рирует кривая R3 3 на рис. 108. При определенных усло-
виях эта связь может быть использована для автомати-
ческого опознавания толщины свариваемых деталей.
Описанные связи между величинами, определяющими
R3.3, наблюдаются у большинства металлов. В качестве
примера на рнс. 97 показаны кривые изменения R3.3 до-
вольно разнородных металлов. Резких различий не вно-
сит и жесткость режима сварки. На рис. 98 показано из-
менение R3'3 при сварке титана на конденсаторной ма-
167
шине. Необходимо отметить, что при сварке на жестких
режимах выше плотность тока, поэтому больше grad 0 на
границе зоны расплавления. Металл в этой области в связи
с более низкой температурой обладает более высокими
упругими свойствами. Для изменения площади контакта
требуются большие изменения и /?э„ т е. изменения
в равных пределах любого из этих параметров при жест-
Рис. 97. Измс клин Кэ э при
точечной сварке:
/—снлал ОТ4, толщина 2+.2 мм.
2 сталь Х18Н10Т, толщина
2 4- 2 мм; 3 — сталь 08кп, тол-
щина I 4- 1 мм; 4—латунь Л62,
толщина I 4* I -«л; 5 — сплав
Д16АТ, Толщина 1 -р I мм
ком режиме меньше влияют на
площадь контакта, чем при мяг-
ком режиме. Очевидно, что про-
водимость участка электрод
электрод зависит от местополо-
Рис. 98. Зависимость 7?э. э от Fre при
точечной сварке сплава ОТ4, толщина
2 1- 2 мм, на конденсаторной машине:
J — 350 кге, 2 — 650 кге, 3 — 900 кге.
4 — 1600 кге
ных точек. При роликовой сварке эта закономерность
имеет ярко выраженный характер.
Образование выплеска металла в процессе сварки вли-
яет на величину R-,.3 и вызывает резкое увеличение про-
водимости, что можно объяснить перераспределением дав-
ления под электродами. Электрод после выплеска давит
лишь на кольцевой валик. Это повышает давление и вызы-
вает увеличение площади контакта. В табл. 18 приведены
средине значения Rs,3 в конце процесса сварки для неко-
торых металлов, полученные на номинальных режимах
сварки и поминальных размерах литой зоны соединений.
168
Таблица 18
Средние значения сопротивления R3. э (в мком) участка электрод—
электрод в конце процесса сварки
Металл -. Роликовая сварка Точечная сварка герметичным швом
При толщине металла в мМ
0.3| 0.5 1,0 1.5 2.0 3.0 0.3 0.5 1.0 1.5 2,0
ЗОХГСА 195 160 125 по 100 90 145 ПО 75 62 55
Х18Н10Т 215 185 150 130 120 ПО 188 162 130 115 105
ВЖ98 230| 200 165 140 125 115 210 180 125 128 113
ОТ4-1 240 210 76 48 165 145 133 120 224 195 154 135 124
J162 30 24 20 18 46 29 18 15 12
Бр.Б2 90 63 40 32 27 23 54 38 24 19 16
Д16АТ 18 16 3 11 10 8 14 11 10 8
Для изменения параметра R3.s требуется сложная аппа-
ратура. В лабораторной практике Rs. э можно вычислить
по осциллограммам записи падения напряжения на учаг
стке электрод—электрод и3.3 и тока tra. Так как на про-
вода, снимающие потенциал с электродов, действуют мощ-
ные магнитные поля, их целесообразно сплетать так же,
как при пользовании шунтом во вторичной цепи (см. гл. V).
Для того чтобы исключить ошибки, обусловленные поме-
хой, пропорциональной наведенной э. д. с. для расчетов
следует брать ординаты осциллограмм, соответствующие
по времени точкам, когда — 0.
Расчеты можно выполнить и с применением средств вы-
числительной техники. Быстродействующие цифроанало-
говые преобразователи позволяют использовать для об-
работки результатов измерений большие цифровые вычи-
слительные машины, ие прибегая к обработке осцилло-
граммы, таблиц и т. п. Одиако пока этот способ доступен не
всем исследователям. Значительно мепее громоздка вы-
числительная аппаратура, действующая на аналоговом
принципе. Она может работать в натуральном масштабе
времени, т. е. результаты вычислений поступают непо-
средственно в ходе процесса сварки, что позволяет ис-
пользовать их в целях автоматического опознавания ситу-
ации и построения системы регулирования или контроля,
связанной с системой управления процессом
169
Для вычислений мгновенного значения , необхо-
димы достаточно широкополосные функциональные эле-
менты. Полоса пропускания должна быть не ниже 20 кгц.
Для решения многих задач может быть достаточным
измерение величины в среднем. Предлагается вычи-
слить среднее значение в каждый момент времени
J | иэ. э I <п
RS.a.cp^-t------, (42)
J
о
где t—время.
В этом случае требования к полосе пропускания функ-
циональных элементов значительно ниже 1,5—2 кгц,
причем для вычислений можно использовать стандарт-
ные вычислительные блоки, например, типа НБН, т. е.
менее дефицитные устройства. Оценка величины R3_g
в соответствии с формулой (42) не дает накоплений ошибки,
обусловленной действием наведенной э. д. с., если для
получения сигнала, пропорционального R3.,, применить
управляемый выпрямитель. Принцип действия такого
устройства изложен нескаако ниже, в связи с рассмотре-
нием вопросов измерения параметра изэ. Операция «де-
ление» является наиболее трудной с точки зрения машин-
ной обработки данных, так как возникают значительные
инструментальные ошибки нз-за применения функциональ-
ных элементов, действующих по принципу аппроксимации
нелинейных функциональных соответствий.
На рис. 99 приведена одна из возможных схем для вы-
числения среднего значения Rg. а на базе элементов анало-
говой техники. Схему применяли для исследований зави-
симости 7?э.от толщины,свариваемых детазей при неиз-
менном токе. Вычисления ведут в соответствии с формулой
(42).
Для формирования сигнала пропорционального дели-
телю (/„) служит канал передачи, образованный;усили-
телями У2, У4, Уб. Усилитель У2 интегрирует выходное
напряжение тороида и формирует сигнал, пропорциональ-
ный сварочному току. Резистор R3 вместе с конденса-
тором С1 определяют масштаб сигнала. Коэффициент
усилителя У4 равен —1 (R9 = R10), поэтому выходное
напряжение У4 равно выходному напряжению У2, но
170
противоположно по фазе. Диоды Д1 и Д2 обеспечивают
соответствие тока входной цепи усилителя Уб модулю сиг-
нала, пропорционального ice. Резистор R11 и конденсатор
СЗ определяют значение напряжения соответствующего
делителю [см. формулу (42)]. При отсутствии тока 1са
и в первый, весьма короткий отрезок времени, сразу от
начала его действия, в качестве «делителя» па вход блока
деления через диод Д4 поступает напряжение от отдель-
ного источника 10 в. Это исключает нежелательную ситуа-
Рис. 99. Схема автоматического вычисления /?э. э на базе элементов
аналоговой техники
цию, когда «делитель» равен пулю. Усиление сигнала,
пропорционального из э осуществляется усилителем У/.
Масштаб устанавливается резистором R2. Коэффициент
усиления УЗ равен —1 (R7 R8). Входной ток усилителя
У5 пропорционален модулю us s, но в отличие от канала
преобразований сигнала тока, применяется управляемый
выпрямитель УВ, что позволяет ограничить величину
ошибки вычислений, обусловленной действием э. д. с.,
наведенной в проводах, снимающих потенциал с электро-
дов. В качестве блока деления использовали стандартный
блок НБН, работающий на квадратичных функциональ-
ных преобразователях. Работа интеграторов У2, У5, Уб
синхронизирована с временем включения тока ico магии-
тоуправляемым контактом МУК и реле Р. Выходной сиг-
нал блока деления можно измерять обычным вольтметром,
171
если на время отсчета реле Р оставить в возбужденном
состоянии.
Ввиду относительной сложности аппаратуры для авто-
матических измерений, параметр R3_, в производственных
условиях нс используется для контроля процесса. В связи
с этим опыт лабораторных исследований едва ли можно
считать достаточным для оценки или рекомендаций по
методике выполнения контроля на основании измерений
этого параметра. Однако не вызывает сомнений, что по
мере совершенствования вычислительных устройств про-
мышленной автоматики, приборы, прогнозирующие ка-
чество сварки, найдут широкое применение.
Наибольший интерес представляют две основные схемы
контроля. Одна схема строится на оценке среднего значе-
ния сопротивления Rs,3.cp и измерения величины тока 1„.
Если заданному значению тока соответствует среднее зна-
чение R3.3.Cp, равное или большее заданного, то расплав-
ление произошло обязательно, так как высока плотность
тока, а следовательно, и интенсивность нагрева. В другой
схеме измеряется разность между наибольшим мгновен-
ным значением Rs,3 и значением R3 3 в конце процесса
Если она велика, то разогрев металла был интенсивным —
металл оказался мягким и образовалась большая площадь
контакта, следовательно, вероятность расплавления за-
данного объема металла высокая. Обе схемы контроля
исходят из предположений, что величина R3 3 отражает
в основном изменения площади контакта, и не противоре-
чат одна другой. Для практической реализации обеих
схем на данном этапе автоматизации процесса контакт-
ной сварки пригодны лишь предельно экономные и про
стыс средства автоматических измерений, так как зна-
ние принципов действия сложных вычислительных уст-
ройств ие обязательно для лиц, обслуживающих свароч-
ное оборудование и средства контроля. Хотя вычислитель-
ные методы решения обсуждаемых задач просты и давно
уже отработаны специалистами, внедрение устройств,
реализующих эти методы, вызывает серьезные затрудне-
ния, так как необходимая точность вычислений ие позво-
ляет применять упрощенные схемные решения. В целях
облегчения решения задачи удобно исключить операцию
деления, а автоматическую оценку ситуации на базе
любой из названных схем контроля выполнить методом
прямых измерений двух параметров: тока и падения на-
пряжения на электродах.
172
Падение напряжения на участке
электрод- электрод
Зона сварки, являясь одним из элементов
электрической цепи сварочной машины, влияет на вели-
чину ее тока и соответственно падение напряжения на
участке электрод—электрод зависит от совокупного рас-
пределения параметров — вторичного напряжения сва-
рочного трансформатора, полного сопротивления контура,
включая сопротивление обмоток трансформатора, и про-
водимости зоны сварки. Как уже отмечалось, проводи-
мость ^G — зависит от толщины деталей, усилия
сжатия электродов, их кривизны и величины тока, точ-
нее. от температуры нагрева металла под действием этого
тока 1се.
Если толщина свариваемых деталей неизменна, а
металл по своим электрофизическим свойствам одноро-
ден, то предположение, что величина R , отражает в ос-
новном размеры площади контакта, позволяет считать, что
величина иэ,3 при тех же условиях может служить мерой
плотности тока через зону сварки в среднем по попереч-
ному сечению
^з. 3 ^з. э^св ^Св == kjep,
где S — площадь контакта электрод—деталь;
k— коэффициент пропорциональности.
В соответствии с уравнением (38) плотность тока пред-
определяет объемную производительность источника
тепла q, — один из основных параметров теплового про-
цесса. Достижение температуры плавления Тп., металла,
кроме параметра qJt зависит от теплофнзическнх свойств
свариваемого металла и grad 0. Для граничных областей,
в особенности па границе металла е электродом, трудно
делать какие-либо априорные утверждения в отношении
grad 0 и коэффициента теплопроводности. Что касается
внутренней области зоны сварки, отстоящей недалеко по
высоте от плоскости разъема свариваемых деталей, можно
предполагать, что условия тсплоотво,1а здесь изменяются
незначительно и при неизменном значении плотности
тока, равной заданной, температура плавления металла
за tcg будет достигнута обязательно.
Эксперименты, выполненные в условиях наиболее тес-
ной связи иэ „ — j, т. е. прн неизменной толщине одно-
173
родных по электрофизическим свойствам металлов, под-
тверждают обоснованность таких предположений. На
рис. 100 показаны результаты измерений при сварке дета-
лей из стали Х18Н90Т толщиной 2+2 мм, Кривая 1
соответствует номинальному режиму (d = 7,6 мм, А —
~ 82%). При возрастании F,e (кривая 2) и,.3 меньше,
в среднем, ниже и плотность тока /, а следовательно мал
и объем расплавленного металла (d — 7,0 мм, А - 70%).
Рис. 100. Зависимость и3. 3 от
। араметров режима сварки стали
Х18Н10Т толщиной 2-) • 2 мм
Аналогично по характеру
действия и увеличение ра-
диуса кривизны электродов
(кривая 3, d — 7,0 мм, А —
-- 70%). Уменьшение /„
(кривая 5) вызывает сниже-
ние величины и33. Уменьше-
ние плотности тока очевидно
(d -6,0 мм, А-56%). Воз-
растание тока (кривая 6),
эквивалентное увеличению /,
вызывает рост uJ3 и разме-
ров зоны расплавления (d —
8,5 мм, А — 90%). Умень-
шение F„ (кривая 4) также
увеличивает плотность j и со-
ответственно растет и33.
Аналогичные соответствия
можно проследить и при
сварке металла других толщин и марок (рис. 101 и 102).
В тех случаях, когда металлы имеют существенные от-
личия по температурному коэффициенту удельного элек-
тросопротивления, характер изменения несколько
различен. .На рис. 103 приведены данные для сталей
08кп и X181 ПОТ. Контакт электрод—деталь (кривые 3)
формируется идентично, а изменение сопротивления стол-
бика металла между электродами (кривые 2) существенно
меняет общий характер кривых и, 3 (кривые /). Однако
даже у тех металлов, которые имеют достаточно большой
температурный коэффициент удельного электросопротив-
ления, наблюдается глубокая связь между величиной
проводимости зоны сварки и площадью контакта (см.
рис. 93, и). Следовательно, между величинами иэз и j тес-
ная связь также сохраняется.
Влияние параметров силовой электрической цепи на
величину и}3 проявляется в том, что в зависимости от
174
изменений /?3.3 автоматически изменяется величина ice.
Имеет место некоторое саморегулирование процесса. Чем
больше полное сопротивление сварочной машины, тем
меньше проявляется этот эффект. При отсутствии возму-
щений процесса по толщине деталей, неоднородности окис-
ных пленок на их поверхности, разнотолщипности пла-
кирующих покрытий и т. п., эффект саморегулирования
Рис. 101 Зависимость и3 3 от
параметров режима сварки стали
Х18Н10Т толщиной 1,5 4- 1,5 мм:
1 — ИОМИП^ЛЬНЫЙ решим, d 6,2 ММ,
Д^6О%; 2—увеличение FcQ. d~5,7;
Л — 56%: 3 — увеличение /?эл,
«=5,9 мм; А — 56%; 4 — сварки
с ту нт крова кием d = 5,9 ям, Д =
=60%; 5~уменьшение Fcg. d—6.3 мм;
Л = 63%; 6 — уменьшение I
d~4,7 мм, Д—56%; 7- увеличение
/с0 d — 6.5 мм, А — 66%
Рис. 102. Зависимость иэ. э от
параметров режима сварки сплава
ОТ4 толщиной 1,5 4- 1,5 мм;
I — номинальным режим, d—8.0лм,
А = 93%; 2 — увеличение Fgffl d
— 7,8 мм, Д — 68%; 3 —увеличение
Язл. d —- 7,7 мм, А 86%; 4 — сварка
с шунтированием. d — -7,2 мм. Д =
= 28%; 5- уменьшение ?сд, d~ 8,3 мм,
А — 90%
стабилизирует процесс сварки и способствует получению
соединений с заданными прочностными свойствами. В ряде
конструкций сварных узлов точки располагаются весьма
близко одна от другой, на расстоянии соизмеримом с диа-
метром ядра точки. При этом происходит шунтирование
зоны сварки ранее сформированной зоной расплавле-
ния. Очевидно, что измерение величины и3.3 позволяет
фиксировать такие ситуации и предупреждать брак из-за
иерасплавлення. Аналогичным случаем является само-
произвольное колебание скорости роликовой сварки, из-
меняющее шаг между литыми зонами.
Основным препятствием, усложняющим аппаратуру,
предназначенную для измерений и3.3, является необходи-
175
' f
й ri
мость располагать провода, снимающие потенциал с элек-
тродов, вдоль токоведущих частей сварочной машины.
Э. д. с., возникающая в проводах и пропорциональная
скорости изменения магнитного потока от icp, велика, и
иногда превышает напряжение и3 s. Б некоторых случаях
сигнал помехи удается скомпенсировать встречным вклю-
чением небольшой катушки индуктивности, которая рас-
Рис. 103. Изменение иЭг 3, д,
д при точечной сварке;
1 - «з Э' 2 “д.д-
------стиль XI&H10T, толщина
2 -г 2 лгл. - — с?аль 05кп, тол-
щина 1.5 -f- 1,5
полагается внутри контура.
Величина сигнала компенса-
ции регулируется либо экс-
периментальным подбором
числа витков катушки, либо
изменением ее ориентации
в контуре. Для сохранения
функциональных соответ-
ствий сигналов помехи и ком-
пенсации необходимо распо-
ложить катушку вдали от
магнитных деталей конструк-
ции сварочной машины. Этот
метод устранения помех не
эффективен при сварке дета-
лей из магнитных металлов.
По мере перемещения деталей
внутрь контора количествен-
ные и функциональные соот-
ветствия между сигналами
помехи и компенсации само-
произвольно нарушаются.
Наиболее эффективным
способом, резко ограничиваю-
щим действие сигнала помехи, является интегрирование
сигнала пропорциональною модулю величины изэ.
Э. д. с. помехи пропорциональна скорости изменения
тока. В связи с тем, что интегрирование сигнала помехи
приводит к формированию сигнала, пропорционального
току, выходное напряжение интегратора, в течение отрез-
ков времени, когда 1се = 0, точно соответствует интеграль-
ному значению модуля величины изэ
На рнс. 104 показана схема устройства, являющегося
одним из вариантов этого способа измерений и33. Автома-
тические вычисления ведутся в соответствии с выражением
иБ —Л j
о
176
Напряжение us,а усиленное У1 изменяет полярность
на выходе усилителя УЗ и поступает через управляемый
выпрямитель, образованный диодами ДЗ—ДЮ, па вход
интегратора. Резистор R2 > R1 является регулируемым
элементом и позволяет выбрать масштаб сигналов, дей-
ствующих в схеме. Величины резисторов R7 и R8 равны.
Для управления выпрямителем (ДЗ—ДЮ) формируется
сигнал, пропорциональный сварочному току. Датчиком
Рис. 104. Схема для автоматического вычисления и контроля пара-
i
метра J |ыэ. а| М- БАИ — блок автоматическою измерения
о
является тороид, а функциональное преобразование его
сигнала обеспечивает усилитель У 2, конденсатор С1 и
резистор R3, являющийся переключателем диапазонов
тока. Сигнал, пропорциональный току, преобразуется
в прямоугольные импульсы, длитетьность которых и по-
лярность строго соответствуют полярности и длительности
действия каждого полупериода тока. Преобразование
обеспечивает усилитель У4, в цепь обратной связи кото-
рого включены нелинейные элементы — диоды Д/ и Д2,
«запертые» обратным напряжением. Регулируемые рези-
сторы R5 и R6 исключают насыщение оконечного кас-
када У4. Общий коэффициент усиления этого звена зави-
сит от соотношений резисторов R10 и R9 и много больше 1.
Усилитель Уб имеет коэффициент передачи, равный 1.
12 в. Д- Орлов 177
Сигналы, действующие в схеме, имеют следующие фа-
зовые соотношения. Когда напряжение и,.л больше пуля,
иод действием выходного напряжения 2/3 проводят ток
диоды Д7 и Д8, так как в это время диод ДЗ шунтирует
положительный выходной сигнал 2/6, а диод Д4 шунти-
рует отрицательный выходной сигнал 2/4. При этом ди-
оды Д5 и Д9 закрыты отрицательным напряжением 2/4,
а диоды Д6 и ДЮ закрыты положительным напряжением
с 2/6, поэтому выход усилителя 2/1 отключен от интегратора
2/5. При следующем импульсе тока, другой полярности,
изменяется фазовое соотношение сигналов в схеме:
диоды ДЗ, Д4, Д7 п Д8 закрыты, но открыты диоды ДО
и ДЮ, так как диоды Д5 и Д6 соответственно шунтируют
выходные сигналы усилителей 2/4 и 2/6, поэтому выходной
сигнал 2/1 той же полярности, что и выходной сигнал УЗ
в предыдущем случае, поступает па вход интегратора 2/5.
По окончании действия сварочного тока выходное напря-
жение 2/5 точно соответствует интегралу модуля и, , за
1се, несмотря на действие сигнала помехи от магнитных
полей. Работа интеграторов синхронизирована во вре-
мени с включением тока посредством магнитоуправляе-
мого контакта и реле Р.
Для синхронизации работы управляемого выпрямителя
не обязательно применять усилители 2/2, 2/4, 2/6, можно
использовать триггерпые устройства, ио при этом необ-
ходимо подключаться к системе управления сварочной ма-
шины, что в ряде случаев может быть нежелательным. Авто-
матическое измерение выходного сигнала 2/5 может быть
выполнено с помощью триггеров Шмитта. Схема для из-
мерений и записи результатов аналогична схеме прибора
КАСТ-214 (гл. V). Для однофазных машин переменного
тока усилители 2/1 и 2/2 могут быть заменены более падеж-
ным, но менее точным элементом — низкочастотным им-
пульсным трансформатором, повышающим напряжение.
Причем 2/1 заменяет одна обмотка а 2/2 идентичная дру-
гая обмотка, включенная в противофазе. Уровни срабаты-
вания пороговых устройств (триггеров Шмитта) устанав-
ливаются экспериментальным путем.
На машинах переменного тока можно применить безу
словно более перспективную схему активного контроля,
систему, работающую на принципе обратной связи. Схема,
приведенная на рис. 104, может быть превращена в регу
лятор, стабилизирующий и3.3. Необходимые дополнения
показаны па рис. 105. На вход усилителя 2/5 кроме енг-
178
пала измерительной цепи (Д7—Д10) строго синхронно
с включением тока поступает сигнал задания, имеющий
противоположную полярность. Выход усилителя <У'5
подключается к цепи, управляющей величиной тока, на-
пример к резистору RI8. уже имеющемуся в схеме наи-
более распространенного прерывателя типа ПИТ (ПИШ).
Переключение осуществляется с помощью реле РП, вклю-
чающего питание регулятора. Быстродействие системы
можно изменить, регулируя величину емкости С2.
Рис. 105. Дополнения к схеме на рис. 104 для ре-
гулирования сварочного тока с целью стабилиза-
ции а
В табл. 19 приведены частные данные результатов
технологических испытаний регулятора при точечной
сварке стали Х18Н10Т. Как видно из таблицы, изменения
напряжения сети регулятор компенсировал, но недоста-
точно эффективно. Если э рассматривать как меру плот-
ности тока, то в систему измерений следовало бы ввести
квадратор, чтобы усредненная оценка плотности тока за
полупсриод соответствовала тепловому характеру воздей-
ствия тока. Однако метод, примененный для компенсации
ошибок, обусловленных действием наведенных э. д. с. не
позволяет нарушить функциональные соответствия, при-
нятые в схеме. Сигнал, пропорциональный -^- нельзя
подать через квадратор, так как интегрирование выход-
ного тока квадратора строго говоря, ие обеспечивает
пулевое значение сигнала ошибки в момент окончания дей-
ствия тока. Технологические испытания регулятора, ста-
билизирующего среднее значение ice дают идентичные
результаты регулятор «нсдокомпенсирует» возмущение.
Увеличение Fcii и R3, при отсутствии регулятора при-
водит к увеличению площади контакта, уменьшению плот-
ности тока п размеров зоны расплавления. Стабилизатор
12* 179
Таблица 19
Данные по работе регулятора ua. a при сварке деталей из стали Х18Н9Т
толщиной 2,0+ 2,0 мм
Тип возмущения Регулятор ‘се в ка Fco в пге II мм d в мм А в %
Нормальный ре- жим Выключен Включен 10,7 10,8 1000 150 7,5 6,9 75
Напряжение се- ти (-) Выключен Включен 8,8 10,1 1000 150 5,2 6,6 57 72
Напряжение се- ти (г) Выключен Включен 14,2 11,0 1000 150 8,5 7.2 67 75
Fee (+) Выключен Включен 11,4 13,2 1500 150 6,6 7,5 65 72
F«(-) Выключен Включен 10,4 8,8 700 150 7,9 6,2 72 67
Шунтирование Выключен Включен 11,2 11.7 1000 150 6 1 7,1 72 70
Выключен Включен 11.1 Н.4 1000 150 250 6,7 7 1 72 52
ияэ обеспечивает в среднем заданную плотность тока по
всему сечению контакта при колебании его размеров в ши-
роких пределах. Поэтому при действующем регуляторе
в случае увеличения FCB и Rs,, размеры расплавленной зоны
больше номинальных, а при уменьшении этих параметров
процесса меньше номинальных. Самопроизвольное умень-
шение Rs, маловероятно, но уменьшение вполне воз-
можно. С одной стороны, уменьшение 1св. g регулятором
«э. s предупреждает выплеск металла, что можно считать
благоприятным фактором, но, с другой стороны, умень-
шаются размеры литой зоны, что вызывает опасения с точки
зрепя прочности соединения.
Действие регулятора эффективно в случае шунтиро-
вания зоны сварки ранее сваренными точками.
Оценивая совокупно результаты технологических испы
таний, можно утверждать, что применение системы стаби-
лизации по ияя рационально в случае действия возмуще-
ний процесса по любому их параметров, приведенных
в табл. 19.
180
Характерным примером практической реализации
принципа стабилизации u3 S в производственных условиях
является применение регулятора при роликовой сварке
герметичных швов боль-
шой протяженности /,
например, при сварке
металлических рукавов.
В процессе сварки
вследствие раскатки ра-
бочей поверхности ро-
ликов изменяются раз-
меры литой зоны роли-
кового шва. Самопроиз-
вольное изменение пло-
щади контакта отра-
жается па величине иэ
(рис. 106). С увеличе-
нием рабочей поверхно-
сти роликов ширина ли-
той зоны в поперечном
направлении d увеличи-
вается, а проплавление
ленты А и перекрытие литых зон В уменьшаются. При
значительной раскатке роликов герметичность шва полно-
стью нарушается. При выполнении сварки с регулятором
? J («э. з — —const) d также
An увеличивается. Однако
п? величины/ и В изменя-
Рис. 107. Схема регулятора и3 3, при-
меняющегося при сварке роликовых
швов большой протяженности
точно проста (рис. 107). Раскатка роликов происходит
весьма медленно, поэтому требуемое быстродействие си-
стемы регулирования невысокое (0,2—0,3 сек).
Рис. 106. Характер изменения а} я и
размеров литой зоны при роликовой
сварке ленты из стали Х18Н10Т тол-
щиной 0,25 г 0,25 мм:
-------без регуляторе иэ
-------с регулятором иэ s
ются незначительно,
обеспечивая необходи-
мое качество сварного
шва.
Ввиду того, что опи-
санный технологический
процесс сварки однооб-
разен, длительное время
осуществляется сварка
одного и того же изде-
лия, схема системы ста
бплнзации щ.., и устра-
нения наводок доста-
181
Схема регулятора показана на рис. 114. На вход регу-
лятора (клеммы 1—2) подается напряжение u3,s снимае-
мое с торцовых поверхностей роликов. Последовательно
с первичной обмоткой трансформатора Тр1, повышающего
напряжение и3 3, включается катушка, компенсирующая
э. д. с. наводки от ice. С делителя Rl, R2 повышенное
напряжение поступает па выпрямитель В1. Конденсатор С1
уменьшает пульсации напряжения. Вольтметр И служит
индикатором настройки регулятора. Мостовая схема,
образованная стабилитроном Д1 и резисторами R4, R5,
обеспечивает формирование сигнала коррекции. Баланси-
ровка моста осуществляется с помощью резистора R5 при
заданном значении и3.3 и фиксированном с помощью
вольтметра V. При действии возмущений на процесс на-
пряжение дебалаиса моста поступает совместно с напря-
жением смещения R6 на сетку лампы Л1, которая работает
в режиме усиления напряжения Падение напряжения на
нагрузке R7 при нулевом значении сигнала рассогласова-
ния моста равно падению напряжения на R8. Во всех
остальных случаях в диагональ фазовращателя преры-
вателя типа ПИШ с клемм 5, 6 поступает сигнал кор-
рекции.
Включение и выключение регулятора из схемы ПИШ
осуществляется тумблером Т1.
Учитывая широкий диапазон ситуаций, в которых
целесообразно применение регуляторов, стабилизирую-
щих иэ„ можно было бы ожидать большее распростране-
ние этого метода контроля процесса, чем оно фактически
имеет место. Дело ие только в некоторых технических
трудностях создания надежно работающей аппаратуры,
но и в несколько большей трудоемкости процесса подго-
товки сварочной машины к работе, если опа оборудована
регулятором. В дополнение к обычным операциям под-
бора режима сварки, приходится «настраивать» прибор
на выбранный режим сварки. Стоимость дополнительных
операций особенно заметна в условиях мелкосерийного
производства при изготовлении конструкций с большой
номенклатурой деталей различных по толщине и мате-
риалам. Этот недостаток присущ практически всем мето-
дам контроля, применяемым в контактной сварке, а ре-
гулятор и3-3 можно рассматривать как характерный при-
мер особенностей сварочного оборудования н различных
методических приемов, определяющих в какой-то мерс
трудоемкость дополнительных операций.
182
Необходимость «настраивать» регулятор иэ а обуслов-
лена неопределенностью условий эксплуатации замкну-
той системы регулирования и кратковременностью про-
цесса сварки па интервале одного цикла. Сварочная ма-
шина и регулятор, образующие конкретную систему регу-
лирования, создаются автономно, причем диапазон при-
менения каждого устройства стремятся расширить, ис-
ходя из разных целей. Машина должна обеспечивать
сварку как можно большего числа материалов и толщин,
а регулятор должен быть пригоден для совместной работы
с наибольшим количеством разнотипного контактного
сварочного оборудования. Для того чтобы удовлетворить
двум противоречивым требованиям—обеспечить мак-
симальное быстродействие замкнутой системы регулиро-
вания, точность ее работы и сохранить широким диапазон
применения устройств, — развивают используемый в ра-
зомкнутых системах метод управления током сварки в от-
носительных величинах.
Современная станция питания контактной машины
фактически задает не ток, а угол включения управляемых
вентилей, котором)' может соответствовать в известных
пределах любой ток, что зависит от коэффициента транс-
формации сварочного трансформатора, размеров контура,
материала, толщины деталей и т. п. Практически во всех
регуляторах, где в качестве компенсирующей величины
используется i„, измерения выполняются также в отно-
сительных единицах. Номинальный уровень сигнала об-
ратной связи и коэффициент усиления схемы регулятора
согласуют, исходя из заданной точности и быстродействия
системы, лишь е коэффициентом усиления названной
электронной схемы станции питания и управления. Нели-
нейность регулировочной характеристики схемы с управ-
ляемыми вентилями учитывается при проектировании
регулятора, а стабильность ее коэффициента усиления по-
зволяет обеспечить максимальное быстродействие и точ-
ность компенсации регулируемого параметра.
Цепь обратной' связи может быть замкнута только
через измеритель фактического значения регулируемого
параметра, поэтому в прибор вводится элемент настройки,
т. е. звено с изменяемым коэффициентом передачи на пути
сигнала обратной связи. Коэффициент передачи, устанав-
ливаемый опытным путем, учитывает конкретный коэффи-
циент усиления собственно сварочной машины, зависящий
от частных условий ее работы. Неточная настройка, не-
183
к
й
точное согласование коэффициентов передачи обоих кана-
лов в такой схеме не влияет па быстродействие и точность
работы всей замкнутой системы регулирования, но характер
ее реакции эквивалентен реакции при действии внешнего
возмущения.
Названное несоответствие уменьшает диапазон, в ко-
тором автоматическая система может компенсировать
с необходимой точностью действие внешнего возмущения,
если для исправления неточной настройки и компенса-
ции возмущения необходимо изменить угол включения
вентилей в одну и ту же сторону. Диапазон, в котором
известные регуляторы работают эффективно, не превы-
шает ±40% номинального значения регулируемого па-
раметра.
Необходимо отметить еще одну особенность стабилиза-
торов и3 э, имеющую важное значение для технологии
процесса. Опорный сигнал (задание) обычно формируют
в виде прямоугольного импульса стабитьной амплитуды.
Весьма трудно найти какое-либо другое решение, напри-
мер запрограммировать закон изменения и,.„ если учесть
возможный диапазон применения регулятора. Изменяются
толщины и марки свариваемых металлов. При работе
с регулятором и33 существенно меняется внешняя харак-
теристика сварочной установки. Произвольно сформиро-
вавшийся закон изменения ila при сварке без регулятора
з не соответствует закону изменения ice в случае его
принудительного регулирования, когда в систему вво-
дится обратная связь.
Рассмотрим две несколько отличные методики под-
готовки процесса сварки с регулятором u.3S. В обоих слу-
чаях первоначально «подбирают» режим сварки без регу-
лятора. По одной методике стабилизатор и3 3 настраивают
по показаниям индикатора рассогласования в процессе
сварки образцов и пассивном состоянии регулятора.
Убедившись, что сигнал рассогласования мал, включают
регулятор в цепь управления током и продолжают процесс.
В качестве индикатора можно использовать, например,
стрелочный прибор, включенный на выход усилителя У5
(см. рис. 104, 105). По другой методике подбор режима
без регулятора используется лишь для того, чтобы убе-
диться, что при выбранных значениях ступени сварочного
трансформатора сварку принципиально выполнить можно,
а по положению ручки «Нагрев» судят о запасе по углу
регулирования. Окончательную корректировку режима
184
сварки осуществляют при активно действующем регуля-
торе, но изменение тока выполняют не ручкой «Нагрев»,
а путем изменения усиления в цепи сигнала . обратной
связи, например /?3 (см. рис. 104, 105). В обоих случаях
дтя настройки требуется дополнительный расход образцов
технологической пробы.
Недостатком первого метода является возможность
ошибки в настройке, так как будет несоответствие вели-
чины 1св выбранному значению, а при втором методе
сокращается диапазон регулирования 7„, так как уже
в процессе выбора режима регулятор «израсходовал»
отведенный ему угол регулирования, предназначенный
для компенсаций возмущений процесса с необходимой
точностью.
Как правило, в случае применения «задания» в виде
импульса прямоугольной формы в начальный отрезок вре-
мени действия тока 1гд наблюдается его более глубокая
модуляция, чем при обычном протекании процесса без
регулятора. При стабилизации пэ., нелинейная замкнутая
система практически все время работает при значитель-
ном рассогласовании сигнала обратной связи и задания,
что затрудняет настройку регуляторов но первому методу-
В отличие от регуляторов 1св—const безинерционная
отработка сигнала рассогласования невозможна. Посто-
янная времени регулирования составляет 0,01—0,02 сек.
Известны устройства, в которых для компенсации воз-
мущений увеличивается время действия тока. Эффектив-
ность действия зависит от типа свариваемых металлов н
режима сварки, т. е. в зависимости от интенсивности те-
пловыделения и постоянной времени теплового процесса.
Характер рационального соответствия иэ. ,—1СВ для при-
нятых режимов сварки явно нелинейный и существенно
изменяется в зависимости от материала (это относится и
к регуляторам, реализующим.соответствие lce— tce).
Наибольший интерес представляет схема, реализую-
щая зависимость R, 3 от площади контакта (см. рис. 93, о).
Ток выключается в тот момент времени, когда разница
между максимальным значением напряжения на электро-
дах в начале процесса и минимальным значением, харак-
терным для конечного этапа процесса, достигнет заданного
уровня. Максимальное значение в начале процесса
при определенных условиях свидетельствует о высокой
плотности тока, т. с. об интенсивном нагреве, а минималь-
ное значение иэ s— о том, что температура нагрева была
185
достаточно высокая, металл стал настолько пластичным,
что образовалась площадь контакта больших размеров.
Рассмотренная схема контроля еще не прошла широ-
кого опробования, поэтому делать какие-либо выводы
о рациональной области применения не представляется
возможным.
Стабилизация сварочного тока
В зависимости от характера внешних воз-
мущений теснота связи между величиной тока и разме-
рами зоны расплавления существенно изменяется. Воз-
мущения, воздействующие на канал управления током
на однофазных машинах, можно полностью компенсиро-
вать, стабилизировав его действующее значение (гл. V).
Характерными причинами, нарушающими нормальное
течение процесса, являются: колебания напряжения пи-
тающей сети, внесение магнитных масс в сварочный кон-
тур, значительный разогрев медных деталей токопровода,
нестабильное поджигание игнитронов и т. п. Если внешние
возмущения воздействуют на каналы управления пара-
метрами, которые регламентируют площадь контакта
(Fco, RSji) и тем самым плотность тока, то неизменное зна-
чение величины не гарантирует стабильного качества
процесса. В таких ситуациях целесообразнее отказаться
от стабилизации 7ГЙ, так как саморегулирование тока
на сварочной машине несколько расширяет диапазон
предельно допустимых отклонений и /?Э1. Примене-
ние стабилизатора иэ!) в этих случаях более перспективно
с точки зрения своевременного «исправления» процесса.
Одпако связи между параметрами, которые позволяют
автоматически опознать ситуацию и откорректировать
процесс с помощью стабилизатора ид э, вызывают измене-
ния тока, ухудшающие процесс при самопроизвольном,
не предусмотренном заранее, изменении толщины дета
лей. Такие случаи возможны при сварке профилирован-
ного проката, фрезерованных деталей, деталей типа «клин»
и т. п. Зато, как показывают исследования, применение
стабилизатора тока (7га — const) в данной ситуации ра-
ционально — повышается качество процесса и снижается
его трудоемкость, так как сокращается число случаев
подбора режима методом «пробных сварок». Основным
условием эффективного применения этого метода является
обеспечение минимальных отклонений /?,л, не пре-
186
вышающих хотя бы предельно допустимых значений,
принятых для обычного процесса без регуляторов с об-
ратной связью. Площадь контакта, заданная этими пара-
метрами, при неизменном, стабилизированном токе пред-
определяет заданную плотность тока, от величины которой
[см. уравнение (3'7) ] зависит интенсивность нагрева ме-
талла в зоне сварки. При отсутствии жесткой связи по
току увеличение толщины свариваемых деталей вызывает
рост сопротивления R3. э и снижает величину 1св, что при-
водит к браку. Если ток точно соответствует заданному,
то достижению температуры плавления в зоне контакта
способствует некоторый прирост тепла, выделяющегося
между электродами при увеличении толщины деталей за
счет повышения R3.3.
Количественные соотношения между энергетическими
параметрами процесса и толщиной деталей в случае ее
существенных изменений исследовали при сварке сплава
ВНС2. Измерялись соотношения между толщиной дета-
лей 6 сопротивлением зоны сварки R3.3 и количество л те-
пла Q, выделяющегося па этом участке.
Эксперименты проводили на машине МТПУ-300. Вы-
числения выполняли на аналого-вычислительной машине
МН-7 и нелинейных блоках ИБН, в натуральном мас-
штабе времени Для формирования сигнала, пропорцио-
нального мгновенному значению тока i„, и измере-
ния действующего значения тока использовали прибор
АСУ-IM. Напряжение и3_3 снимали непосредственно
с электродов сварочной машины. Во избежание сущест-
венного искажения результатов из-за наведенной э. д. с.
f провода, отходящие от электродов, плотно спле-
тали, а площадь контура, в котором могла возникнуть
наведенная э. д. с., была сокращена до минимума.
Тепло, выделяющееся в зоне сварки, определяли со-
гласно выражению
Q = 0,24 J | и3_, | • ics | dl,
о
где — время сварки.
Величину R3'3 оценивали по среднему значению в соот-
ветствии с формулой (42).
Стабилизацию действующего значения тока выполняли
серийным стабилизатором тока типа СТ-67, укомплекто-
187
L
ванным блоком автоматической настройки БН-68. Для
сравнения результатов сварку выполняли при включен
ном и выключенном стабилизаторе. Стабилизировался
ток оптимальной величины для случая сварки деталей
толщиной 0,4—0,6 мм. При переходе к сварке деталей
других толщин положение ручек управления не изме-
няли.
На рис. 108, а, б, в представлены результаты измере-
ний, выполненных при сварке детали толщиной 0,4 жж
с деталями, толщина которых меняется в пределах 0,6—
1,8 мм. Обозначения кривых с индексом ' получены при
сварке с включенным стабилизатором, с индексом " —
при выключенном.
Увеличение связанное с увеличением толщины
детали при выключенном стабилизаторе, вызывает умень-
шение 1С0. При сопротивлении вторичного контура сва-
рочной машины г 270 мком уменьшение величины тока
столь значительно, что несмотря на увеличение R3.3 коли-
чество тепла Q" практически остается неизменным. Соот-
ветственно с увеличением толщины быстро падает про-
плавление тонкой детали Ai н при б„„ = 0,8 мм оно до-
стигает минимального предельно допустимого значения.
При стабилизации 1д имеет место рост тепла Q' и поэтому
минимальное предельно допустимое значение б.,р дости-
гается при 6пр =«1,3 мм. Без изменения задания тока и
режима сварки в аналогичных условиях выполнена
сварка детали толщиной 0,6 мм (рис. 108, б). В связи
с изменениями условий теплоотвода в электрод, контакти-
рующий с деталью толщиной 0,6 мм, предельные минималь-
ные значения 6'пр получены при изменении толщины в
больших пределах. Стабилизация тока обеспечивает высо-
кое качество сварки при сочетании толщин 0,6—1,8 мм.
На рис. 108, в приведены результаты измерений при
сварке детали толщиной 0,8 мм. Без стабилизации тока
выполнение процесса невозможно, в то время как стаби-
лизация позволяет выполнить сварку деталей, толщина
которых колеблется в пределах 0,8—1,2 мм.
При сварке деталей неравных толщин стабильность
величины усилия сжатия электродов должна быть значи-
тельно выше, чем прн сварке деталей одинаковой тол-
щины. В связи с этим было исследовано влияние усилия
сжатия электродов на размеры сварного соединения при
сварке деталей толщиной 0,4 4-1,2 мм (рис. 109). Ток
188
Рис. 108. Зависимость параметров процесса и размеров литого ядра от толщины привариваемых деталей (в мм)
при сварке стали ВНС2 со стабилизатором действующего значения тока и без него'
° “ °-4 + W б - о,б + «псрАи.: о - о.з + бперсм
a
стабилизировался прибором СТ-67. Использовали опти-
мальный режим, отработанный- для сварки деталей тол-
щиной 0,4-:-0,6 мм. Наибольшее предельно допустимое
усилие сжатия электродов F„.np лишь на 10% превышает
поминальное значение, в то время как при сварке дета-
лей толщиной 0,4— 0,6 мм допустимым являлось увелн-
Рис. 109. Зависимость параметров
процесса и размеров литого ядра
от усилия сжатия электродов Fce
при сварке стали ВНС2 со стабили-
затором тока
Очевидно, что при сварке
чепие усилия сжатия в пре-
делах ±35%.
На основании получен-
ных результатов (рис. 109)
можно предположить, что
с увеличением толщины
одной из свариваемых де-
талей целесообразно не-
большое уменьшение уси-
лия сжатия электродов.
Для рассмотренного при-
мера целесообразно умень-
шение усилия на 16%.
Как показали исследо-
вания, стабилизация тока
позволяет без корректи-
ровки положения ручек
управления сварочной ма-
шины выполнить сварку
детален, толщина которых
колеблется в значитель
ных пределах. В ряде слу-
чаев это позволяет отрабо
тать для группы сочетании
толщин деталей единый
унифицированный режим
сварки.
•талей из металлов с боль-
шим удельным сопротивлением, например титана, приме
неиие стабилизатора тока будет наиболее эффективным
Необходимо отметить, что на машинах с большим со
противлением вторичного контура, например МТИ
200/1200, величина R3.3 в меньшей степени будет влия i
па величину 1ев и поэтому при изменении толщины дета
лей процесс сварки па этих машинах более устойчив.
Изложенный метод контроля сварки может быть pei
лизован в производственных условиях на базе стабилизл
тора СТ-67. Прибор имеет следующие технические данные
190
ошибка регулирования не более 3%, постоянная времени
регулирования 0,01 сек, исправляются возмущения по
току в пределах (+15)—(—30%). На рис. ПО представ-
лена структурная схема прибора. Подключение СТ-67
к системе управления сварочной машины обеспечивает
глубокую обратную отрицательную связь по току. Дат-
чиком прибора является трансформатор тока ТТ, вктю-
чаемый в первичную цепь сварочной машины. Сигнал и.1,
снимаемый с обмотки ТТ, пропорционален мгновенному
Рис. 110. Структурная
схема стабилизатора
тока СТ-67 вместе
с блоком автоматиче-
ской настройки БН-68
значению сварочного тока и зависит от величиньГ'рези-
стора /?/. Сигнал и.1 усиливается до величины и2 с по-
мощью трансформатора напряжения TH. Величину и.2
можно регулировать путем изменения положения движка
R2. Разнополярный сигнал и2 выпрямляется мостом В и
воздействует на вход квадратора /(. Ток квадратора посту-
пает в суммирующую точку усилителя ,У. Сюда же син-
хронно с включением сварочного тока подается сигнал
задания 3. Во время протекания сварочного тока, реле Р
отключает своими контактами резистор R3 от конденса-
тора С, включенного в цепь обратной связи усилителя У,
который интегрирует разность токов задания и квадра
тора. Выходной сигнал иЗ поступает в диагональ фазо-
регулятора ФР прерывателя ПИШ или ПИТ, изменяя
величину сварочного тока.
В связи с тем, что в большинстве случаев сварочный
ток на машинах с разомкнутой системой управления имеет
некоторую модуляцию за счет изменения сопротивления
зоны сварки, что является благоприятным фактором, в ста-
билизаторе предусмотрена модуляция задания, которая
обеспечивает характер нарастания тока примерно такой
же, как и при сварке без стабитпзатора. В стабилизаторе
СТ-67 вмонтирован стрелочный прибор, позволяющий
191
установить ориентировочно величину сварочного тока.
Усиление цепи обратной связи по току приходится из-
менять в соответствии с конкретными условиями эксплуа-
тации сварочной машины, т. е. в зависимости от ступени
сварочного трансформатора, размеров вторичного контура
ит. п. Для этой цели стабилизатор СТ-67 снабжается бло-
ком автоматической настройки БН-68.
Рис. 111. Стабилизатор тока СТ-67 с блоком БН-68
Блок БН 68 автоматически устанавливает необходимое
усиление схемы изменения в стабилизаторе СТ-67, обес-
печивая тем самым оптимальный режим регулирования
сварочного тока. Настройка выполняется в процессе
сварки образцов, для чего требуется выполнить несколько
циклов. Число требуемых циклов сварки зависит от вели-
чины рассогласования и времени включения сварочного
тока. При 25%-ном рассогласовании и времени включения
тока 0,1 сек, для настройки требуется пе более 7 циклов.
На рис. 111 показан стабилизатор СТ-67 с бюком
автоматической настройки БН-68. Известны устройства
аналогичного назначения, имеющие несколько отличное
схемное решение, например, прибор РТС-1 или регуля-
тор УРТ-3, разработанный в ИЭС им. Патона.
Прибор УРТ-3 является универсальным регулятором
с широтно-импульсной модуляцией. В зависимости от
того, что подается на вход устройства, он может либо ста-
билизировать сварочный ток, либо падение напряжения
между электродами или мощность, рассеиваемую в зоне
192
сварки. Использование принципа широтно-импульсной
модуляции позволяет программировать закон изменения
тока с большой амплитудой размаха от минимального до
максимального значения. Быстродействие регулятора —
0,5—1 период в зависимости от настройки.
Мощность и энергия, выделяющиеся
на участке электрод—электрод
В процессе контактной сварки объем ме-
талла, оказывающийся в сфере эффективного воздействия
управляемых параметров, может быть жестко регламен- ’
тирован лишь совокупностью заданий тока, времени его
действия, усилия сжатия электродов и радиуса их рабо-
чей поверхности. При наличии внешних возмущений на-
званный объем не является постоянным. Даже в условиях
сварки деталей неизменной заданной толщины из одного
и того же металла для формирования литого ядра задан-
ных неизменных размеров может потребоваться различ-
ное количество энергии и расхода мощности. Очевидно,
если возмущения воздействуют на канал управления то-
ком, то стабилизация мощности'и энергии практически
гарантирует расплавтение металла в заданном объеме.
При отклонениях параметров, регламентирующих пло-
щадь контакта (F„ и /?эл) объем металла, подлежащий
воздействию, изменяется, и согласно уравнению (37)
дня его гарантированного расплавления требуется изме- -
пить количество энергии или мощности, выделяющейся
между электродами с учетом .случайных отклонений Fca
и Нарушение этого условия приводит к уменьшению
зоны расплавления либо к выплеску.
Отмеченный выше эффект саморегулирования в какой-
то мере стабилизирует процесс.
Це.. есообразность стабилизации энергии или мощности,
выделяющейся между электродами, иногда подтверждают
высокими технологическими показателями машин, ра-
ботающих на энергии, запасенной в конденсаторах (кон-
денсаторных машин). Безусловно, стабильность энерге-
тических параметров оборудования является одним из
наиболее важных его достоинств. Однако только этим
обстоятельством нельзя объяснить высокие технологичес-
кие показатели. Монотонный, плавный импульс, отсут-
ствие резких перепадов в плотности тока создают условия,
при которых возможно применение весьма жестких режи-
13 Б. Д. Орлов 193
Мой сварки, отличающихся оптимально высокой плот-
ностью тока в зоне расплавления и высоким grad 6 на
границе расплав тения. Более высокая плотность тока
создает запас по qa для достижения Тпл в любых усло-
виях. Перепады плотности тока, характерные для любого
другого оборудования контактной сварки, создают усло-
вия для образования выплесков металла, а это заставляет
снижать среднюю плотность тока и переходить к более мяг-
ким режимам, что снижает grad 6 па границе расплавле-
ния н делает металл в более широкой зоне несколько
пластичнее, мягче, и поэтому весьма малые колебания
параметров и вызывают более значительные коле-
бания объема, оказывающегося в сфере эффективного
действия управляемых параметров процесса. Таким обра-
зом, преимущества конденсаторных машин определяются
не столько стабильностью энергии, дозируемой для фор-
мирования литого ядра, сколько законом рационального
расходования этой энергии. На машинах других типов не
удается обеспечить столь рациональный закон расходо-
вания заданного неизменного количества энергии, а про-
сто стабилизация количества энергии, выделяемой в зоне
сварки, не дает желаемого эффекта.
Казалось бы, что стабилизация мощности э, рассеи-
ваемой между электродами, в какой-то мере может регла-
ментировать закон выделения энергии. Однако эффек-
тивно регулировать мощность, рассеиваемую между
электродами, с применением системы обратной связи,
удается лишь на однофазных машинах, работающих на
промышленной частоте. Значительные пульсации плот-
ности тока не позволяют применять столь жесткие режимы
сварки, как на конденсаторных машинах, поэтому утра-
чиваются основные технологические преимущества ме-
тода стабилизации качества сварки.
В некоторых случаях стабилизация мощности, выделяю-
щейся между электродами с использованием замкнутой
системы регулирования, может быть полезной, так как
такие возмущения процесса, как возрастание /?3„ Fca,
«шунтирование» и т. п., не только увелтчивают объем
металла, па котором рассеивается выделяемая энергия,
но и уменьшают количество этой энергии. Стабилизация
1\’э 3 эквивалентна прн t„ const неизменному значению
энергии Q. При этом жестко регламентируется закон ее
выделения, что обеспечивает устранение самопроизволь-
ного уменьшения Q. Известны результаты исследований
194
свойств регуляторов, стабилизирующих ДГ,.э, и в том
числе их технологические испытания при сварке низко-
углёродистон стали 148]. Установлено улучшение про-
цесса за счет стабилизации Л\ 3 ио сравнению с незамкну-
той системой управления процессом даже при возмуще-
ниях по Fce и R3„. В то же время при исследовании ста-
тистическими методами зависимости качества сварки
(d, Л) алюминиевого сплава Д16АМ на низкочастотной
машине от параметров режима сварки, к которым кроме
IlB, Uj,3, Fa, R3,3 были отнесены Ns.3, Q и другие числен-
ные их сочетания, было установлено, что в уравнение ре
грессии параметры 1\!3,, и Q включать нерационально,
так как их коэффициенты регрессии незйачимы на задан-
ном оптимальном уровне 156]. Применение низкочастот-
ной машины предопределило мягкий режим сварки, приня-
тый на основании предыдущего опыта за оптимальный
вариант. Вероятно это послужило причиной того что
была фиксирована столь слабая связь N3 я и Q с качест-
вом сварки.
Системы управления, работающие на принципе обрат-
ной связи по пара леграм N, 3 и Q, промышленного при-
менения не получили. Существенным препятствием для
применения хотя бы пассивно действующих, контроли-
рующих устройств на основе измерения Л'э., и Q, являются
технические трудности создания быстродействующих,
точных, падежных и достаточно простых по устройству
множительных функциональных элементов.
Вероятно, контроль величин N3__, или Q на данном
этапе целесообразно применять для совокупной оценки
стабильности энергетических параметров оборудования
(/ „, /£в, R3. .,) или фиксирования факта воздействия внеш-
них возмущений, не связывая результаты измерений
с окончательной оценкой качества соединения «годен»—
«не годен».
ГЛАВА VI1
КОНТРОЛЬ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
Рассмотренные электрические параметры
процессов точечной и роликовой сварки за исключением ,
сопротивления участка электрод—электрод непосред-
ственно не связаны с физическим состоянием металла
в месте формирования сварного соединения. Поэтому
электрические параметры позволяют лишь косвенно с до-
статочным приближением судить о размерах литой зоны,
а следовательно, и качестве получаемых сварных соеди-
нений.
Известно, что вследствие расплавления изменяется
физическое состояние металла в месте сварки. В связи
с этим для контроля (и регулирования) целесообразно
использовать физические параметры процесса сварки,
отражающие наличие и размеры зоны взаимного расплав-
ления соединяемых деталей. В качестве таких параметров
для контроля принципиально могут быть использованы:
температура на рабочей поверхности электрода, интен-
сивность инфракрасного излучения с поверхности деталей
вблизи зоны сварки, сопротивление ультразвуковым ко-
лебаниям зоны сварки и тепловое расширение сваривае-
мого металла, которое проявляется в перемещении под-
вижного электрода машины в процессе формирования
соединения.
Контроль по температуре
и инфракрасному излучению
Наиболее тесную связь с размерами соеди-
нения (d, Л) имеет температура металла в зоне сварки.
Однако измерять температуру расплавленного металла
ядра или окружающей его зоны в процессе сварки деталей
не представляется возможным. Исследованиями установ-
лено, что при выполнении ряда условий температура
196
в контакте электрод—деталь (на поверхности детали)
однозначно связана с температурой и размерами литой
зоны сварного соединения.
С целью контроля и автоматического регулирования
процесса точечной сварки температура в контакте элек-
трод-деталь измеряется одним из электродов, представ-
ляющим собой контактную термопару (рис. 112, п).
Для этого в электрод вводится тонкая, изолированная
теплостойкой изоляцией, константановая проволока,
Рис. 112. Способы кон-
троля температуры и
ИКИ:
а — с помощью электро-
да-термопары; б. в—с по-
мощью фоторечистороп
/ —кронштейн; 2, 3~-фо
торсзнсторы
образующая с ним термопару медь—константан, «спай»
которой находится па поверхности детали. В результате
нагрева металла в процессе сварки в термопаре появляется
напряжение иТп, которое подается на вход соответствую-
щей контролыю-регулирующей аппаратуры. Последняя
по достижении заданной температуры на поверхности
детали выключает сварочный ток машины. Температуру,
при которой выключается ток, определяют эксперимен-
тально, контролируя размеры литого ядра сварных точек.
Регулирование процесса точечной сварки по темпе-
ратуре можно вести по заданной программе, обеспечивая
при этом не только сварку, но и термическую обработку
деталей между электродами машины, например при
сварке закаливающихся сталей. Необходимую программу
изменения температуры получают соответствующим авто-
матическим регулированием величины и длительности
сварочного тока.
J97
Регулирование процесса точечной сварки по темпера-
туре в контакте электрод—деталь обеспечивает доста-
точно стабильные размеры ядра точек при колебаниях
(/„ по любым причинам), изменении размеров рабо-
чей поверхности электродов и Fce, а также шунтиро-
вании.
Метод контроля и регулирования по температуре имеет
существенные недостатки, которые затрудняют его практи-
ческое использование. Значительное влияние на связь
температуры с размерами зоны расплавления оказывают
состояние поверхности свариваемых деталей, размеры
электродов и особенно степень их охлаждения. Вследствие
износа и зачистки рабочей поверхности электродов термо-
пара имеет небольшой срок службы. Возможен также вы-
ход из строя термопары из-за повреждения изоляции кон-
стантановой проволоки. Кроме того, в сигнале термопары
итп (рис. 112, а) всегда присутствует составляющая,
пропорциональная сварочному току, что искажает зави-
симость от температуры Ти.
Как уже указывалось, при сварке деталей с- низким
качеством поверхности резко повышается температура
в контакте электрод—деталь, однако это еще не свидетель-
ствует о наличии зоны расплавления необходимых раз-
меров. Из-за относительно большой инерции термопары
и существенного отставания нарастания температуры
в контакте электрод—деталь указанный метод может быть
использован при точечной сварке с достаточно длитель-
ным протеканием (t„ у> 0,5 сек).
Контроль и регулирование могут быть также осущест-
влены при использовании в качестве контролируемого па-
раметра инфракрасного излучения (ИКИ) с поверхности
деталей вблизи зоны сварки. В качестве датчиков ИКИ
используют фоторезисторы, имеющие максимальную чув-
ствительность в инфракрасной части спектра.
При точечной сварке (рис. 112, б) на электрододержа-
теле машины крепится кронштейн 1 с фоторезисторами 2,
3. Фоторезисторы 2, устанавливаемые сверху, защищены
от ИКИ и служат для компенсации влияния окружающей
температуры. В связи с тем, что измеряемая температура
Ти поверхности детали относительно невысока (150—
200’ С) для получения необходимого сигнала фоторезн-
сторы соединяют последовательно. В процессе сварки ток
выключается автоматически по достижении заданной ве-
личины ИКИ.
198
г
Метод может быть применен при сварке деталей оди-
ночными, далеко отстоящими одна от другой точками, так
как на контролируемую величину ЙК.И влияет нагрев
деталей, вызванный ранее выполненными точками. Связь
между ЙКИ и размерами расплавленного ядра также на-
рушается при изменении вблизи зоны сварки формы и раз-
меров хотя бы одной из деталей, например при сварке то-
чек, отстоящих на различном расстоянии от края листа.
На величину ИКИ оказывает влияние и степень охлажде-
ния электродов. При роликовой сварке (рис. 112, в)
фоторезистор 3 измеряет ИКИ с поверхности шва и с по-
мощью соответствующей аппаратуры производится авто-
матическое регулирование 1СО. Наружное водяное охлаж-
дение зоны сварки в этом случае исключается.
Рассмотренные методы контроля и регулирования с ис-
пользованием температуры и ИКИ в силу указанных недо-
статков практически не применяются в производственных
условиях.
Контроль с использованием
ультразвуковых колебаний
Принцип контроля размеров зоны рас-
плавления при точечной сварке с помощью ультразвуко-
вых колебаний (УЗК) основан либо на способности УЗК
отражаться от границы раздела твердой и жидкой фаз _«
(эхо-метод), либо на различном поглощении УЗК в твер-
дом и жидком металлах (теневой метод). В обоих случаях
частота УЗК составляет 2,5—5 мгц.
При импульсном эхо-методе граница отражения УЗК
возникает в зоне сварки при расплавлении металла н ис-
чезает при его затвердевании. Отражение УЗК происхо-
дит из-за различия акустических свойств твердого и
жидкого мета лов.
Для контроля- используются совмещенный призмати-
ческий щуп (рис. 113, а), устанавливаемый рядом с элек-
тродом на расстоянии I так, чтобы УЗК проходили через
центр литого ядра точки. Небольшие изменения I незна-
чительно влияют па результаты контроля. С увеличением I
повышается рассеивание ультразвуковой энергии и ухуд-
шаются подходы электрода со щупом к месту сварки. По-
этому I выбирают минимально возможным с точки зре
ния конструкции щупа и его крепления. Для надежного
акустического контакта поверхность свариваемой детали
под щупом смазывают маслом.
199
В детали, контактирующей со щупом, возбуждаются
поперечные УЗК Если расплавленное ядро отсутствует,
то в зоне сварки отражения не будет и УЗК пойдут по
листу до его края. При образовании расплавленного ядра
часть УЗК отражается на его боковой поверхности и отра-
женный сигнал возвращается к щупу и фиксируется уль-
тразвуковым дефектоскопом. Наряду с «полезным» отра-
жением от ядра точки возникают отражения — помехи
Рис 113. Контроль точечной сварки ультразвуковым эхо-
мстодом:
а — схема прохождения УЗК: б, в - ток ч отраженный сигнал
• на экране дефектоскопа соответственно при d = 6.2 и 5,5 лл
от электрода и вмятин на деталях, которые затрудняют
процесс контроля, особенно при сварке деталей толщиной
менее 2 мм.
При сварке деталей толщиной менее 2 мм применяют
так называемый амплитудный метод контроля, при ко-
тором зоны расплавления нормальных или больших раз-
меров дают отражение УЗК заданной величины, а зоны
малых размеров дают значительно меньшее отражение и
сварные точки считаются дефектными (рис. 113, б, в).
При настройке дефектоскопа на определенные размеры
ядра регулируют его усиление так, чтобы при сварке на
режиме, обеспечивающем номинальные размеры ядра,
отраженный сигнал был достаточным для срабатывания
автоматического сигнализатора дефектоскопа н возникал
при t = (0,8—0,9) tca. Если при t — 0.95G заданные
размеры литой зоны не достигаются, то аппаратура сигна-
лизирует о наличии дефектной точки. Минимальная тол-
щина деталей, при которой возможно использование этого
метода контроля, составляет для стали Х19Н9Т — 1 мм;
для ВНС2 - 1,2 мм; для ОТ4— 1,5 мм, для ВТ15 —
200
2 мм. При контроле точечной сварки указанных металлов
обнаруживается снижение номинальных d и А на 15%.
Произвочьное увеличение Fcs в процессе сварки обычно
приводит к уменьшению А при незначительном измене-
нии d, и поэтому вызывает завышение в определении d
при ультразвуковом эхо-методе контроля. Жесткость ре-
жима также влияет на результаты контроля. При доста-
точно больших t„ возрастает затухание УЗК в связи
с увеличением зоны нагретого металла вокруг ядра и
амплитуда отраженного сигнала может стать ниже порога
регистрации.
С использованием ультразвукового эхо-метода можно
осуществить автоматическое регулирование процесса то-
чечной сварки. Выключение сварочного тока произво-
дится автоматически, как только от зоны расплавления воз-
никает отражение заданной величины. Исследования по-
казали, что при автоматическом регулировании процесса
точечной сварки деталей из стати Х18Н9Т толщиной
2+2 мм изменения 1№ на ±25% приводили к колебаниям
диаметра точек 4-5% и —10%.
Основными недостатками УЗК контроля эхо-методом
является необходимость надежного акустического кон-
такта датчика с одной из деталей, наличие масла в контакте,
значительная сложность настройки аппаратуры при смене
марки и толщины металла и электродов, ухудшение до-
ступа электродов к месту сварки из-за наличия щупа.
По перечисленным причинам указанный метод не нашел
практического применения.
Более перспективно применение при точечной сварке
теневого метода УЗК контроля. Пьезоэлектрические излу-
чатель 1 и приемник 6 УЗК установлены соответственно
в верхнем 2 и нижнем 5 электродах сварочной машины
(рис. 114, а). Усилие сжатия электродов обеспечивает
акустический контакт и стабильную передачу УЗК. При
формировании зоны расплавления изменяются условия
прохождения УЗК через свариваемые детали. Продоль-
ные УЗК слабо реагируют на образование и размеры рас-
плавленной зоны и поэтому пе могут быть использованы
для контроля. Поперечные УЗК не распространяются
в жидких средах и полностью отражаются от границы
твердый—жидкий металл, что позволяет применять их
для теневого метода контроля. От излучателя 1 продоль-
ные УЗК проходят через воду, используемую для охлаж-
дения электродов, и с помощью конусного дна преобра-
201
зуются в поперечные УЗК, которые после прохождения
зоны сварки снова преобразуются в продольные и попадают
на приемник.
При достаточно большой зоне расплавления происхо-
дит почти полное экранирование УЗК (рнс. 114, б), при
ядре малых размеров - частичное экранирование
(рис. 114, а) и, наконец, при отсутствии распдавления УЗК
проходят без значительных изменений (рис. 114, г). Не-
которое повышение исходного уровня УЗК в начале проте-
Рис. 114. Контроль точеч-
ной сварки ультразвуко-
вым теневым методом:
а -схема прохождения УЗК;
6, в, г — тон н сигнал УЗК
при сварке стали ВНС2.
толщиной 1 4- 1 л.н, d соот-
ветстненло раины 4,3; I 8 н
О жл: f — излучатель;
2 — верхний электрод: 3
продольные УЗК. 4 — попе
речные УЗК; 5 — нижний
электрод; 6 — приемник
кания ice и после затвердевания расплавленного ядра
вызвано увеличением площади контактов электрод—деталь
по сравнению с начальной (до включения ira). По этой же
причине точки, имеющие одинаковые диаметры, но полу-
ченные при разных будут иметь различную степень
ослабления УЗК в процессе формирования литой зоны.
Изменение частоты УЗК в пределах 2,5—5 мгц не влияет
на разультаты контроля.
Контроль можно осуществлять по величине снижения
амплитуды УЗК плн по площади, ограниченной огибающей
УЗК. Лучшие результаты дает контроль по изменению
площади. В целях достаточной разрешающей способности
контроля сечение ультразвукового луча не должно быть
меньше поминального d ядра точек. Излучатель и прием-
ник УЗК подключаются к дефектоскопу, сигнал с кото-
рого подается на специальную приставку, где он преобра-
зуется в огибающую.
202
Исследованиями Д. В. Владимировой установлено, что
контроль теневым методом может быть применен при то-
чечной сварке стали ВНС2 толщиной 0,4—1,5 мм и из
титана ОТ4 толщиной 0,8—1,5 мм. Имеются также данные
об использовании этого метода контроля при точечной
сварке алюминиевых сплавов толщиной 1,2—2 мм.
К недостаткам метода следует отнести невозможность
применения при роликовой сварке, а также при точечной
сварке с использованием фигурных электродов, зависи-
мость результатов от стабильности поступления воды
в электроды и нх нагрева при увеличении темпа сварки,
а также относительную сложность и трудоемкость наст-
ройки датчиков и контрольной аппаратуры.
В последнее время появились сообщения о возможности
контроля качества сварных точек с помощью УЗК по ве-
личине и площади (диаметру) зазора, возникающего ме-
жду электродами и каждой из деталей в центральной зоне
контакта в результате усадки в процессе кристаллизации
расплавленного металла ядра. При отсутствии или недо-
статочных размерах зоны расплавления зазор после
сварки не возникает или имеет малые размеры (высоту,
диаметр) и часть посланных сигналов УЗК от излучателя
уйдет в детали и далее в электрод. Отраженных сигналов
будет несколько: от границы верхний электрод—деталь,
деталь—деталь, деталь—иижний электрод, но все они
будут значительно слабее и с большим перерывом во вре-
мени, чем отраженный сигнал от границы верхний элек-
трод—воздух при наличии зазора большого диаметра
после кристаллизации расплавленного металла ядра нор-
мальных размеров. При этом методе после приложения Fce
и включения пропускается сигнал УЗК и его уровень
запоминается контрольной аппаратурой. После кристал-
лизации металла зоны расплавления вновь пропускается
сигнал УЗК и в результате сравнения его уровня с началь-
ным производится оценка качества сварки (размеров ли-
той зоны). Если имеет место снижение уровня сигнала
УЗК на определенную величину, то это свидетельствует
о наличии нормального ядра точки; если уровень сигнала
остается прежним, недостаточно снизился или возрос,
т. е. зазор между электродом и деталью отсутствует или
мал, то контрольная аппаратура сигнализирует о дефект-
ной точке.
Эффективность применения указанного метода кон-
троля зависит от твердости свариваемого метал та: более
203
мягкие металлы дают малые и нестабильные зазоры.
Метод очень чувствителен к колебаниям Fci и не пригоден
для контроля при сварке с использованием FK, например
при сварке высокопрочных алюминиевых сплавов. Огра-
ниченный объем исследований метода контроля УЗК по
зазору между электродом и деталями не позволяет сде-
лать более определенные выводы о возможностях его ис-
пользования.
Контроль по перемещению подвижного
электрода машины
Рис. 115. Тепловое расшире-
ние металла.
а — объемное расширение Р не-
которых металлов; 1 — алюмн
ний; 2 — медь. 8 — нержавею-
щая сталь; Тс, Г, — темпера
туры солидуса и ликвидуса,
6 — расширение металла зоны
сварки
В результате нагрева н расплавления ме-
талл в зоне сварки расширяется и раздвигает электроды
машины. Исследованиями установлено, что между вели-
чиной перемещения электродов
и размерами зоны расплавления
существует взаимосвязь, кото-
рая может быть использована
для контроля качества сварных
соединений (размеров литой
зоны).
Тепловое расширение метал-
лов скачкообразно возрастает
при переходе нз твердого со-
стояния в жидкое (рис. 115, а).
При сварке нагреваемый объем
металла ограничен по перифе-
рии кольцом холодного металла,
а сверху и снизу торцами элек-
тродов. В процессе нагрева и
расплавления происходит при-
ращение объема металла и его
деформация в направлении наи-
меньшего сопротивления — по
оси электродов, в результате
чего электроды раздвигаются.
Одновременно с увеличением
объема металла в процессе фор-
мирования соединения под дей-
ствием F„ происходит некоторое вдавливание электродов
в поверхность свариваемых деталей. Расчеты показывают,
что при отсутствии вдавливания электродов (одноосном
расширении в вертикальном направлении) при наличии
204
зоны расплавления нормальных размеров (d, Л) прира-
щение толщины деталей До (рис. 115, б) может составить
8—10%, а при отсутствии расплавления — 4,5% суммар-
ной толщины деталей, т. е. в 2 раза меньше.
В реальных условиях формоизменение металла между
электродами носит трехосный характер и взаимное пере-
мещение электродов в процессе образования соединения Д t
(рис. 115, б) будет пропорционально разности между
Рис 116. Регистрация перемещения подвижной головки машины под
действием расширения металла:
а — схема установки датчиков, 1 — верхняя консоль, 2 — головка; 3 — ниж-
няя консоль, 4 — электромагнит; 5 — пластина; 6 — шток; 7 — элсктрокок-
тактпый датчик: 8 — потенциометрический датчик, б — характер перемещений
элементов машины а процессе сварки
расширением металла при нагреве и расплавлении и вдав-
ливанием электродов. Величина вдавливания электродов
зависит от свойств свариваемого металла, интенсивности
нагрева (жесткости режима) и определяется фактическим
и его изменением в процессе образования зоны рас-
плавления.
Рассмотрим взаимное перемещение электродов и эле-
ментов механического контура машины в процессе сварки,
а также причины и характер изменений Fm. Так как
обычно в машинах верхняя электродная головка 2 яв-
ляется подвижной, то под действием расширения металла
она перемещается на величину Д£й к относитечьно
нижней консоли 3 (рис. 116, й). Если считать, что вдавли-
205
вания электродов в поверхность деталей под действием Fce
не происходит, то возможное перемещение верхней го-
ловки 2 относительно нижней консоли 3 в процессе сварки
можно представить кривой 1 (рис. 116,6). Если учесть
вдавливание электродов в металл при нагреве (кривая 2),
го перемещение верхней головки машины будет меньше и
выразится кривой 3.
В связи с тем, что в производственных условиях не
представляется возможным измерять перемещение го-
ловки машины Д5о-Н относительно нижней консоли,
контроль теплового расширения металла при сварке
производится измерением перемещения головки 2 AS0_K
(AS) относительно верхней консоли 1. Можно предполо-
жить, что AS - ASo-.ч- Однако это возможно, если
допустить, что нижняя консоль 3 в процессе сварки не
подвижна относительно верхней консоли 1 машины, т. е.
механический контур машины абсолютно жесткий или
заданное Fct, „ в процессе сварки не изменяется. При
использовании цикла сварки с FK, прикладываемым в мо-
мент времени tK (рис. 116,6), происходит значительная
деформация элементов контура (SK_K возрастает), го-
ловка машины перемещается вниз и увеличивается вдавли-
вание электродов в металл деталей, в результате чего резко
падает ниже «пуля отсчета» величина AS. Кроме того,
В реальных условиях сварки вследствие действия инер-
ционных Fu и сил трения Fr, возникаклщ х при движении
головки 2 машины вверх под действием расширения ме-
талла, увеличивается фактически действующее усилие
электродов ф = F,„ 0 -j- Fu -ф Fr. В результате этого
возникает дополнительная упругая деформация элементов
механического контура машины, которая проявляется
в изменении расстояния между верхней и нижней консо-
лями ASK к (рис. 116, 6). Такая деформация приводит
к уменьшению измеряемой величины перемещения AS
головки 2 относительно верхней консоли /.
Исследования показывают, что изменение Fu_ ф, а
следовательно, SK_K и AS за счет сил инерции Fu частей
привода усилия, перемещающихся вместе с верхним элек-
тродом, определяется ускорением движения головки 2,
которое зависит в основном от интенсивности нагрева при
сварке (величины <„). Анализируя кривые AS при раз-
личных случаях сварки (рис. 117) можно отмстить, что
наибольшие ускорения возникают в начальной стадии пе-
ремещения головки машины, а к концу процесса сварки
206
г
'<• (когда измеряется AS) ускорение уменьшается и может
изменять свой знак, снижая таким образом ф. Приве-
денные в результате обработки осциллограмм расчеты пока-
зывают, что значения Fu незначительны даже при наличии
больших масс подвижных частей привода усилия (150 кг
у машины МТПТ-400) и достаточно жестких режимах
сварки легких сплавов на конденсаторных машинах.
Рис. 117. Осциллограммы 45 и /св при снарке:
а “ сплава ЛМгбН. 3,8 + 3,8 мм; б—стали Х18Н9Т, 1,5 + 1,5 мм;
п—сплава ОТ-1, 1 п- I е —сплава Д16ЛТ, I 5 1.6 мм; д —то же.
во с FK‘ е —стали ВНС2, 1,5 - 1,5 мм, ж — сплава АМгб, 3 + 3 дл
(роликовая сварка)
Увеличение Fco ф в процессе сварки при движении го-
ловки машины вверх происходит в основном за счет FT,
возникающих в направляющих головки, манжетах и дру-
гих подвижных уплотнениях пневл оиривода. По опыт-
ным данным Fr в машинах с ппевмодиафрагмеиным при-
водом и трением скотьжения при расположении электро-
дов по оси действия усилия (МТПТ) обычно не превышает
60 кге; в машинах с пневмоцилиндром и трением скольже-
ния при несовпадении осей электродов и усилия (МТП)
составляет 100—120 кге и в машинах с ппевмоцитнндром,
207
пружиной и трением качения (МТПУ-300) не превышает
50 кге (при AS = 0,25 лм). Эти данные могут быть полу-
чены при условии, если нет заклинивания головки машины
в направляющих, отсутствуют перекосы, возникающие
обычно при эксцентричном приложении Рэл относительно
осн привода.
Степень снижения AS из-за повышения Ры,ф зависит
от общей жесткости механического контура машины (кон-
солей, мест их крепления и передней стенки). Чем больше
жесткость контура, тем меньше влияние FT на перемеще-
ние головки машины от действия расширения металла
в процессе сварки, а именно: контролируемая величина
перемещения AS относительно верхней консоли будет
больше. Расчетами и опытами установлено, что вели-
чина AS будет удовлетворять условиям надежного из-
мерения н контроля, если общая жесткость механического
контура сварочной машины в среднем не менее 1000 кге! мм
Следует отметить, что при различной настройке одной и
той же машины жесткость может изменяться. Например,
машина МТПУ-300 при наличии откоса нижней консоли
имеет жесткость М 1100 кге/мм и контроль AS в этом
случае возможен. При отсутствии откоса М & 400 кге/мм
и контроль AS не может быть выполнен из-за малых его
значений. Если машина оснащена фигурными электро-
дами с малой жесткостью, то обычно контроль качества
сварки по AS не может быть осуществлен.
Обобщая данные о влиянии FT и М па контролируемую
величину AS можно считать, что сварочная машина при-
годна для такого метода контроля, если она удовлетворяет
условию
• Й«0-05-
где 6 — толщина тонкой детали в соединении.
Если сварочная машина удовлетворяет указанному
условию, то при минимально допустимом диаметре ядра
точек d (см. табл. 1) величина перемещения AS подвиж
ной головки относительно верхней консоли составляет
в среднем для разных металлов 7—12% одинарной тол-
щины деталей, а при = 6а 3,5—6% суммарной толщины.
При сварке на номинальном режиме отклонения вели-
чины AS от среднего значения при d ~ const не превы-
шают ±10%. Прн сварке деталей неравной толщины и от-
ношении толщин до 2 : 1 AS будет несколько больше, чем
208
прн сварке деталей равной толщины (таких, как тонкая
деталь) за счет большего нагрева и абсолютного проплав-
ления толстой детали.
Исходя из необходимых условий, контроль по AS воз-
можен на сварочных машинах типов МТПТ, МШШТ,
МТК, МТВ, МШВ, МТПУ. Некоторые машины могут
быть модернизированы для указанной цели путем уве-
личения жесткости механического контура, снижения FT,
например постановкой пружины между приводом и го-
ловкой машины.
Перемещение AS может быть преобразовано в электри-
ческий сигнал с помощью различных датчиков: тензо-
метрических, индуктивных, потенциометрических и др.
Дтя контроля и регистрации AS необходимо, чтобы дат-
чик, установленный па верхней консоли, имел связь
с подвижной головкой машины только на время включе-
ния тока 1СВ, причем FCB const. Такая связь может осу-
ществтяться с помощью электромагнита 4, установленного
на головке 2 привода машины (см. рис. 116, а). Раньше
включения ifs, а прн испотьзовании мягких режимов —
в момент включения ica на обмотку электромагнита по-
дается питание и осуществляется сцепление головки 2
со стальной пластиной 5, связанной с измерительным
стержнем б электроконтактного датчика 7 и потенцио-
метрического датчика 8. После выключения ia питание
с обмотки электромагнита 4 снимается и связь головки 2
с пластиной 5 прекращается. Такое же периодическое
сцепление электромагнита с датчиком необходимо и па
время включения при роликовой сварке. Если же из-
мерительный стержень датчика все время' будет связан
с роликовой головкой машины, то изменится нулевой уро-
вень за счет эксценгриситета вращающихся роликов и
других факторов. При шаговой роликовой сварке связь
головки с датчиком осуществляется только на время оста-
новки роликов и Ьключения i„.
Типичные осциллограммы перемещения AS, записан-
ные с потенциометрического датчика, и при точечной
и роликовой сварке некоторых металлов приведены на
рис. 117. В большинстве случаев начало перемещения
происходит с запаздыванием по отношению к включе-
нию ia на величину (0,2-^-0,3) ф„. Запаздывание проис-
ходит вследствие двух одновременно протекающих про-
цессов: расширения металла и вдавливания электродов,
а также наличия FT в подвижных частях привода усилия
И БД. Орлов 209
режимах AS, достигнув максимума не изменяется не-
смотря на то, что d возрастает. Причем при достижении AS
максимального значения размеры d могут быть даже менее
минимально допустимых, папример d 6 мм для тол-
щины металла 1,5 + 1,5 мм (режимы 1 рис. 119, с, г).
Таким образом, в случае использования мягких режимов
необходимая тесная связь AS с d и А отсутствует и кон-
dun
Рис. 119. Зависимости d, А и AS от tce при точечной сварке металлов
толщиной 1»5Ч- 1,5 мм:
а — сталь XI8H9T; б — сплав АМгб; а —сплав ОТ4; г — сплав Д16АТ
Ofitt Q03 0J6 0t20 фак
<)
троль по перемещению электрода невозможен. Отмечен-
ное явление наблюдается при сварке металлов с относи-
тельно низким пределом текучести при повышенной тем-
пературе (менее теплопрочных), какими являются сплавы
ОТ4 и Д16АТ.
Для объяснения причин нарушения связи AS с d сле-
дует рассмотреть рис. 119, г. При сварке на режиме 1
(ice ~ 0,26 сек) проплавлейпе деталей А увеличивается
быстрее, чем рост d, причем, начиная с момента, когда А
достигает максимума, AS перестает возрастать и при
дальнейшем увеличении tK даже несколько снижается;
диаметр ядра d при этом продолжает увеличиваться. Такое
несоответствие может быть объяснено тем, что на мягких J
режимах интенсивно возрастает вдавливание электродов
212
в металл и его течение в зазор между свариваемыми ли-
стами, что и является причиной прекращения возраста-
ния AS. Следует отметить, что при использовании совре-
менных режимов сварки алюминиевых сплавов (/„
< 0,056 сек) пет опасности нарушения тесной связи AS
с d и А. Что касается сплавов титана ОТ4, то в целях
применения контроля по величине AS необходимо не-
сколько ужесточить используемые режимы сварки. От-
сутствие необходимой связи AS с d и А на мягких режимах,
позволяет объяснить причину отрицательных результатов,
Рис. 120. Зависимость d. А, Д5 от 1св при роликовой сварке:
а сплав АМгб, 3,8 т 3,8 мм, б — сплав ЛМгЗП, 2,5 4-2,5 мм
полученных при проведенных ранее исследованиях с целью
установления возможности испотьзования параметра AS
для контроля при точечной сварке легких сплавов.
При роликовой сварке с остановкой деталей па время
включения ire (шаговая сварка) зависимость AS от d и А
носит такой же характер, что и при точечной сварке
(рис. 120). В связи с тем, что для качества роликовых
соединений основное значение имеет А, ширина литой
зоны d может уменьшаться без опасности снижения проч-
ности и нарушения герметичности соединения. Поэтому
в случае роликовой сварки в первую очередь важна
связь AS с А. Разрешающая способность AS как пара-
метра контроля при этом достаточно высока. Так при
изменении (снижении) А от 50 до 20% (минимально допу-
стимое) AS уменьшается с 0,25 до 0,175 мм, т. е. на 30%
(рис. 120, а).
При минимально допустимом А = 20% AS при шаго-
вой сварке нержавеющих сталей и алюминиевых сплавов
на машинах МШШТ составляет в среднем 5—7% одинар-
213
lbL_..
ной толщины детален. Меньшее AS по сравнению с точеч-
ной сваркой тех же металлов объясняется применением
на этих машинах режимов с высокими F„ из-за больших
значений а также более высокой температуры ме-
талла в зоне сварки и интенсивного вдавливания роликов
в металл. При роликовой сварке с непрерывным пороме
щением деталей величина AS несколько меньше (при оди-
наковых d п /), чем при шаговой сварке, менее стабильна,
существенно зависит от скорости сварки, и снижается
Рис. 121. Зависимость Д5 от
жесткости режима при точечной
сварке металлов толщиной
1 + 1 мм и d 4 ,чл<:
/—сталь Х18Н9Т;5—сплин ВЖ98;
3 — сплав Д16АТ; 4 — сплав ОТ4
с ее увеличением.
Из рассмотрения зависи-
мостей AS, d, А от tca (см.
рис. 119, 120) видно, что при
одинаковых d и А, получен-
ных при сварке на различ-
ных для большинства ме-
таллов величина AS больше
при жестких режимах. Раз-
ница в значениях AS тем
больше, чем менее жаропро-
чен свариваемый металл, так
как при мягких режимах его
темпсрат} ра в контакте элек-
трод—детать выше, чем жест-
ких, и процесс вдавливания электретов протекает интен-
сивнее, снижая AS (рис 121).
Влияние изменений Flt на d, А и AS показано на
рис. 122. Известно, что с увеличением Fa обычно умень-
шаются d и А. Однако AS снижается еще в большей сте-
пени, чем уменьшаются d и А. Например, при d = 5 мм
и Fc, — 400 кге, AS — 0,13 мм (см рис. 119, в, режим 2);
при том же d, но F„ — 600 кге, AS < 0,12 мм (рис. 122, а).
При снижении FCI1 для сплава ОТ4 толщиной 1,5 4- 1,5 мм
d также несколько уменьшается, однако AS значительно
возрастает Отмеченное ухудшение тесноты связи AS с d
и А может явиться причиной неправильной оценки ка-
чества сварных точек. Большее влияние Fca на d, А и AS
оказывает при сварке менее тептопрочных металлов, на-
пример алюминиевых сплавов (рис. 122, б). Более резкое
падение или возрасташ с AS (несоответствующее d и А)
при колебаниях Fro вызвано увеличением вдавливания
электродов и возможным изменением степени подвиж-
ности сварочной головки машины, например из-за не-
которого заклинивания (при повышении F„). В реаль-
214
ных условиях сварки допустимые колебания Fce ие пре-
вышают ±1096, что приводит к незначительным измене-
у ниям d, А и ДЗ (см. рис. 122).
При точечной сварке высокопрочных алюминиевых
сплавов используют режимы с усилием FK. Момент при-
ложения FK по отношению к включению i(„ рекомендуется
устанавливать tK tte + (0,01 — 0,02) 6 сек. В совре-
„! менных сварочных машинах (МТК, МТБ) время нараста-
ния до 2/3FK составляет не ботее 0,03 сек. Таким образом,
X
1
Рис. 122. Зависимость d, Л. AS от Fce при точечной сварке:
а — сплаи ОТ4, !,б -1- 1,5 мм. б — сплав ЛК4 !, 1,5 1,5 лгл
при правильной установке времени tK приложение FK
происходит после того, как AS достигнет максимального
значения, соответствующего d и А сварного соединения.
Если же 1К < /ет, то приложение FK резко снижает AS
(см. рис. 116, б), хотя d и А могут при этом практически
не измениться. По той же причине применение при точеч-
ной сварке возрастающего ступенчато F№ (машины
МТПТ-600, МТИП-1000) практически лишает возмож-
ности использовать контроль по AS.
При использовании режимов сварки с предваритель-
ным обжатием деталей усилием F^ FK мало изме-
няются d и А, однако увеличивается величина AS. На-
пример, применение /о6ж при точечной сварке сплава АМгб
толщиной 4 + 4 мм снизило объем зоны расплавления
в среднем на 5%, AS же увеличилось на 30"б. Можно
предположить, что обжатие приводит к смятию неровно-
стей в контактах электрод—деталь и деталь—деталь,
а также к некоторому упрочнению металла в зоне сварки.
215
В результате различных значений AS при отсутствии и
приложении в случае использования контроля по AS
исключается изменение установленного режима сварки
(включение или выключение
Ток предварительного подогрева 1тЭ в зависимости от
величины, длительности включения и паузы между 1„„е
и i№ может оказывать влияние на связь AS с d и А со-
единений. Поэтому при использовании режимов сварки
различных металлов с imd необходимо в каждом кон-
кретном случае определять степень этого влияния.
Величина AS при сварке зависит также от расстояния
точки пли шва до края листа (ширины нахлестки). Умень-
шение нахлестки против рекомендованных значений
(см. табл. 1) приводит под действием нагрева и усилия
к выдавливанию металла у края листа, а при большем
уменьшении к выплескам. Размеры литой зоны при этом
могут практически не изменяться (при отсутствии вы-
плеска), но AS резко падает и связь с d и А нарушается.
Степень снижения AS зависит от жесткости режима
сварки. Установлено, что уменьшение нахлестки па 10%
при точечной сварке алюминиевых сплавов на машинах
МТПТ приводит в среднем к снижению AS на 10—15%,
а при сварке на конденсаторной машине AS практически
не изменяется. Следует отметить, что уменьшение на-
хлестки приводит к дефектам сварных соединений и узлов
(см. гл. II), и контроль AS позволяет это обнаружить.
С уменьшением шага точек tr при точечной или роли-
ковой сварке вследствие наличия ранее сформирован-
ных литых зон снижаются d и А соединений. Степень
влияния tT на d и А зависит от многих факторов:
Fcg 6, марки металла и др. Величина AS при снижении
d и А за счет уменьшения tT в общем отражает изменение
размеров литой зоны соединений, хотя теснота связи мо-
жет несколько ухудшаться из-за изменений формы литой
зоны (овальности), а также условий деформации металла
в контактах ролик—деталь (при роликовой сварке).
Исследования роликовой сварки алюминиевых сплавов
показали, что AS хорошо отражает изменения d и А
при формировании начала роликового шва и при под-
ходе роликов к точкам прихватки. Проверка связи AS
с размерами литой зоны при наличии зазоров между
деталями показала, что, если внутренние выплески от-
сутствуют, то AS отражает изменения d и А сварных
соединений.
216
Значительный интерес представляет исследование
связи AS с d и А при сварке деталей неравной толщины.
Быто рассмотрено два случая: сварка листов неравной
толщины, например 2 + 4 л.м, и сварка листов равной
толщины 2 + 2 мм. При условии одинаковых размеров
литой зоны и проплавления Л2 листа толщиной 2 мм,
из-за большего нагрева листа толщиной 4 мм (при соче-
тании 2 + 4 мм) AS больше, чем при сварке листов тол-
щиной 2 + 2 мм. Поэтому при изменении условий сварки
уменьшение А» для листов толщиной 2 + 4 мм дает мень-
шее снижение AS, чем в случае листов 2 + 2 мм (при
том же уменьшении Л2). Однако при сварке листов не-
равной толщины снижение проплавления тонкой детали
обычно сопровождается уменьшением общей высоты литой
зоны, что также уменьшает AS. Все это свидетельствует
о принципиальной возможности контроля размеров литой
зоны по AS при сварке деталей неравной толщины. Этот
вывод необходимо уточнить в двух направлениях: воз-
можности контроля отсутствия зоны взаимного проплав-
ления и возможности контроля наличия минимально до-
пустимых t/mln и Дт1п.
Проведенные исследования позволяют ответить на эти
вопросы. При сварке деталей с отношением толщин до
1,5 : 1 включительно легко установить значения AS, соот-
ветствующие dmln, Лп1|п и тем более отсутствию проплавле-
ния. При отношении более 1,5 : 1 до 2 : 1 включительно
отсутствие проплавления можно обнаружить по сниже-
нию AS, а уменьшение размеров литой зоны Лт1п и dniin
не всегда может быть установлено по величине AS. Это
зависит от применяемого режима сварки и марки свари-
ваемых металлов. При отношении толщин деталей более
2 : 1 связь между d, Л и AS в большинстве случаев от-
сутствует, хотя и полностью не исключается в некоторых
частных вариантах сварки деталей.
При роликовой сварке кольцевых швов возможно сме-
щение литой зоны в наружную (верхнюю) деталь, что мо-
жет нарушить герметичность соединений (см. гл. II).
Установлено, что смещение литой зоны сопровождается
уменьшением, как и при сварке деталей неравной тол-
щины, общей высоты литой зоны h, что снижает AS. Кроме
того, прн условии постоянства h смещение литой зоны
в наружную или внутреннюю детали также вызывает не-
которое уменьшение AS. Поэтому для симметрично рас-
положенной относительно плоскости соединения литой
217
Зоны AS несколько больше. Так при роликовой сварке
сплава АМгЗП толщиной 2,5 + 2,5 мм симметричное рас-
положение литой зоны при А = 30% дает AS = 0,2 мм.
В случае смещения литой зоны этому AS соответствует
проплавление внутренней детали 20%, что не гарантирует
герметичности соединения. Для исключения этого следует
минимальное AS принять 0,22 мм (А — 30%), что при
симметричном расположении литой зоны дает А — 37%.
Следовательно, литые зоны, имеющие А — 30—37%, бу-
123. Принцип ра-
датчика выплесков
ДВ
дут отмечены контрольным устройством как дефектные,
что снижает эффективность контроля по величине AS.
При формировании точечных и роликовых соединений
могут возникать внутренние и наружные выплески ме-
талла. Как уже отмечалось начальные выплески обра-
зуются при плохой подготовке поверхности или зазорах
между деталями и других грубых нарушениях техноло-
гии сварки и встречаются относительно редко. Чаще всего
происходят внутренние средние или конечные выплески.
Средние выплески существенно снижают d и А и еще в боль-
шей степени AS. При возникновении конечного выплеска
максимальное значение AS может не измениться, однако
размеры литой зоны будут менее допустимых или недоста-
точными для обеспечения герметичности соединений при
роликовой сварке или наоборот при достаточных d и А
значение AS может быть менее допустимого (соответствую-
щего dmln, ЛП]1П). Поэтому наряду с контролем AS целе-
сообразно отдельно контролировать возникновение в про-
цессе сварки выплесков.
4
Для этой цели используют датчик выплесков ДВ
(рис 123). В момент t0 образования выплеска расплавлен-
ный металл под действием большого избыточного давле-
ния (от Fca и теплового расширения) выбрасывается из
зоны сварки, при этом подвижная головка машины начи-
нает с установленным на ней ДВ свое движение вниз
(см. рис. 124) с ускорением 12—15 м/сек. Закрепленная
на пластинчатой пружине масса Р (рис. 123) в момент
Рис. 124. Осциллограммы AS, ica и ДВ при сварке с образова-
нием выплесков:
а—сплаи ЛМгб. 3 -г 3 мм, б — сталь Х18Н9Т, 1,5 + 1.5 лл; а —. сплин
AK4-I. 1.5 + J.5 лл*; г—сплав ОТ4. 2 -f- 2 лл; д—сплав АМгб, 4 + 4 мм
(ролпковея саарк.О
остановки готовки за счет сит инерции деформирует пру-
жину н размыкает нормально закрытый контакт К, вы-
дающий сигнал о наличии выплеска. На рис. 124 при-
ведены осциллограммы ice, AS и ДВ при сварке некоторых
металлов иа сварочных машинах различных типов.
Для контроля качества сварки разработано несколько
типов контрольно-регистрирующсй аппаратуры: АДК-1,
АКС-1, ПДК-2М и ПДК-3, которые отличаются друг от
друга в основном конструктивным исполнением и раз
личными элементами, используемыми в схемах. В ка-
честве примера рассмотрим структурную схему прибора
ПДК-3 (рис. 125) Па сварочной машине устанавливаются
219
электромагнит ЭМ, датчик перемещений ЖД, два датчика
тока ДТ1, ДТ2, датчик выплесков ДВ и датчик ковочного
усилия ДРК. Прибор имеет три запоминающих устрой-
ства: AS, выплесков и FK, блок синхронизации и сброса.
Сигнализация отсутствия или наличия дефектов произ-
водится с помощью четырех индикаторных ламп. На вы-
ходе прибора имеется блок регистрации дефектов, который
выполняет указанную операцию с помощью электромагнит-
ного отметчика и счетчика дефектных точек.
Блок регистрации дефектов при наличии последних
в сварных соединениях выдает звуковой и световой сиг1
Рис. 125. Структурная схема прибора для контроля по величине ДЗ
палы. Дефектами считаются: AS меньше заданного, вы-
плеск и приложение FK позже заданного. Блок синхро-
низации и сброса осуществляет связь сварочной машины
со схемой прибора. Этот блок непосредственно перед на-
чалом сварки каждой точки сбрасывает предыдущие пока-
зания прибора и подает команду па включение ЭМ, осу-
ществляющего связь ЖД с подвижной головкой свароч-
ной машины. Команда па блок синхронизации и сброса
подается при использовании малых t е, например на кон-
денсаторной машине от реле времени цикла машины; при
сварке с большими ta от датчика ДТ2. Датчики ДТ1 и
ДТ2 представляют собой магннтоуправляемые контакты
(герконы), установленные во вторичном контуре и сраба-
тывающие практически в момент включения ic„.
В качестве датчика перемещения используют стандарт-
ный электроконтактпый датчик модели 228 или 229 за-
вода «Калибр», который отличается простотой настройки
и надежностью и.позволяет фиксировать AS с точностью
220
Установка ЭКД, ЭМ, ДВ и электромагнитного отмет-
чика дефектов показаны на рис. 128. При установке ЭКД
и ЭМ требуется тщательная регулировка. Пластина 1
передающего устройства (см. рис. 126) должна быть уста-
новлена строго параллельно оси подвижной головки ма-
шины, плотно прилегать к торцу ЭМ и в то же время обес-
печивать свободное скольжение по нему при ходе головки.
Для правильного контроля AS команда па сцепление ЭМ
с пластиной передающего устройства должна поступать,
когда Fcs — const. Если Fa, к этому моменту продолжает
нарастать, то имеет место перемещение пластины вниз,
а следовательно, снижение «уровня отсчета» и уменьше-
ние AS, поступающего на ЭКД. Необходимо отметить,
что сварка при неустановпвшемся ие гарантирует ста-
бильности качества получаемых соединений и, кроме того,
препятствует применению контроля по AS. Поэтому не-
обходима правильная настройка аппаратуры управления
машиной, обеспечивающая F№ = const к моменту вклю-
чения ic„.
Отметчик дефектов установлен на верхнем электро-
додержателе машины (см. рис. 128, в). При наличии де-
фектов (невыполнение задания AS, выплеск, приложе-
ние FK позже допустимого) после выключения i(v шток
отметчика со штемпелем приводится в действие электро-
магнитом и, касаясь детали, отмечает дефектную точку
типографской краской. Для удобства при зачистке и смене
электродов отметчик поворачивается вправо на угол 90°.
В других типах аппаратуры для контроля качества
точечных и роликовых соединений по AS связь датчика
перемещений с подвижной готовкой машины осуществ-
ляется с помощью фрикционного сцепления. Во время
рабочего хода головки вниз фрикционное сцепление сколь-
зит по пластине передающего устройства (шток датчика
упирается в гайку «пуля отсчета»). При движении головки
вверх от расширения металла зоны сварки фрикционное
сцепление передает ее перемещение пластине. Такое фрик-
ционное сцепление может быть использовано только на
точечной машине, где имеется движение готовки вниз—
вверх перед сваркой каждой точки.
Перспективным для контроля AS является использо-
вание бесконтактных датчиков перемещения дискретного
типа, например оптических решеток с чередующимися
прозрачными и непрозрачными полосами. Цена одного
деления такого дискретного датчика составляет 0,01 мм,
223
что достаточно для контроля AS при сварке деталей тол-
щиной более 1 мм. При движении одной решетки отно-
сительно другой прерывается луч света от лампы к фото-
диоду. Таким образом, измерение перемещений сводится
к счету импульсов, возникающих при периодическом осве-
щении и затемнении фотодиода. Использование датчиков
дискретного типа позволяет получать информацию о макси-
мальной величине AS при сварке каждой точки, что зна-
чительно упрощает настройку задания AS в контрольной
аппаратуре, например в приборе АКС 2 консгрукции
ВНИИЭСО.
За рубежом разработана аппаратура, в которой наряду
е минимальным AS контролируется скорость перемеще-
ния головки машины в процессе формирования соедине-
ния. При этом исходят из того, что любое возмущение,
изменяющее размеры зоны расплавления, изменяет ско-
рость парастаиня AS.
Контроль по AS может быть осуществлен (при условии
выполнения соответствующих требований к оборудованию
и режимам) при толщине свариваемых деталей более 0,5 мм
для сталей и более 0,8 мм для легких сплавов, хотя в от-
дельных случаях эти минимальные значения толщин де-
талей можно снизить.
Важной и ответственной операцией является настройка
аппаратуры па заданное контролируемое значение AS,
соответствующее минимально допустимым размерам ли-
той зоны сварных соединений (dniin, Amln). В связи с этим
необходимо рассмотреть вопрос о назначении dn)In и Am,n.
В табл. 1 приведены рекомендуемые минимально допусти-
мые диаметры сварных точек. Однако, учитывая некоторый,
разброс в значении AS для данного d, целесообразно на-
значить минимально контролируемый диаметр меньшим
на 5—7%, чем указанный в табл. 1 для данной толщины
свариваемых деталей. Например, при сварке деталей тол-
щиной 1,5 + 1,5 мм минимально допустимый d состав-
ляет 6 мм, а контролируемый dmln принимают 5,5 мм. При
роликовой сварке герметичных швов, исходя из гарантии
необходимого перекрытия литых зон, принимают АП111) —
= 30%.
Задание датчика ASmln, соответствующее dmln, Am,n,
может быть определено в результате обработки осцилло-
грамм AS (см. рис. 119) при сварке данного металла
(рис. 129). Затем иа ЭКД закрепляется индикатор часо-
вого типа, который получает перемещение от штока дат-
224
чика, после чего с помощью настроечного винта ЭКД и
гайки «нулевого отсчета» устаналнвают контролируе-
мое ASmln. Проверку настройки и корректировку (если
требуется) производят при сварке образцов и определении
размеров литой зоны по макрошлифам соединений. Тре-
буемые dmln, Лга1п получают путем уменьшения пара-
метров ice или t№ номинального режима сварки, обеспе-
чивающего получение dzw.„, Лиол. В производственных
условиях настройка датчика AS может быть выполнена
при сварке образцов, имеющих dmln, Л1П1П, путем посте-
пенной регулировки настроечного винта ЭКД до срабаты-
устройства» Задание выполнено» кон-
вапия сигнального
Рнс. 129. Настройка
контрольной аппара-
туры на заданное
^^min
lcl
трольной аппаратуры. К настройке датчика на ASn]ln не-
обходимо подходить с особым вниманием н тщательностью,
так как неправильно установленный контролируемый пре-
дел AS приводит к отбраковке качественных точек (швов)
или пропуску (как качественных) соединений, имеющих
размеры литой зоны меисс допустимых.
Учитывая относительную сложность и трудоемкость
настройки этектроконтактного датчика на заданное AS,
контроль по перемещению подвижной готовки машины
целесообразно использовать там, где нет частой пере-
стройки режима сварки при изменении толщины или
марки металла свариваемых деталей. В дальнейшем ис-
пользование бесконтактных датчиков перемещения ди-
скретного типа возводит снять это ограничение исполь-
зования контроля по величине AS. Следует также помнить,
что в процессе эксплуатации сварочной машины может
измениться жесткость ее механического контура, напри-
мер в местах крепления нижней консоли, а следовательно,
н величина AS при тех же размерах литой зоны соедине-
ний. Поэтому при применении контроля качества сварных
соединений по AS необходимо до настройки датчика из-
мерить жесткость механического контура и затем перио-
дически ее контролировать.
В. Д. Орлов 225
Регулирование процесса сварки
по перемещению электрода
При точечной и роликовой сварке могут
быть различные возмущения процесса, изменяющие усло-
вия формирования литой зоны соединений и ее номиналь-
ные размеры. Перемещение AS подвижной головки ма-
шины, имеющее наиболее тесную связь с размерами литой
зоны, мржет быть использовано не только для контроля,
но и для автоматического ре-
гулирования процессов то-
чечной и роликовой сварки.
Обобщенная структурная
схема системы автоматиче-
ского регулирования по ве-
личине AS приведена на
рис. 130. При наличии возму-
щений, связанных непосред-
ственно со сварочной маши-
ной (Uc, гк, R3.„ FCII) и с зоной
Рис. 130. Обобщенная структур-
ная схема автоматического ре-
гулирования процесса сварки
по AS:
СМ—сварочная машина; СУ—блок
управления- П—прсобразонатель.
ЗУ — задающее устройство; дат-
чик
сварки (шунтирование) изме-
няется параметр регулиро-
вания— перемещение AS, из-
меряемое соответствующим
датчиком Д. Электрический
сигнал датчика, пропорцио-
нальный AS, сравнивается
с сигналом задающего устрой-
ства ЗУ и их разность поступает на преобразователь П,
который обеспечивает необходимое соответствие между
выходным напряжением и изменением регулирующего
парамегра блока управления БУ сварочной машиной (пре-
рыватель или СПУ). В качестве регулирующего пара-
метра используют величину сварочного тока 1„ и дли-
тельность его протекания t„. При точечной сварке с FK
необходимо также одновременно с воздействием на tca
автоматически изменять момент tK приложения FK.
Автоматические регуляторы, воздействующие с целью
получения стабильных размеров литой зоны на 1а, раз-
работаны для точечной и роликовой сварки сталей. Ве-
личину AS измеряют индуктивным датчиком. На рис. 131
показан принцип регулирования in в зависимости от ве-
личины и знака рассогласования между заданной про-
граммой изменения перемещения иа и фактической вели-
226
чиной AS, которой пропорционально напряжение дат-
чика ид. При уменьшении ид =2 AS сварочный ток уве-
личивается, а при повышении -— снижается. При дости-
жении фактической величины перемещения AS заданного
уровня при времени ta ток выключается и процесс сварки
прекращается. Однако рассмотренная система автомати-
ческого регулирования является достаточно сложной и
относительно малоустойчивой при больших возмущающих
воздействиях.
Более простым является
регулятор, выключающий ia
по достижении AS заданного
значения, соответствующего
номинальным размерам литой
зоны. Для этой цели могут
быть использованы приборы
контроля AS, указанные
выше, в режиме работы «Авто-
матическое выключение тока»
(АВТ). Сварочный ток вы-
ключается при замыкании
нормально открытого контак-
та электроконтактного дат-
чика. При работе с регуля-
Рис. 131. Регулирование Д5 по
заданной программе измене-
нием iCB
тором tre устанавливается
в 1,5—2 раза больше (в за-
висимости от ожидаемых
максимальных возмущений
процесса), чем tce номинального режима сварки.
В отдельных случаях выключать 'i„ целесообразно и
в момент выплеска, так как дальнейшее протекание
ухудшает качество соединений, например при роликовой
сварке легких сплавов. В табл. 20 приведены данные о ра-
боте такого регулятора при точечной сварке стали X18Н9Т
толщиной 1,5 4х 1,5 мм. Однако, если для сварки исполь-
зовать неизменный i„, то при большой величине возму-
щений, вызывающих уменьшение d, например — 20% /„
или +40% F„ (см. табл. 20) регулятору приходится
значительно увеличивать t№. При этом из-за существен-
ного изменения жесткости режима может ухудшаться
связь AS с d и А и размеры получаемых литых зон точек
будут отличаться от номинальных. Чтобы исключить это,
для сварки испотьзуют непрерывно нарастающий (моду-
лированный) ток однофазных машин, машин постоянного
I *
227
I
I
1
Таблица 20
Работа регулятора AS при точечной сварке стали Х18Н9Т толщиной
1,5 + 1,5 мм (машина МТПУ-300; AS — 0,18 жж)
Тип возмущения Регулятор (АВТ) о сек 1св в сек fce. д в ка ^Св в кге D Я.« Д£ Н ММ а в мм
Номиналь- ный режим Выключен Включен 0,18 0,36 0,18 9,2 700 7 0,186 0,184 6,1 6,0
4“ he Выключен Включен 0,18 0,36 0,18 0,14 10,6 10,4 700 7 0,22 0,188 6,7 6,0
Выключен Включен 0,18 0,36 0,18 0,32 6,6 7,6 700 7 •0,127 0,184 3.9 5,9
Выключен Включен 0,18 0,36 0,18 0,13 9,2 8,7 500 7 0,22 0,215 6,1* 6,0
-Fee Выключен Включен 0,18 0,36 0,18 0,28 9,6 9,7 1100 7 0,122 0,18 5,4 6,7
Шунтиро- вание Выключен Включен 0,18 0,36 0,18 0,23 9,4 9,5 700 7 0,145 0,194 5,0 6,0
-1 d3,t 30% Выключен Включен 0,18 0,36 0,18 0,22 9,3 9,4 700 9 0,168 0,2 5,2 5,7
• Выплеск.
тока или ток низкочастотных машин при t„ <2 Зт (т — по-
стоянная времени машины). В этом случае увеличение
в процессе регулирования приводит также к возраста-
нию /„, а следовательно, к более интенсивному выделению
энергии в зоне сварки по сравнению с током неизменного
значения. В рассмотренном выше примере при исполь-
зовании модулированного тока (коэффициент модуля-
ции 2,5 прн t = 0,3 сек) возмущение —20% /„ компенси-
руется увеличением t№ - 0,26 сек, вместо 0,32 сек при
!св «и const. Кроме того, применение нарастающего по-
зволяет избежать выплесков при возмущениях, вызываю-
щих увеличение литой зоны (уменьшение Fa, повыше-
ние 1СВ). При использовании = const вероятность вы-
плесков в таких случаях значительно больше.
Прн точечной сварке алюминиевых сплавов на низко-
частотных машинах используются токи длительностью
включения <2 Зт, следовательно, при изменении t„
228
при регулировании увеличением не удается получить
AS„nj„, то предел ASmln всегда достигается, что обеспечи
влет dmln, Лт1п сварных соединений. Удовлетворительные
результаты работы регулятора подобного типа были полу-
чены при точечной сварке алюминиевых сплавов Д16АТ,
ЛМгЗП, АМгб и др.
При роликовой сварке алюминиевых сплавов исполь-
зование автоматического регулирования AS имеет свои
особенности. Как известно, роликовая сварка алюминиевых
сплавов выполняется на относительно мягких режимах
= (0,06—0,08) б сек. В этом случае при больших воз-
мущениях процесса, направленных на уменьшение d и А,
ие удается обеспечить А5н0Л1 даже при значительном уве-
личении Это может приводить к нарушению стабиль-
ности формирования сварного шва, так как возникает
своеобразный колебательный процесс, при котором нару-
шается соответствие между А и AS, а именно, AS не дости-
гает своего номинального значения ASn<M< несмотря на то,
что А соответствует номинальному значению.
Причинами этого является: снижение прочности ме-
талла из-за применения относительно больших 1се, а сле-
довательно, интенсивное вдавливание роликов; изменение
формы литых зон шва в плоскости соединения из-за вы-
плесков, шунтирования точек прихватки, нестабильности
шага и других факторов. Эти причины нарушения связи AS
с А еще в большей степени проявляются при роликовой
сварке кольцевых швов на деталях из высокопрочных
алюминиевых сплавов толщиной 3—4 мм. Установлено,
что при роликовой сварке расширение металла каждой
последующей литой зоны происходит уже в условиях жест-
кой связи двух деталей за счет предыдущей литой зоны.
Поэтому одинаковому AS в роликовом шве соответ-
ствует литая зона несколько больших размеров, чем литое
ядро одиночной сварной точки. В результате этого регу-
лирование по AShojh не всегда обеспечивает идентичность
литых зон шва. Для герметичности роликовых швов прин-
ципиально достаточно обеспечить в процессе сварки не-
которое AS3, несколько большее ASmln. Однако, если вести
регулирование по такому AS3 -CASH(>J1, то при отсутствии
возмущений качество соединений будет понижаться, так
как литые зоны будут иметь А <Л„ол, (60—70%).
В связи с этим целесообразно ввести определенные огра-
ничения в процессе регулирования, а именно, выполнять
его только в случае возмущений процесса, направленных
231
на уменьшение размеров литой зоны, так как возмущения
противоположного направления не так опасны, бывают
значительно реже и легко могут быть обнаружены по
увеличению тепловыделения в зоне сварки и как след
ствне — выплеску. Кроме того, регулирование ведется по
ДЗЭ несколько большему, чем ДЗП„П, и только в тех слу-
чаях, когда за время AS не достиг ю Л33 (рис. 133, б).
Если это имеет место, то регулятор «добавляет» еще не-
который интервал времени tci,d„n и выключает ica по до-
стижении ДЗ' = ДЗЭ (А — 40%) при времени fcs. Испы-
тания такой системы регулирования при роликовой сварке
алюминиевых сплавов толщиной 3—4 мм показали до-
статочно хорошую стабильность процесса при на шчин та-
ких возмущений, как снижение !св.я, повышение Fcg, уве-
личение RM и шунтирование около точек прихватки и
перекрытия шва. Одновременно упрощается настройка
датчика перемещения, которая ведется на один предел Д33,
а не на два предела АЗ, и А3,юя (см. рис. 133, а).
Применение такого способа регулирования ДЗ эф-
фективно и при точечной сварке, когда при больших воз-
мущениях процесса, требующих значительного увеличе-
ния t„, при котором может нарушиться связь между ДЗ
и размерами литой зоны. Здесь же не надо существенно
увеличивать tr.s, так как необходимо обеспечить лишь
минимально допустимые размеры литой зоны, а ие номи-
нальные, как в случае регулирования, рассмотренном на
рис. 133, а. Использование этого принципа обеспечивает
большую надежность процесса, благодаря невозможности
уменьшения t№ при ложных сигназах выполнения АЗИОЛ.
ГЛАВА VIII
КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
И УЗЛОВ
Основные методы неразрушающего
контроля
Использование методов контроля пара-
метров точечной н роликовой сварки, имеющих связь
с размерами зоны расплавления, позволяет своевременно
выявить н в тон или иной степени предотвратить появле-
ние дефектных точек (швов). Однако даже самая совер-
шенная технология и способы контроля процесса сварки
не могут обеспечить получение полностью бездефектных
соединении. Поэтому необходим хотя бы выборочный кон-
троль готовых сварных соединений и узлов в изделиях
ответственного назначения как при их изготовлении, так
и в процессе эксплуатации.
В решении этой задачи большая роль отводится нераз-
рушающнм физическим методам контроля.
Как отмечалось выше, все дефекты точек (швов) разде-
ляют на наружные и внутренние.
Наружные дефекты (вырыв точек, трещины, прожоги
в др.) обнаруживаются внешним осмотром, который совме-
щается с выявлением отклонений в размерах постановки
точек (шва). Внешний ослотр предшествует всем другим
видам контроля, так как без выявления внешних дефектов
нерационально применять рентгеновский, ультразвуко-
вой, магнитный,и другие методы контроля без разру-
шения.
Для обнаружения мелких наружных трещин в зоне
точек (швов) применяется цветной и люминесцентный ме-
тоды контроля. Сущность этих методов заключается в ис-
пользовании явления проникновения в трещины жидко-
стей, обладающих хорошей смачиваемостью н интенсивным
свечением при дневном освещении (цветной метод) или
при освещении ее ультрафиолетовыми лучами (люминес-
центный метод). Порядок проведения этих видов контроля
следующий:
233
Люминесцентный метод
контроля
Цветной метод контроля
1. Очистка контролируемой поверхности от загрязнений и масел
2. Нанесение слоя подкрашен-
ной в три-четыре приема жидко-
сти (например, состава: 1% ски-
пидара, 90% керосина, 10 г
краски «Судан 4» на 1 л жидко-
сти). Время смачивания 15—
20 мин
3. Промывка поверхности 50% -
ным р створом кальцинированной
соды и просушка
4. Нанесение пульверизатором
слоя суспензии — раствора као-
лина в воде (0,4—0,5 кг/л) и ее
просушка
5. Выявление мелких трещин
при обычном свете по окраске
в красный цвет белого каолина
в месте трещины
2. Нанесение флуоресциру-
ющей жидкости состава: 15%
трансформагорно "о масла и
85% керосина, 2 3% эмуль-
сатора от объема жидкости
3. Удаление жидкости су-
хими опилками или промывкой
и просушкой
4. Нанесение тонкого слоя
порошка углекислого магния,
талька и др. и выдержка в те
ченне 30—50 мин
5. Удаление лишнего порош-
ка н освещение поверхности
ультрафиолетовым светом
6. Выявление по яркому
желто-зеленому свечению тре-
щин, в которые прошла лю-
минесдирующая жидкость
^/Чувствительность этих методов высока: можно вы-
явить трещины размером 3 мкм по ширине и 30—40 мкм
по глубине (применяют для любых металлов).
^Внутренние дефекты точек и швов выявить значительно
труднее. Трещины, раковины и выплески металла в зазор
между листами могут быть обнаружены просвечиванием
рентгеновскими лучами (рис. 134). Если в сварной точке
имеются раковины, трещины и другие несплошности, то
они вследствие их меньшей поглощающей способности по
сравнению с соседними участками металла будут пропу-
скать большее количество рентгеновских лучей и их до-
вольно легко обнаружить по потемнению рентгеновской
пленки на этих участках металла (рис. 134, а). Выплеск
металла обнаруживается по более светлым участкам во-
круг точки, так как на пути рентгеновских лучей больше
металла (рис. 134, о).
Самым опасным и в то же время наиболее распростра-
ненным дефектом точечной и роликовой электросварки яв-
ляется непровар (полный или частичный) — отсутствие
литого ядра или недостаточные его размеры (рис. 134, б).
234
I Существующие методы контроля без разрушения соедине-
ний в общем случае не позволяют выявить размеры литого
ядра, так как чувствительность их недостаточна для обна-
ружения области, подвергавшейся расплавлению.
При сварке деталей из плакированных алюминиевых
сплавов или сплавов, имеющих слон покрытия, проблема
контроля качества точек и швов (выявления непроваров)
осложняется тем, что чувствительность методов дефекто-
скопии должна быть доста-
точна не только для обнару-
жения общих размеров рас-
плавления, но и для опреде-
ления толщины плакирован-
ных и других слоев. Если по
каким-то причинам плакиро-
ванные слои или окисные
пленки с загрязнениями оста-
лись на поверхности задан-
ного круга (диаметром d)
в плоскости соединения дета-
лен, то такие точки являются
дефектными по непровару,
даже при наличии зон рас-
плавления в каждой из де-
талей. В связи с этим все
методы контроля для выяв-
ления непровара и размеров
литого ядра без разрушения
точек (швов) нужно рассмат-
ривать с точки зрения чув-
Ряс. 131. Рентгенограммы свар-
ных точек из сплава Д16Т тол
щннон 2 -f- 2 мм;
а — с внутренними трещинами;
б — с частичным непроваром;
в — с ннутренннм выплеском
ствительности их к указан-
ным пленкам или плакировке для выявления d и к тол-
щине зоны расплавления для выявления величины про-
плавления А.
При сварке деталей равной толщины методами дефекто-
скопии достаточно установить d, так как при номиналь-
ном d — (3-:4) 6 обычно А больше 20% суммарной тол-
щины, кроме случаев сварки изделий с малым радиусом
кривизны и пластичных сплавов, например АМц. В роли-
ковых швах кроме ширины литой зоны необходимо уста-
новить степень перекрытия точек для оценки герметич-
ности швов.
Для контроля полного или частичного непровара в го
товых сварных соединениях, выполненных точечной и ро-
235
ликовой электросваркой, предложен ряд методов“-особеи-
ности и перспективность применения которых рассмотрены
ниже.
"Размеры отпечатков от электродов (роликов) на поверх-
ности деталей однозначно не связаны с размерами зоны,
расплавления. Однако изменение размеров отпечатков прн
постановке ряда точек при неизменной настройке машины
свидетельствует о нарушении условий сварки и возмож-
ном непроваре (при уменьшении отпечатков). Привело лн
это уменьшение отпечатков к частичному или полному
непровару определить невозможно без разрушения изде-
лия или применения метода дефектоскопии. Только при
значительных изменениях размеров отпечатков можно су-
дить о дефекте точки. При сварке алюминиевых и магние-
вых сплавов при применении ковочного усилия встре-
чаются случаи даже полного непровара при одинаковом
отпечатке с точкой, имеющей номинальный диаметр ядра.
В общем случае этот метод может быть использован лишь
для приближенной оценки качества соединений.^
^Контроль герметичности сварных соединений произ-
водится, когда они разделяют объемы, имеющие перепады
давлений жидкостей и газов (баки, емкости, трубопроводы
и т. п.). Контролю на герметичность чаще всего подвергают
роликовые рабочие соединения, однако при необходимости
контротируют и связующие соединения (точечные и ро-
ликовые).
Методы испытания выбирают в зависимости от назна-
чения изделия и технических условий на его изготовление.
Правила контроля швов на герметичность в общем виде
изложены в ГОСТе 3242—69.
Трудностью и особенностью испытания на герметич-
ность рабочих соединений, выполненных роликовой элек-
тросваркой, является недоступность для наблюдения
сварного шва под нахлесткой, в результате чего из-за
плотного прилегания двух листов около нссплошности
возможны ошибки в обнаружении и фиксировании дефект-
ного места (обычно в стороне от дефекта).
Основными причинами негерметичности роликовых
швов являются: .малое перекрытие литых зон шва, недоста-
точные размеры литой зоны, наружные и внутренние вы-
плески, прожоги.
При испытании на герметичность о чувствительности
метода контроля судят по обнаруживаемому размеру (диа
метру) поры, по ширине трещины или по величине обпа
236
t
Ж ружнваемой утечки газа (жидкости) через неплотность
в единицу времени. Чувствительность различных методов
контроля герметичности приведена в табл. 22.
Таблица 22
Чувствительность различных методов контроля герметичности
Метод Пробный газ (жидкость) и индикатор Чувствительность
Пневматический: Ризб = кгс/см1 Воздух; индика- тор — мыльная плен- ка «Минимальный диа- метр неплотности 8-10" 3 л<л!
ризб=~ 1.0 кге/см- Воздух; индика- тор — вода Минимальный диа- метр неплотности 3 10’3 мм
Ризб 1.0 кге! см2 Воздух; индика- тор — бензол, толу- ол, этиловый или бутиловый спирт .Минимальный диа- метр неплотности (7—11) Ю-4 .«и
Ризб = 2.0 кге!см2 Воздух; индика- тор — мыльная плен- ка или вода 400—450 лгл<3 при 1 кгс!см2 за 1 ч
Вакуумный; пере над давления до 0,84 кгс1см2 Воздух; индика- тор - мыльная плен- ка Минимальный диа- метр несплошности 4,5-10 3 мм
Г идравлический; Ризб до 1.5 кге!см2 Вода при емпера- туре 10—12° С Минимальный диа- метр несплошности 1,0 Ю-’ Л1Л
Керосиновый Керосин; индика- тор меловая плен ка Минимальный диа- метр несплошности 18- IO-S л<Л1
Химический Сухой аммиак при р~ 2 кге/см2, инди- катор — желтая леп- та Минимальный объем и льм3 проте- кающего газа за 1 « при 1 кгс/сл13 при выдержке 5 мин (2,3—4,7) 10“ 4
237
Ьродолгкеппс табл. 22
Метод Пробный газ (жидкость) н индикатор Ч у ветвит елыюсть
Г алоадноэлектриче- ский Фреон-12, хлор, четыреххлорпстый углерод; индикатор — течеискатель ГТИ-3 Минимальный объем в мм3 проте- кающего газа за 1 ч до П-КГ4
Масспектро\ етри- ческий Гелий; индика- тор — ПТИ-6 Минимальный объем в л<«3 проте- кающего газа за 1 ч до 2,4-10-*
Электрогазовын Двуокись углеро- да; индикатор — уло- витель специальный —
Для испытания роликовых швов на герметичность наи-
более широко распространен метод керосиновой пробы,
где в качестве индикатора применяют меловую пленку.
При этом обнаруживают и несплошности связующих со-
единений (при наличии трещин, выплесков металла и т. п.).
Из-за трудностей удаления керосина из нахлестки роли-
ковые соединения лучше испытывать (где это возможно)
сжатым воздухом (при погружении изделия в воду с обмаз-
кой другой стороны шва мыльной водой), а также вакууми-
рованием. Чувствительность метода повышается, если
в сжатый воздух добавить аммиак, а вместо мыльной
пленки наложить бумажную ленту или медицинский бинт,
пропитанный фенолфталеином, которые под действием про-
ходящего через дефекты аммиака в этих местах становятся
фиолетовыми.
Наибольшей чувствительностью к выявлению несплош-
ностей обладают течеискатели, но из-за сложности их при-
меняют для особо ответственных изделий.
При использовании галоидного тсчсискателя в испы-
тываемый сосуд подается смесь воздуха с галоидным газом
(фреоном-12, четыреххлористым углеродом и др). Эта
смесь, находясь при небольшом избыточном давлении, про
никает через неплотности наружу и отсасывается в спе-
циальный прибор, в котором изменяется при наличии га-
лоидного газа выход ионов с раскаленного (платинового)
238
J
анода в щупе-датчике, что регистрируется миллиампер-
метром и по звук} в телефоне.
В гелиевом течеискателе швы сосудов обдуваются ге-
лием, проникающим в сосуд, в котором предварительно
создан вакуум до 10 3 мм рт. ст. Затем испытываемый
сосуд соединяют с вакуумной системой масспектрометра,
в камере которого вакуум-насосом создан вакуум порядка
б-Ю-0 мм рт. ст. Гелий, попадая в камеру масспектро-
метра, ионизируется н ионы гелия попадают на коллектор
ионов, вызывая появление тока, который после усиления
приводит в действие сирену (камера масспектрометра рас-
считана таким образом, что только ионы гелия могут по-
пасть на коллектор).
В отдельных конструкциях гелиевых течеискателей
предусмотрена возможность определения несплошности ис-
пытываемого сосуда путем заполнения его сжатым возду-
хом с примесью гелия. О размере дефекта судят по коли-
честву гелия, попадающего в камеру масспектрометра
с помощью щупа-присоса, перемещаемого с наружной сто-
роны.
Для контроля герметичности также используют метод,
при котором проверяемое изделие заполняется двуокисью
углерода до давления 0,01 кге! см* и контролируется (7-об-
разным манометром. Прн спаде давления определяют места
утечки газа специальным уловителем при его соприкосно-
вении с поверхностью шва проверяемого изделия.
В камере уловителя помещены плечи электрического
моста, выполненные из тонкой платиновой проволоки
с большим коэффициентом электрического сопротивления.
Платиновые проволоки нагреваются постоянным током до
температуры 100° С. При попадании в камеру двуокиси
углерода изменяются теплоотдача от плеч моста и темпера-
тура платиновой проволоки, а следовательно, и ее сопро-
тивление, Изменение сопротивления вызывает раз-
ба анс моста и отклонение измерительного прибора, что
свидетельствует об утечке двуокиси углерода в резуль-
тате нарушения герметичности.
Электромагнитная дефектоскопия включает различные
методы: феррозондов, магнитографический и магнитоин-
дукционвый. Для контроля качества точек и швов эти
методы можно применять только в случае ферромагнит-
ных металлов, так как все они основаны на выявлении
магнитных потоков рассеяния при намагничивании ме-
талла в месте соединения.При этом исходят из того, что
239
магнитные потоки рассеяния будут различны при непро
варе и бездефектной сварке, так как магнитные свойства
металла между электродами в этих случаях сварки будут
разными.
Потоки рассеяния фиксируются с помощью катушек
с ферромагнитным сердечником путем измерения величины
поля или его градиента — метод феррозондов; искатель-
ной катушки (расположенной между полюсами электро-
магнита), э. д. с. которой от потока рассеяния усиливается
и подается на телефон или осциллограф, — магнитоиндук-
Рис. 135. Тины испытательных катушек:
а накладная; б— накладная с дугообразным сердечником: в ср ап и и
тельные накладные катушки
ционный метод; ферромагнитной ленты (применяемой для
магнитной записи), которая затем протягивается между
магнитными головками, а на осциллографе воспроизво-
дятся записанные на ленте сигналы от дефектов, — магни-
тографический метод. При этом намагничивание металла
может быть поперек зоны шва и в направлении, нормаль-
ном к поверхности свариваемых листов.
Применение этого метода контроля опробовано только
в лабораторных условиях.
("Индукционная дефектоскопия (метод вихревых токов)
может быть применена для контроля точечных и ролико-
вых сварных соединений как из ферромагнитных, так и не-
магнитных металлов и сплавов и заключается в измерении
взаимодействия электромагнитного поля с металлом. Ос-
новными элементами установки для этого метода контроля
являются: катушка, по которой течет переменный ток и
приборы для его измерения. Накладные испытательные
катушки с током располагают на поверхности изделия
в месте точки (рис. 135). Для возбуждения катушек при
меняют переменный ток от низкой звуковой часготы до
радиочастоты. Прн испытаниях электромагнитная энер-
240
гия проникает в исследуемое изделие подобно рентгенов-
ским лучам, теплу, ультразвуку. Часть энергии, возбу-
ждаемой катушкой, поглощается в детали и превращается
в тепло. Если детали ферромагнитные, то происходит также
потеря энергии из-за магнитного гистерезиса. Часть энер-
гии отражается и возвращается обратно в катушку, при-
чем предполагается, что величина отражаемой энергии
будет неодинаковой при ядре поминальных размеров и
полном непроваре.
Характер отраженного поля зависит от качества свар-
ной точки (шва) и от металла. В деталях из ферромагнит-
ного металла индуктируются вихревые токи и изменяется
доменная структура металла, а в неферромагннтном ме-
талле последнее явление отсутствует. Вихревые токи обла-
дают многими свойствами сжимаемых жидкостей. При
встрече с препятствием, например со слоем окислов при
непроваре, трещиной, вихревые токи обходят их и в то же
время сжимаются и ослабляются'. Собственное поле вихре-
вых токов, возникающее в пространстве между отдель-
ными дефектами, отражает электромагнитную энергию
обратно в систему катушки, где она может быть измерена.
Однако кроме дефектов, величина отраженного сигнала
зависит от изменения электросопротивления, структуры и
толщины металла, геометрии места сварки и т. д. Так как
все перечисленные факторы не остаются неизменными для
каждой контролируемой сварной точки или участков роли-
кового шва, отделить полезный сигнал при частичном или
полном непроваре от влияния других факторов пока не
удалось.
Метод инфракрасных излучений использует длины
волн в диапазоне 0,8—10 мкм. Нагрев точек или швов на
изделии осуществляется с одной стороны быстро пере-
мещающимся точечным источником излучения, например
плазмотроном, .а последующие импульсы излучения от
мест нагрева фиксируются на бумаге радиометрами.
При этом нагрев и измерение излучения с поверхности
проводится с одной стороны изделия, или нагрев ведется
с одной стороны, а регистрация излучения с другой сто-
роны. Изменяя конструкцию излучателей, получают тер-
мограммы точек и швов на специальной фотобумаге или
наблюдают на телевизионном экране.
Длина волны, соответствующая максимальному излу-
чению, зависит от абсолютной температуры тела Т
(в К).
П> и. д Орлов 241
Чем выше температура нагрева, тем сильнее излучение
и короче длина волны. При температуре 300—400° С
длина волны максимального излучения составляет 3,7—
4,5 мкм.
В лабораторных условиях получены термограммы то-
чек, выполненных при сварке нержавеющей стали, тита-
новых сплавов и стали ЗОХГСЛ. Нагрев проводился плаз-
мотроном. Определить размеры литого ядра и непровар
точек по термограммам во всех случаях сварки пока ие
удалось.
Рис. 136. Схема ультразвукового контроля качества сварной точки
с использованием совмещенного призматического искателя:
а — сварка без дефектов; б — непровар в виде зазора; в — непровар в виде
склейки; I — излучатель УЗК; 2 -- приемник УЗК: 3 — экран дефектоскопа;
4 — детали
/-Ультразвуковая дефектоскопия основана на способ-
ности ультразвуковых колебаний (УЗК) распространяться
в металле в виде направленных пучков на большие расстоя-
ния и отражаться на границах двух участков разной плот-
ности (основной металл — плакированный слой; основ-
ной металл — поверхностный слой окислов, загрязнений
и т. n.).iВопрос о применимости УЗК Для обнаружения
размеров литого ядра и непровара по наличию или отсут-
ствию поверхностных пленок (или слоя плакировки с плен-
ками) на определенных участках стыка деталей ие решен
окончательно. Полный непровар в виде зазора между де-
талями может быть выявлен дефектоскопом УЗД-7Н
ЦНИИТМАШ с использованием совмещенного призмати-
ческого искателя (рис. 136). При этом используется им-
пульсный эхо-метод. Приемник УЗК, расположенный по
242
одну сторону призмы, принимает отраженные от поверх-
ности раздела свариваемых деталей импульсы УЗК (эхо-
сигналы), посылаемые излучателем /, расположенным на
второй грани призмы (рис. 136, а). При отсутствии рас-
плавления и наличии воздушного зазора ультразвуковые
волны отражаются от внутренней грани верхнего листа,
попадают в приемник 2 и дают сигнал па экране катодной
трубки дефектоскопа При наличии литого ядра УЗК про-
ходят через литую зону и за счет внутреннего отражения
Рис. 137. Схема контроля качества шва по отражению продольных
волн УЗК (о) н вид отраженных сигналов при сварке хорошего каче-
ства (6) и непроваре (в):
/ — головка УЗК; 2 — водная среда; 3 — контролируемое соединение (шов):
4 — сигнал УЗК. отраженны-! от поверхности верхнего листа; 5 — донный
сигнал УЗК; 6 — отраженный сигнал УЗК от границы раздела двух листов
(участок непровара)
в нижнем листе не попадают в приемник 2 и на экране от-
сутствуют импульсы напряжения (рис. 136, б).
Перемещая щупы, можно заметить момент появления
и исчезновения сигнала и определить размер ядра. Непро-
вары других видов этим методом не выявляются, так как
зона соединения даже при пепроварах в виде склейки про-
зрачна для УЗК Часть УЗК отразится от зоны соедине-
ния (слоев оки.слов) и даст на экране дефектоскопа не-
большой сигнал (рис. 136, в). Однако очень трудно сделать
заключение по такому сигналу о характере непровара.
Экспериментальная проверка этого метода показала, что
точность измерения диаметра ядра сварной точки в целом
не превышает ±20% (при 80—85%-ном совпадении ре-
зультатов измерений с истинным диаметром ядра).
/ 'Другим видом импульсного метода ультразвуковой де-
фектоскопии точек и швов является оценка качества по
частоте и форме отраженных сигналов продольных волн
УЗК (рис. 137). Пьезоэлемент искательной головки 1 из-
16* 243
лучает короткий импульс, который через промежуточную
среду 2 (воду) вводится в контролируемую зону 3
(рис. 137, а). Распространяясь в металле, ультразвук отра-
жается от встречающихся на его пути несплошностей 6
или различных плоскостей (4 и 5) поверхности деталей.
Отраженный ультразвуковой сигнал поступает в прием-
ный искатель (излучение и прием могут осуществляться
одним совмещенным искателем).
При контроле роликового шва сплава АМгб толщиной
3 4- 3 мм отраженные сигналы УЗК, введенные нормально
к поверхности с частотой 14 мгц, многократно отражались
и наблюдались на экране модернизированного дефекто-
скопа марки ДУК-5В.
Чувствительность метода увеличивается при увеличе-
нии частоты. В случае сварки без дефектов сигналы УЗК
наблюдаются в виде серии четких импульсов, по-види-
мому, отраженных от верхней и нижней границ листов
(рис. 137, б). В случае некачественной сварки отраженные
сигналы имеют большую частоту и другую форму, из-за
наличия границы раздела двух листов.’ Регистрацию де-
фектных участков осуществляли с помощью электронной
аппаратуры на электротермической бумаге, наложенной
рядом со швом.
. Этим методом удалось выявить нссплошности толщи-
ной 0,5—1 мкм при суммарной площади несплошностей
50% и толщине слоя склейки 10—100 мкм. При сварке
плакированных алюминиевых листов непровар типа сли-
пания не выявляется. Смещение зоны расплавления от
плоскости раздела листов определить не удалось. Резуль-
таты испытания роликовых швов длиной свыше 100 м
и проверка по макрошлпфам показали совпадение около
60% данных при точности 5—7%. Участки непровара
менее 2 мм не обнаруживаются при этом методе кон-
троля УЗК.
Контроль качества точек по амплитуде и коэффициенту
затухания вводимого пучка УЗК при частоте 10—15 мгц
от специальной головки (рис. 138) позволил выявить
точки с непроваром по времени затухания сигнала
(см. рис. 139, в).
Головка (рис. 138) создает параллельный пучок УЗК,
причем диаметр пьезоэлемента 3 зависит от толщины кон-
тролируемых деталей. С помощью адипрсиовон гибкой мем-
браны 8 создается надежный акустический контакт через
воду, подаваемую нод давлением по трубке 6. Контроль
244
качества точек проводится по показаниям электронного
прибора, подключенного к выводам 1. При этом полный
непровар определяется показанием коэффициента зату-
хания, принятого равным /, частичный непровар — до 0,6
н точка пормачьиого качества 0,08.
Совпадение результатов контроля свыше 90%; вмя-
тина не должна превышать 15%. Если есть трещины и
поры, то сигнал УЗК быстро затухает.
6)
Рис. 139. Кривые затухания сигнала
УЗК при нормальной сварке (с), час-
тичном (б) и полном (в) непроваре
Рис. 138. Схема головки для
контроля качества точек по
амплитуде и частоте затуха-
ния отраженного сигнала
УЗК:
1 — ныноды; 2 ЗКОКСНДПЫ11
демпфер, 3 - льезоэ.чемент;
4 — фокусирующая линза;
5 — коакендныи кабель:
4 _ трубка для соды. 7 — кор-
пус; б — аднпреновая мембрана
Дальнейшее’совершенствование эхо-метода, по-види-
мому, позволит увеличить вероятность совпадения резуль-
татов дефектоскопии, и меюд найдет практическое при-
менение благодаря простоте и безопасности в работе.
Работы по дефектоскопии сварных точек теневым ме-
тодом (методом сквозного прозвучивапия, при котором
УЗК вводятся с одной стороны точки, а принимаются
с другой) с изображением точки на экране дефектоскопа
или другими способами фиксирования энергии, проходя-
щей через точку, пе дали положительных результатов.
245
/
Просвечивание рентгеновскими лучами получило широ-
кое распространение для обнаружения дефектов сварных
соединений.
Интенсивность рентгеновских лучей после прохожде-
ния через просвечиваемый металл зависит в основном от
длины волны излучения, толщины и порядкового номера
исследуемого металла на пути луча и практически не
зависит от состояния металла (литого или деформирован-
Рис. 140. Рентгенограммы
сварной точки титанового
сплава ОТ4 (я), роликового
шва сплава АМгб (6) и схема
выявления диаметра ядра
по ликвационным кольцам
на реитгепоснимке точки из
сплава Д16 (в)
кого). Непровар или размеры литого ядра в сварных то-
чечных и роликовых сварных соединениях в общем случае
нельзя обнаружить реитгенопросвечпваиием. Толщина по-
верхностных пленок при «слипании» свариваемых поверх-
ностей или слой плакировки на деталях лежат за преде-
лами чувствительности данного метода. Кольцевые от-
печатки, возникающие на рентгеноснимках при просвечи-
вании точек и чешуйки роликового шва обычно ие свя-
заны с литой зоной и отражают вмятину от электродов или
размеры пластического пояска в стыке двух деталей
(рис. 140).
Способ контроля точек реитгенопросвечпваиием не-
которых алюминиевых сплавов (Д16, В95 и др.) основан
на неодинаковом поглощении лучей различными участ-
246
ками литого ядра из-за неоднородности его по химиче-
скому составу. При сварке, например дуралюмнна, вслед-
ствие обеднения периферии литого ядра медью (ликвация
при кристаллизации, обогащение алюминием за счет на-
личия плакированного слоя), рентгеновские лучи погло-
щаются меньше на периферии, чем на других участках
ядра, и на негативе рентгеносннмка обнаруживается тем-
ное кольцо по границе ядра сварной точки (рис. 140, в).
На рентгенограммах видно второе светлое, концентрнчно
расположенное кольцо диаметром d., (рис. 140, в), опре-
деляющим границы зоны термического влияния. В этой
зоне точки располагаются в виде «усов», обогащенных
медью н другими примесями с большим 'атомным весом.
Наружная серая корона диаметром dt отражает утолще-
ние металла из-за образования пластического пояска во-
круг литого ядра.
При сварке неплакнрованного сплава Д16, сплавов
типа АК темное кольцо обнаруживается только прн очень
высокой технике просвечивания и рентгеновской пленке
типа РТ-4, РТ-5. Так как плакированный слон на перифе-
рии литой зоны внедряется в литое ядро, то истинный
диаметр литого ядра будет меньше размеров темного
кольца. Такой дефект, а также полный непровар, когда
плакированные слои полностью не расплавились, трудно
определить по рептгеиоснимкам. Прн сварке алюминие-
вого сплава марки 01420 вследствие скопления соедине-
ний лития с марганцем, жетезом и другими элементами
сплава на периферии зоны расплавления па рентгено-
плеике выявляется светлое кольцо, определяющее границу
расплавления. Также прн точечной сварке некоторых маг-
ниевых сплавов (МА2, Д1А8) на периферии литого ядра обра-
зуется зона, обогащенная марганцем, которая выявляется
па ренггеноплепке в виде светлого кольца из-за большого
поглощения марганцем рентгеновских лучей (рис. 141).
Так как основное условие этого метода контроля точек
и швов (просвечиванием рентгеновскими лучами) заклю-
чается в том, что свариваемый сплав должен содержать
достаточное количество элементов, обладающих резко раз-
личными коэфф! циентами поглощения рентгеновских лу-
чей, которые должны перемещаться в расплавленной зоне,
то использование его для большинства алюминиевых и
других сплавов невозможно.
Для выявления непровара и определения размеров ли-
той зоны точечных и роликовых сварных соединений не-
247
обходимо совершенствовать методы контроля, чтобы чув-
ствительность их была достаточной для определения по-
верхностных пленок (и плакированного слоя) на внутрен-
ней поверхности свариваемых деталей. При этом следует
учитывать все изменения формы, структуры и напряжений,
Рис. 141. Макроструктура периферии расплавленной зоны
точки (а) и рентгенограмма сварной точки магниевого
сплава МА2 (б)
которые произошли в результате нагрева и расплавления
металла в зоне соединения.
Другой путь — изменить состав пленок и слоев, до-
бавив в них такие компоненты, чтобы они стали как бы
«видимыми» для какого-либо метода дефектоскопии (на-
пример, просвечивания рентгеновскими лучами).J
Контроль сварных соединений
с использованием рентгеноконтрастных
материалов
£ Для выявления непровара н размеров ли-
той зоны при точечной и роликовой электросварке боль-
шинства применяемых в промышленности металлов может
быть применен способ, при котором перед сваркой в зону
соединения вводят равномерный слой рентгсноконтраст
кого материала (РКМ). При прохождении сварочного тока
в зоне сварки происходит нагрев, пластическое течение и
расплавление металла. Расположение внесенного слоя
РКМ вместе с поверхностными пленками также изменяется,
причем в различной степени при нормально развитой ли-
той зоне н непроваре.
По изменению расположения внесенного слоя, опре-
деляемого методами дефектоскопии (например, рентгено-
просвечиванием, магнитным, электромагнитным и др.) су-
дят о качестве сварки. Для увеличения разрешающей спо-
248
собности дефектоскопии физические свойства РКМ вы-
бирают по возможности резко отличными от свойств свари-
ваемого металла. Чем больше разница в свойствах, тем
тоньше и меньше может быть слой РКМ.
“ Методы дефектоскопии выбирают в каждом конкрет-
ном случае н они оказывают влияние на выбор РКМ. На-
пример, при использовании рентгеновского просвечива-
ния РКМ должен отличаться от свариваемого металла
коэффициентом поглощения рентгеновских лучен; при ис-
пользовании магнитного метода — ферромагнитными
свойствами и т. д.
РКМ применяют в сочетании с рентгенопросвечивапнем
и фиксированием энергии проходящих лучей на фото-
пленку. Электромагнитная, индукционная дефектоскопия
соединений с РКМ на практике нс используется.
Интенсивность рентгеновских лучен после прохожде-
ния через просвечиваемый металл зависит в основном от
длины излучения, толщины и атомного номера исследуе-
мого металла на пути луча, и характеризуется массовым
коэффициентом ослабления лучен Л. Для каждой толщины
и рода свариваемого металла в качестве РКМ подбирают
элементы или их соединения с наиболее отличающимся
от основы свариваемого сплава коэффициентом k. Для кон-
троля точек и швов па изделиях из магниевых и алюми-
ниевых сплавов выбирают элементы или их соединения
с атомным номером больше 20 Мп, Си, Zn, Мо, Та, W
и т. д.; для титановых сплавов— Nb, Zr, W, Та и др.;
для низкоуглеродпетой стали — Та, W и в меныней мере
Mo, Zr и др. РКМ также можно выбрать с меньшим по-
рядковым номером, чем свариваемый сплав. В этом случае
на рентгенопленке в зоне соединения лучи будут ослаб-
ляться меньше и сильнее будет засвечиваться реитгено-
пленка
В зависимости от свойств выбранного РКМ он может
раствориться полностью или.частично в зоне расплавле-
ния точки, перемешаться с раептавом и образовать как бы
новый сплав. Так, порошок серебра, нанесенный на вну-
треннюю поверхность одного листа при сварке сплава
ЛМгб, растворился в ядре (рис. 142, а). Если ввести в зону
сварки тугоплавкие частицы РКМ (например, вольфрама
при сварке сплава АМгб), то они практически не взаимо-
действуют с жидким металлом ядра и, как правило, сепа-
рируют к периферии ядра (рис. 142, б). В этом случае при
наличии зоны расплавления на рентгенограмме наблю-
249
дается два концентричных кольца: внутреннее определяет
размеры литой зоны <1, наружное — диаметр пластического
пояска (рис 142, в). В отдельных случаях сварки ча-
стицы РКМ равномерно распределяются по всему объему
ядра или скапливаются в центре ядра
Рассмотрим кратко причины, приводящие к движению
металла и сепарации частиц внутри расплавленной зоны.
Рис. 142. Рентгенограмма точки сплава ЛМ16 с сереб-
ром (а), введенным локально в зону сварки, и схема
определения размеров зоны расплавления по кольцам,
образующимся на рентгенограмме точки при введении
тугоплавких частиц РКМ, при нормальной сварке (б)
и непроваре (е)
Расплавленный металл в зоне соединения листов ин-
тенсивно перемешивается. Так, прн сварке разнородных
сплавов Д1, содержащего 4,5% меди, и АМгб, в котором
меди доли процента, состав литого ядра, определенный
полулокальным спектральным анализом н но рентгено-
грамме продольного среза точки толщиной 0,1 мм
(рис. 143), практически равномерен. Время, в течение
которого металл ядра находился в жидком состоянии, не
превышало в опыте 0,05 сек Если уменьшить время су-
ществования расплавленного металла при сварке разно-
250
родных сплавов или поместить прокладку между листами
из другого сплава, то на макрошлифах сечений точек
можно наблюдать завихрения металла, водникающие в ре-
зультате движения слоев жидкого и полужидкого ме-
талла (рис. 144).
Можно предположить, что перемешивание расплавлен-
ного металла обусловливается рядом явлений: объемным
расширением металла при нагреве и расплавлении, дей-
ствием усилия сжатия электродов; диффузией; конвек-
тивными потоками; электродинамическими силами, воз-
Рнс. 143. Рентгенограмма среза
точки толщиной 0,1 ллг, выпол-
ненной из сплава Д1Т и АМгб
толщиной 2+2 мм
Рис. 144. Макроструктура
поперечного сечения - точки
сплава ВЖ98 толщиной 1,5 +
+ 1,5 мм с прокладкой стали
1Х18Н9Т толщиной 0,3 мм
пикающими в металле при прохождении сварочного тока;
силами взаимодействия магнитного поля сварочного тока
с вихревыми токами, возникающими в зоне точки от из-
менения и других причин.
Взаимная деформация листов от увеличения объема
металла при нагреве и от усилия сжатия приводит к не-
которому перемещению слоев металла в расплавленной
зоне При этом диффузионные процессы и конвективные
перемещения слоев металла должны протекать от некото-
рой неравномерности нагрева расплава. Однако малове-
роятно, что эти причины вызывают такое интенсивное
перемешивание жидкого и частично оплавленного ме-
талла.
Анализ факторов показал, что главными причинами
перемешивания металла являются электродинамические
силы, возникающие в металле при прохождении свароч-
ного тока. Для анализа природы этих сил рассмотрим се-
чение точки, через которую проходит ток 1СЯ (рис. 145, с).
251
ь
Известно, что вокруг проводника с током образуется по-
перечное круговое магнитное ноле с напряженностью Н.
При условии равномерности плотности тока в металле
на площади радиусом пластического пояска /?, напряжен-
ность равна
Н — ,а,г — i --
2я/?3 ~10 2
Рис. 145. Схема для опреде-
ления характера действия
сил в расплавленной зоне
точки (о) и эпюры плотности
тока ]0, напряженности маг-
нитного поля Н, силы Fj и
давления р в зоне точки (<5),
принятые для расчета
Объем нити dV, по
где г — расстояние от центра до точки, в которой опре-
деляется И;
/0 — плотность тока в жидком метал те.
Напряженность магнитного поля увеличивается от О
в центре расплава до максимума при г = 7? (рис. 145, б).
Как зона расплавления, так и
пластический поясок растут во
времени. Но можно предполо-
жить (это близко к действитель-
ности при сварке легких спла-
вов), что в процессе активного
роста зоны расплавления радиус
пластического пояска изме-
няется незначительно.
Сварочный ток 110 по сече-
нию лК2 можно принять состоя-
щим из совокупности бесконечно
тонких нитей тока. Ток, проте-
кающий по нити, равен
dl =jodS,
где dS —сечение нити, перпен-
дикулярное к оси.
Следовательно,
dldl = jadSdl = j^dV,
где dl—элемент длины нити;
dV — объем нити длиной dl.
которому протекает ток плот-
ностью /0, испытывает в поперечном магнитном поле, вы-
званном всеми нитями тока, электромагнитную силу dFj,
равную
dFj - padl [dlH] = цо dV = pe dV,
где —магнитная проницаемость сплава. Направление
этой силы определяется правилом левой руки (перпен-
252
с
дикулярно di и Н) и направлена по радиусу к центру зоны
расплавления (рис. 145, а). Величина силы максимальна
на периферии и уменьшается до нуля в центре расплава.
В пластическом пояске тоже действует эта сила, но она
уравновешивается сопротивлением кристаллической ре-
шетки. Воздействие электромагнитными силами на рас-
плавленный металл существенно отличается от внешнего
воздействия, например усилием сжатия электродов ма-
шины. Электромагнитные силы возникают в толще ме-
талла, чем напоминают объемные силы — гравитацион-
ные, инерционные и т. п.
Так как силы dF, действуют в любом сечении по ра-
диусу в центр в горизонтальной плоскости, а расплавлен-
ный металл находится в замкнутом объеме под давлением
от сил сжатия электродов, то в расплаве эти силы создадут
дополнительное давление р, которое при принятых усло-
виях распределится по параболическому закону
(рис. 145, 6).
Величина давления на единицу поверхности
г*).
Электромагнитные силы не приложены к поверхности,
. в распределены по всему объему проводящей жидкости.
При сварке, например сплава АМгб, толщиной 2 4-
+ 2 мм при 1а — 50 ка величина /0 = 109 : 2-10° а!м?
При d — 8-10“3 м, а добавочное давление от электромаг-
нитных сил в центре ядра составляет (50—200) кге! см?.
Если сечение зоны расплавления имеет форму прямо-
угольника с осевой симметрией, то электромагнитные силы
не создадут циркуляции жидкости, по появятся силы в вер-
тикальном направлении, которые вместе с объемными си-
лами расширения металла при Нагреве и расплавлении
Приведут к некоторому раздвиганию электродов. Верти-
кальные силы при’ протекании тока учитывают при про-
ектировании индукционных печей и используют в элек-
тромагнитных насосах.
Как правило, зона расплавления имеет форму эллипса
(рис. 146, а). Электромагнитные силы в этом случае при-
водят к циркуляции расплава в направлении, указанном
На рис. 146, г.
Следует отметить, что при частичном оплавлении зерен
Металла в будущем объеме расплавления уже возможно
Взаимное перемещение слоев в твердо-жидком состоянии,
253
так как вертикальный градиент давления Др“ может до-
стигнуть 100—300 кгс'см'1 на 1 мм длины (рис. 146, е).
Так как рост литого ядра идет не всегда симметрично
относительно плоскости раздела листов, на макрошлифах
наблюдаются движения слоев по другим направлениям.
Этому способствуют завихрения, образующиеся от воз-
никающих вихревых токов. Известно, что при всяком из-
менении магнитного поля в проводнике наводится э. д. с.,
Рис. 146. Макрогеометрия расплавленной зоны точки (а),
эпюры давлении по горизонтальным (6) и вертикальным (в)
сечениям и схема движения слоев металла в расплавленной
зоне (г)
под действием которой появляются индукционные (вихре-
вые) токи. Вихревые токи 1вх всегда замыкаются в мс
талле. Направление вихревых токов таково, что вызван
ный ими магнитный поток стремится ослабить изменения
магнитного поля сварочного тока.
Наведенная э. д. с. равна скорости изменения магнит
ного потока
е — — W
Согласно расчетной схеме (рис. 147, а)
s к
Ф = \В1(18=\ m 26 dr = -’в ,
о 6
где 6 — толщина листа;
Bt — магнитная индукция.
Сварочный ток изменяется, например, при выключении
тока низкочастотных машин по закону
‘ ‘св
fса св. xfi Х >
где т — постоянная времени машины (для машины типа
МТПТ т = 0,05—0,06 сек).
При сварке, например, сплава АМгб толщиной 2 +
+ 2 мм максимальный сварочный ток 1св.м = 50 ка и при
Рис 147. Расчетная схема для определения вихревых
токов (с), эпюра магнитной индукции (6) и направление
действия электромагнитных сил Ь'ек на металл от вихре-
вых токов 1еХ при уменьшении (к) н увеличении (г) сва-
рочного тока 1се
t =
пый
»/8ф
tce = т величина 1се.м уменьшится ве раз, а магнит-
поток при 6 = 2 мм изменится приближенно на
= -у-10'6 вб. Порядок величины э. д. с.
е = -^ = -(2-3)10-3б.
Величина вихревого тока
' I -~
°х~ Re*’
где Rtx — сопротивление вихревому току.
Величина RBX, подсчитанная для сплава АМгб с уче-
том величины удельного электросопротивления жидкого и
255
нагретого металла и средней длины, равна 40—50 мком,
а 1вх 50 а.
Средняя плотность вихревых токов невелика по сравне-
нию с плотностью сварочного тока и равна
Так как магнитная индукция увеличивается к пери-
ферии (рис. 147, б), то при изменении 1С0 и соответственно
индукции В, плотность вихревых токов будет больше на
периферии литого ядра.
Электромагнитная сила, возникающая от воздействия
1ег с магнитным потоком сварочного тока, на единицу
объема
-^-Мвх-^-%0,6 гс/см2
н направлена в центр ядра при уменьшении тока, т. е.
совпадает с силами dFj, или па периферию ядра при уве-
личении тока, т. е. ослабляет действие сил dFj (рис. 147).
Если сравнить плотность сварочного и вихревого тока,
то можно заметить, что силы dFex приблизительно в 1-10°
меньше сил dFj (плотность сил dFJdV = 600 кгс/сл3).
Несмотря на это, если учесть направление электромагнит-
ных сил при выключении тока, то можно предположить,
что силы от вихревых токов приводят к локальным завих-
рениям металла, которые наблюдаются на макрошлифах.
Если рассмотреть нерастворимую частицу с иной про-
водимостью, чем расплавленный металл, то на нее будет
действовать сила
v
гДе /\ — плотность тока в частице;
dV — элементарный объем частицы (положительное
направление сил па частицу выбрано от центра зоны рас-
плавления, см. рис. 146, о). Эта сила обусловлена прово-
димостью частицы. Если же частица не проводит электри-
ческий ток, проходящий через расплавленный металл, то
на нее будет действовать сила F„, обусловленная гори-
зонтальным градиентом давления Лрг (см. рис. 146, б).
Электрический ток как бы обтекает эти частицы и не со-
здает в них электромагнитных сил F,.
Так как давление в слое // больше, чем в слое /, то
сила Fp, действующая на непроводящую частицу, будет
256
поля
Рис. 148. Расчетные схемы
определения сил, действую-
щих иа твердую частиц}'
в расплавленной зоне точки
при сварке
Направлена на периферию зоны расплавления (рис. 148, а)
и равна
FP = = l'o 1/Vh V,
Где V — объем частицы;
Jo— плотность тока в жидком металле.
Кроме сил Fj и Fp на частицу действует сила FM, вы-
званная градиентом магнитного
Под влиянием магнитного поля
частица намагничивается. В пре-
делах частицы магнитное поле
нрибпиженно можно считать
постоянным и для неферромаг-
пнтных частиц равным магнит-
ному полю Н. Тогда
* ± Fp — ± (хч — хж) Н &HV,
где хч н хк — магнитная вос-
приимчивость частицы и рас-
плава. Направление этой силы
будет зависеть от разности ве-
личин хч и хж. Известно, что диа-
магнетики (медь, висмут, свинец
и др.) вытесняются из области
с большей напряженностью маг-
нитного поля И, т. е. будут вы-
тесняться полем в центр зоны
расплавления. 11ара.магнетпки
(марганец, вольфрам, молибден
полем на периферию зоны расплавления.
На частицу будут действовать также силы в вертикаль-
ном направлении: сила веса сила выталкивания ча-
стицы из жидкости Fe, сила электрического поля Fe,
сила вихревого электрического поля Fgx (рис. 148, а).
При движении частицы внутри вязкой среды (расплава)
па нее будет действовать сила сопротивления среды
направленная противоположно вектору скорости.
Общая сила, действующая на частицу, равна геометри-
ческой сумме всех сил
F4 — Fj Fp i-Ч-Ч--Fe-i-Fe-l-Fex.
Величина последних четырех сил на несколько порядков
меньше сил Fj, Fp, поэтому прн определении силы F, нх
можно не учитывать.
и др.) будут втягиваться
17 в. д. Орлов
257
Для оценки горизонтальных сил искривлениями линий
тока в частице можно пренебречь, т. е.
V
тогда
F4 = Fp - F, ±F^-Fn = ^ 1/Л1 V - Uu [/Л] v ±
± Ho (x* — хж) HbHV—F^.
Для непроводящих частиц F, — 0; результирующая
сила F4 и перемещение частицы будет зависеть от соотноше-
ния сил Fp, Fp и Fn. На рис. 149 приведены отношения
сил FplF^, FpIFn и FM/Fn при сварке алюминиевых спла-
вов (плотность тока j0 — 10s — 109 а'м2\ при этом Н —
= 10Б — 10е а/мг, а АН = 10в — 109 а!м~) в зависимости
от диаметра частицы d4 (отложенного в логарифмических
координатах) для некоторых элементов, в предположении,
что эти частицы не проводят электрический ток. Силу
сопротивления среды определяли по уравнению Стокса
для шара радиусом dJ2, движущегося внутри расплава,
Fn = 6ni] ~ и.
где г] — вязкость расплава;
и — скорость движения частицы.
В расчетах и принято равным 8-I0"3, 8-10'2 и
8-Ю'1 м/сек, что соответствует времени пребывания час-
тицы в расплаве при сварке па режимах с временем
сварки 1; 0,1 и 0,01 сек для толщин 2 2 мм (d = 8 мм).
Время пребывания частиц в расплаве принято равным
половине времени сварки. За это время с такой скоростью
частицы успевают из центра достигнуть периферии ядра
(расстояние 3—4 лл). Возможность оценки величины со-
противления среды движению частицы по уравнению
Стокса подтверждается малым числом Рейнольдса. Даже
при времени сварки tce — 0,01 сек, скорости движения
частицы и — 8-10 1 м/сек, диаметре частицы dv = 50 X
X 10'8 м (50 мкм) и г] — 3-10 2 н-сек/м* (для сплава
АМгб при 700° С) имеем
D ud, 8 I0-J-5010-»
Кс~ if- 3-10-а
Из рис. 149 видно, что величины силы Fu на частиц\
недостаточно, чтобы втянуть в область наибольшей II
258
= 1,3-10"3.
даже такой сильный парамагнетик, как частицу марганца
диаметром меньше 100 мкм. Эти силы на три-четыре
порядка меньше сил, обусловленных давлением, что под-
П рждается экспериментально.
Частицы висмута, наиболее сильного диамагнетика,
введенные в зону сварки сплава АМгб, смещаются не в
центр по направлению силы Fp, а на периферию литого
ядра. Основной силой, смещающей неэлектропроводиые
частицы следует считать силу Fp. Расчетом установлено,
J‘nc. 149. Зависимость
отношении FJFP,
F^ от dr
для некоторых эле-
ментов (заштрнхован-
шя область — сварка
на машинах МТПТ)
что частицы диаметром больше 10 мкм, преодолев сопро-
тивление среды будут скапливаться па периферии
литого ядра. Этому способствует также циркуляция жид-
кости, в результате чего частицы, попадая на периферию
расплава, задерживаются там, так как на периферии гра-
диент давления в жидкости и сила Fp максимальны.
Если частицы электропроводки и проводимость их со-
измерима или больше проводимости расплава, то сила
F/ 2s Fp и частица может двигаться не на периферию,
и в центр ядра. Так как j оЕ (где о - проводимость,
п Е — напряженность электрического поля), то возни-
кающая горизонтальная сила иа частицу равна
Fp — F, + Fp - tiu I(j0 — j\) H\ V ± Fp =
-- ,u0 l(tf0 — ^1) V ± Fp,
17*
259
т. е. величина силы без учета пропорциональна раз-
ности проводимостей расплавленного металла и частицы.
При этом для диамагнетиков силы F(l и F, суммируются
а для парамагнетиков — вычитаются. Результирующая
Рис 150. Рентгенограмма (о) н макроструктура (б) точки из
титанового сплава ВТ1 прн введении в зону сварки частиц
вольфрама
сила может преодолеть силу и сопротивление среды.
Так, при сварке титанового сплава ВТ1 при введении
внахлестку частиц вольфрама вследствие большей элек-
тропроводности эти частицы переместились в центр рас-
плавленной зоны (рис. 150, а).
Следует отметить, что фактическая проводимость малых
частиц может существенно отличаться от проводимости
массивного металла из-за на-
личия окислов и загрязнений
иа их поверхности, вызываю-
щих большие переходные со
противления в контактах
с жидкостью.
Частицы с меньшей элек
тропроводимостью, чем рас
плав, как правило, скапли-
ваются на периферии литого
ядра под действием силы F,,
Так, при сварке сплава АМн
толщиной 1 -|- 1 мм частицы
молибдена, замешанные меха-
Рис 151 Микроструктура пери-
ферии точки сплава АМц с до-
бавками частиц молибдена
нически в сплаве, при расплавлении в тигле смещаются
на периферию зоны расплавления и концентрируются
в частично оплавленных участках околошовной зоны
(рис. 151). Аналогично ведут себя частицы поверхностных
пленок и плакировки алюминиевых сплавов. По-видимому,
260
tta плакировке или внутри ее много загрязнений и окислов
и отдельные ее участки менее электропроводки, чем рас-
плав. При сварке сплавов, кристаллизующихся в широком
интервале температур, вязкость расплава может быть не-
велика, поэтому непроводящие частицы не сместятся на
периферию ядра, особенно, если они размером меньше
20 мкм. Если частицы активно взаимодействуют с распла-
вом то силы взаимодействия между ними также препят-
ствуют смещению частиц, что может быть использовано
п усилено для уменьшения смещения частиц на периферию
(» зависимости от выбранного изменения светотеневой
картины на рентгенопленке).
Выбор РКМ и техника контроля
а Выбор РКМ и метода его введения в зону
снарки проводят исходя из рассмотренных выше представ-
лений. Разработаны два типа РКМ: в виде тугоплавких
частиц (порошка) более 50 мкм и фольги-прокладки с тем-
пературой плавления, близкой к температуре плавления
свариваемого сплава. При этом контроль диаметра (ши-
рины) литой зоны соединений проводится по сегрегации
тугоплавких частиц РКМ, вытесненных электродинамиче-
скими силами иа периферию литого ядра (см. рис. 142, б)
пли по общему изменению рептгеноконтрастности литого
ядра за счет полного или частичного расплавления РКМ
(обычно, фольги). Методы введения РКМ в зону сварки
выбирают исходя из условий работы соединений, в част-
ности, учитывают характер взаимодействия РКМ с рабочей
средой, допустимую степень коррозии сварного узла нз-за
контакта с РКМ в рабочей среде и т. п. Эти требования
резко ограничивают возможные РКМ, а также методы вве-
дения их в зону сварки. Кроме того, влияние РКМ иа
режим сварки и прочностные (статические и динамические)
характеристики не должно быть резко отрицательным.
Исходя из требований коррозионной стойкости сое-
динений в различных средах и взаимодействия (иногда
недопустимости попадания РКМ в рабочую среду) с рабо-
чей средой, а также прочностных характеристик и кон-
трастности светотеневой картины точек и швов на реит-
генопленке в табл. 23 приведены РКМ и методы их вве-
дения внахлестку при сварке различных сплавов, которые
используются или рекомендованы для применения в про-
изводственных условиях.
261
Рекомендуемые РКМ н методы нх введения
Таблица 23
Свариваемый сплав (толщн на) РКМ Метод введения Плотность ня нссс ния,- гра- нуляция
Магниевые и алюминиевые спла- вы (й - 1-^4 мм) Вольфрамовый порошок, РЭЛИТ (WC 4- W,C) — порошок Локальный; за- катанный в фоль- ге, толщина кото- рой 0,1—0,2 мм; в покрытии: Э4100 или основа эмали ЭТО-63 5 мг'см2, _40— 70 мкм
Магниевые спла- вы марок МА2, МА8(6 1-?-4.«л<) Сплав Mg—Cd (12—18% Cd) Фольга толщи- ной 0,1—0,2 мм —
Алюминиевые сплавы типа ма- гналий, АК, АМц (б= 0,8-т-4 мм) Сплав Al—Ag (5-10% Ag), сплав Al—Мп (6—8% Мп) То же —
Титановые спла- вы (6 = 0,5-^- 4 .ил) Сплав Zr—Nb (72% циркония, 25% ниобия, 3% титана) То же —
Низкоуглероди- стые стали (6 zg: 10 мм) Вольфрам — по- рошок, РЭЛИТ (WC+ W,Q — порошок Локальный; в покрытии: лак Э4100 или основа эмали ЭТО-63 8 мг)см\ 50— 100 мкм
Припой марки ВПР-3 Фольга толщи- ной 0,1—0,2 мм —
Сп тав ЭИ435, сталь 1Х18Н9 (6 - 1т-3 мм) Сплав на осно- ве никеля марки ЭИ868 (ВЖ98) То же —
262
При сварке изделий из магниевых (типа МА2, МА8) и
нлюминиевых сплавов (типа АМг, АМц, АК и др.), рабо-
тающих в атмосферных условиях и аналогичных мор-
ской воде, можно использовать РКМ в виде суспензии
частиц вольфрама марки В1 или карбидов вольфрама
(РЭЛИТа), замешанных в лаке марки Э4100 без отвер-
дителя или в основе токопроводящей эмали марки
ЭТО-63, наносимых на поверхность одной из деталей
кистью.
Жидкие связующие наносимого слоя покрытия РКМ
। а кого состава: лак Э4100 + В1 или основа эмали ЭТО-63 +
| В1 выбраны из условий возможности визуального кон-
троля количества и равномерности расположения частиц
и слое РКМ на поверхности свариваемой детали. Эти жид-
кие связующие являются оптически прозрачными поли-
мерными материалами.
1 В качестве наполнителя используют порошок воль-
фрама или РЭЛИТ (WC -|- W2C) грануляцией 40—70 мкм.
Оптимальное соотношение связующего и наполнителя
должно составлять от 1 : 0,3 до 1 : 0,6, при этом вязкость
указанных связующих должна соответствовать вязкости,
предусмотренной ТУ па эти материалы. Жизнеспособность
приготовленного покрытия РКМ при хранении в герме-
тически закрытой таре при температуре 15—20" С состав-
ляет 15 суток. Перед нанесением (окунанием щетинной
кисти) РКМ тщательно перемешивают, так как из-за боль-
шей плотности наполнитель осаждается. Расход покрытия
РКМ составляет 50—100 г на 1 мг или плотность частиц
наполнителя 3—5 мг!смг для толщин 0,8—5 мм. Качество
нанесения покрытия РКМ должно оцениваться визуально
путем сравнения с эталонными образцами, изготовленными
из тех же металлов, что и свариваемые детали, при весо-
вых соотношениях основы и наполнителя 1 : 0,3 и 1 : 0,6.
После нанесения покрытия РКМ сварка должна быть вы-
полнена не позднее чем через 25—35 ч.
При выбранной грануляции и количестве нанесенного
покрытия РКМ характер формирования сварного соеди-
нения, режим сварки и размеры литого ядра существенно
не отличаются от таковых при сварке по обычной техноло-
гии. Присутствие порошка в первый период формирования
соединения несколько увеличивает электрическое со-
противление и плотность тока в первый момент его про-
текания. Вследствие локального тепловыделения частицы
порошка внедряются в нагретый металл и дальнейший
263
ход процесса сварки не отличается от обычного (при сварке
без РКМ).
При увеличении грануляции и плотности нанесения
взаимное перемешивание двух расплавляемых объемов
в листах затрудняется. При уменьшении грануляции,
особенно меньше 10 мкм., частицы наполнителя большей
частью выдавливаются вместе с жидким связующим с места
сварки при сжатии деталей и на рентгеноснимке часто
от утствует светлое внутреннее кольцо, определяющее
границы литого ядра. При применении фольги РКМ
режим сварки корректируется по линии увеличения сва-
рочного тока на 15—20% и усилия сжатия на 10—
15%.
Для изделий, работающих в агрессивных средах
(щелочных, окислительных и др.), где недопустимы жид-
кие связующие, частицы РК-М вводят в bi де тонкого слоя
плазменным напылением или металлизацией. Типичная
рентгенограмма точки из сплава АМгб толщиной 2 +
4- 2 мм с напыленным слоем вольфрама приведена па
рис. 152, а. Слой РКМ должен быть тонким и не сплош-
ным по площади, так как в последнем случае затрудняется
формирование соединения. Применение этого метода вве-
дения РКМ в зону сварки изделий из легких сплавов
ограничено из-за нагрева поверхности в местах сварки
при напылении н изменении ее свойства.
Избежать нагрева поверхности и попадания РКМ в ра-
бочую среду при использовании тугоплавких частиц РКМ
можно, если применить так называемый локальный метод
введения РКМ. Особенно эффективен этот метод введения
РКМ при сварке ответственных узлов, имеющих малое
число рабочих (силовых) точек, например приварка крон-
штейнов к изделию. При этом методе после обычной под-
готовки деталей под сварку порошок РКМ насыпается
равномерным слоем плотностью 3—5 мг.см2 на всю по-
верхность нахлестки одной из свариваемых деталей; за-
тем ударом бойка или пресс-формой с выступами диамет
ром, меньшим на 2- 3 лш диаметра будущего ядра, фикси-
руется локально в местах точек. Остатки РКМ смывают
ацетоном. С обратной стороны остается отпечаток, ука-
зывающий на место порошка (для пластин толщиной 0,5—
1,5 Л1Л|), поэтому иногда дополнительной разметки не тре-
буется. При этом все частицы РКМ находятся в литом
ядре и исключается засорение жидкой рабочей среды
(рис. 152, б)
264
Наряду с применением покрытия РКМ (жидкого свя-
зующего с тугоплавким наполнителем) при сварке изде-
лий из легких сплавов, работающих в любых средах, при-
меняется РКМ, выполненный в виде расплавляемой
DJ мм: д—а виде фоль
ги нз сплава AlAg 10
толщиной О, I мм
льги прокладки. При этом фольгу изготовляют путем
Прокатки из того же свариваемого или иного, близкого по
t Составу, сплава с закатанными в середине тугоплавкими
чистинами; или фольги из двойных и тройных систем спла-
Lbob, содержащей элементы с большим атомным номером,
265
чем основа свариваемого сплава. Температура плавления
фольги должна быть близкой к температуре плавления
металла в ядре сварной точки, так как нерасплавившаяся
часть фольги создаст подрезы и уменьшит диаметр литого
ядра. Типичная рентгенограмма точки при сварке алюми-
ниевого сплава АМгб с использованием фольги с закатан-
ными частицами РКМ представлена на рис. 152, в.
При разработке фольги типа сплавов двойных и трой-
i ых систем магния или алюминия с Cd, Мп, Zn, Си, Ag
и др. учитывали следующее
коррозионную стойкость как
самой фольги, так и соединения
в целом; температуру плавления
ие выше температуры плавле-
ния сплава, технологичность
изготовления фольги, получе-
ние контрастной светотеневой
картины точки иа рентгеио-
снимке, отсутствие заметного
Рис 153 Микрорентгено-
грамма точки сплава АМгб
толщиной 2 ' 2 мм с введен
ной фольгой из сплава Al Ag 5
толщиной 0,1 мм
снижения прочности и пластич
ности соединения. Этим требо-
ваниям для сварки изделий из
магниевых сплавов типа МА2,
МА8 удовлетворяет фольга со-
става Mg—Cd (12—18% Cd), для
сварки изделий из алюминиевых сплавов типа магналий
АК — фольга состава А1—Ag (5—10% Ag), при этом тол-
щина фольги составляет 7—8% толщины одного сваривае-
мого листа (рис. 152, г и д). Светлое кольцо па границе
литого ядра (рис 152, г) появляется на рентгенограмме
от частично иерасплавившейся фольги, а светлое кольцо
за пластическим пояском — от утолщения фольги вслед-
ствие ее деформации при образовании зоны расплавления,
что хорошо видно на микрорентгенограммс этой точки
(поперечный срез толщиной 0,1 лш) на рис. 153.
При увеличении в фольге до 10% Ag диаметр расплав
ления фольги равен или больше на 0,1—0,2 мм диаметра
литого ядра, поэтому рентгенограмма имеет несколько
иной вид (рис. 152, д), т. е. отсутствует внутреннее свет-
лое кольцо по периферии литого ядра.
При роликовой электросварке также не вызывает
особых затруднений использование фольги-прокладки
(фольга предварительно прихватывается к одному листу
сварочным пистолетом).
266
При сварке с применением фольги выплесков металла
и зазор между листами не наблюдается даже при образо-
вании расплавленной зоны больше номинальных размеров
на 30—40%, а также не так заметно влияние подготовки
поверхности деталей в плоскости соединения листов. Это,
по-видимому, связано с большой деформируемостью
фольги-прокладки и с изменением схемы деформации
в периферийных участках расплавляемой зоны.
Рис. 154. Рентгенограммы сварных точек титанового
сплава ОТ4 с РКМ, введенным в зону сварки:
а—в виде гранул (ВО- 150 лкл) порошка; б- -в виде фольги
толщиной 0,15 мм из сплава Ш125
Учитывая высокую стоимость и дефицитность Ag, для
сварки алюминиевых сплавов типа АМг предложена
фольга-прокладка из сплава А1—Мп (5—6% Мп). При-
менение ее ограничено трудностью получения фольги
толщиной 0,1—0,15 мм при таком содержании Мп. На
реитгеноснимках отчетливо видно внутреннее светлое
кольцо как от вклинивания фольги на 0,2—0,3 мм в литое
ядро, так и от скопления интерметаллической фазы
А1вМп. Для увеличения контрастности рентгенопленок при
просвечиваний точек (швов), выполненных на изделиях
из неплакированного сплава Д16, из сплавов АК2, АК4
в качестве РКМ применяют фольгу-прокладку из чистого
алюминия толщиной 0,05—0,1 мм.
При сварке титана и его сплавов также применяют
РКМ в виде частиц Mo, Nb, Zr, их сплавов (рис. 154, а),
или в виде фольги-прокладки из сплава циркония с нио-
бием (рнс. 154, б).
В обоих случаях РКМ расплавляется и легирует литое
ядро; при этом РКМ изменяет светотеневую картину свар-
267
ного соединения, по которой легко определить диаметр
литого ядра. Однако в зависимости от режима сварки при
использовании в качестве РКМ порошка циркония (обра-
зующего с титаном непрерывный ряд твердых растворов)
или его сплава с ниобием частицы РКМ могут не пол-
ностью растворится в расплавляемой зоне соединения.
Так, при величине гранул порошка циркония 80—150 мкм
и времени сварки 0,26 сек (сплав ОТ4 толщиной 2+2 мм)
цирконий растворился полностью в литом ядре точки.
Рис. 155. Макроструктура точки в пакете из сплава ОТ4
с прокладками из сплава ЦН25 (с) и рентгенограмма точки
при наклоне образца (б)
При увеличении гранул при том же времени сварки или
при уменьшении времени до 0,1 сек гранулы циркония
растворяются частично.
Использование при сварке РКМ дало возможность
контролировать размеры литого ядра при сварке не только
двух листов, но и пакетов из трех листов {рис. 155). При
просвечивании образец ставят под углом для обнаружения
расплавления фольги в обоих стыках.
Кроме введения РКМ в зону сварки получить конт-
растную светотеневую картину при сварке титановых спла
вов можно, применяя разнородные сплавы, один из которых
содержит достаточное количество элементов с большим
атомным номером, например сплавыОТ4 и BTI5 (рис. 156).
Для сварки сталей разработано сравнительно мало РКА1
Так, для низколегированных сталей дает хорошие резуль-
таты применение в качестве РКМ припоя ВПР-3, вводи-
мого внахлестку в виде фольги. Для сварки стали ЗОХГСА
контрастную светотеневую картину на ренпеноснимках
дает применение порошка вольфрама, для нержавеющей
стали 1Х18Н9Т и сплава ЭИ435 — прокладка из сплава
ЭИ868 (В>К 98), содержащего 15% вольфрама (рис. 157)
268
Рис. 156. Макроструктура и рент-
генограмма точки сплавов ОТ4 и
ВТ15
Рис. 157. Макроструктура и
рентгенограмма точки стали
1Х18Н9Т с РКМ из сплава
ВЖ98 толщиной 0,2 мм (я) и
рентгенограмма роликового
шва, полученного при уменьшении сварочного тока при отсутствии
РКМ (6) и при введении фольги из сплава ВЖ98 (в)
Диаметр (ширину) литой зоны сварных соединении
определяют по размеру темного кольца на рентгенограмме.
Прочность (статическая и динамическая) точечных и
роликовых сварных соединений из легких, титановых сила
вов и указанных сталей, полученных с применением РКМ,
изменяется незначительно или находится на уровне пока-
зателен прочности соединений, выполненных без РКМ.
Снижение сравнительной прочности на отрыв и срез до
10% при сварке с РКМ наблюдается при применении
тугоплавких частиц вольфрама (карбида вольфрама),
фольги А1—Мп для алюмнниевомагииевых сплавов. При-
менение фольги А1—Ag для сплава АМгб, фольги ВЖ 98
для сплава ЭИ435 приводит к возрастанию прочности на
отрыв на 8—10%. Во всех случаях применения рекомен-
дованных РКМ разрушающие усилия на отрыв и срез
точек (швов) выше минимально допустимых дтя точек
(швов), выполненных без применения МС.
Коррозионная стойкость сварных соединений легких
и титановых сплавов с РКМ, состав которых указан
в табл. 23, не отличается от стойкости соединений, выпол-
ненных по обычной технологии. Например, при сравни-
тельных коррозионных испытаниях сварных образцов
из алюминиевого сплава АМгб, выполненных с РКМ
(WC + основа эмали ЭТ63) и по обычной технологии прн
погружении в 0,01 и 3% раствор NaCl, а также в эксика-
торе над водой в течение нескольких месяцев не было
обнаружено заметной разницы в степени коррозии, по-
тере массы и снижении прочности образцов. Прн проверке
интенсивности щелевой коррозии от контакта фольги со
свариваемым сплавом электрохимическим методом ока-
залось, что величина тока, возникающего при контакте
сплава АМгб с прокладками из сплавов А1—Мп, А1— Zn
и А1—Ag в 3%-ном растворе NaCl, близка к нулю по исте-
чении ток для сплавов А1—Мп (6% Мп) и А1—Ag (5 и
10% Ag), которые и были рекомендованы для промышлен-
ного освоения. Аналогичные результаты получены при
испытании в 0,1%-ном растворе NaCl, в 3%-ном растворе
NaCl |- 0,01 % Н.>О.2 и в некоторых окислительных средах
Контрастность светотеневой картины сварного сое-
динения на рентгенопленке, особенно границы зоны рас-
плавления в контакте свариваемых листов, зависит от
количества РКМ, попадающего в зону расплавления, атом-
ных номеров компонентов РКМ, разницы коэффициентов
ослабления рентгеновских лучей между этими компонен-
270
тами и основой свариваемого сплава, а также от напряже-
ния на рентгенотрубке, времени экспозиции и типа пленок.
При использовании РКМ в виде суспензии тугоплав-
ких частиц (W, WC и др.) грануляцией 40—70 мкм в жид-
ком связующем их легко обнаружить на пленке, например
при просвечивании алюминиевых сплавов, в достаточно
широком диапазоне напряжений на рентгенотрубке и
временах экспозиции. При наличии расплавления металла
частицы, например, вольфрама, попавшие в эту зону, сме-
щаются па периферию литой зоны и на рентгенопленке
граница расплавления выявляется в виде светлого кольца
(см. рис. 142).
Исходя из этого для рентгенопросвечивания точечных
и роликовых соединений с применением РКМ состава WC
или РЭЛИТ -]- лак Э4100, или основа эмали ЭТО-63 могут
буть рекомендованы типичные режимы, широко приме-
няемые в промышленности при контроле качества точек
(швов) для выявления несплошностей металла типа тре-
щин, пор, рыхлот и т. п. (табл. 24).
Таблица 24
Режимы рентгенопросвечивания точечных и роликовых соединений
с применением РКМ (рентгеноплеика типа РТ-4М и РТ-5)
Марки свариваемых материалов Тол- щина пакета 11 мм РКМ Режим рентгеио- праснечиваиия
Напря- жение на трубке п кв Экспо- зиция в ма мин
МА2, МА8 1-11 Покрытие Э4100 1 В1; 40 12
АМгЗ, АМгб 2т-2 ЭТО-СЗ+В1 40 20
АК2. АК4 3~3 40 30
МА2. МА8 1+1 Фольга из сплава 30 10
2+2 Mg—Cd (12—18% Cd) 35 10
3+3 • толщиной 0,1-0,2 дх 40 10
АМгЗ, АМгб 1+1 2 -2 Фольга из сплава 30 15
АК2, АК4 марки СрА5, СрАЮ 40 15
АЦМ, Д16 з+з «ли сплава А1—Мп (6—8% Мп) толщиной 45 15
0,1—0,2 мм
ВТ1, ОТ4, 14 1 Фольга из сплава 70 20
ВТ5-1 2 - 2 ЦИ25 толщиной 0,1— 90 20
313 0.2 мм 100 20
271
Продолжение табл. 24
Л1арки свариваемых материалов Тол- щина пакета в ж.ч рКм Режим рентгено- ii россечи влияя
Напря- жение на трубке и кв Экспо- зиция и ма-мин
Сталь 25 2-2 Покрытие: ЭТО-63-СВ1, 34100-1 В! 110 35
1Х18Н9Т 1+1 2+2 Фольга из сплава 80 30
ЭИ435 ЭИ868 (ВЖ98) толщи- 100 30
31-3 ной 0,1—0.2 мм 120 30
При использовании РКМ в виде фольгн-прокладки кон-
трастность точечных сварных соединений в большой сте-
пени зависит от количества и атомного номера легирую-
щего элемента в фольге, характера взаимодействия РКМ
К
1,0 -
0,5-
л
V •
0,5 -
20 30 40 50 бОикв
<7
Рис. 158. Зависимость контраст-
ности К (относительные еди-
ницы) зоны расплавления точек
на рентгецоплеиках от времени
экспозиции I и напряжения и
иа трубке
а — для свариваемых деталей юл
щнпоЙ 2 -f- 2 мм пр» разном Содер
жапни А₽ в фольге толщиной
0,1 мм; 6 — для разных толщин
при времени экспозиции 1 мин и
фольге AIAr Ю
X ~ AIAr о; О — AlAg 10,
□ - AlAg 15
с расплавом и напряжения на трубке. В производствен-
ных условиях часто возникает необходимость уменьшить
количество легирующего элемента (например, Ag из-за
высокой стоимости, Мп для улучшения технологичности
прокатки и др.), а также толщину прокладки, поэтому
режимы рентгенопросвечивания должны быть тщательно
.272
'Подобраны в каждом отдельном случае в зависимости от
Типа трубки, типа пленки, марки и толщины РКМ и .мате
риала просвечиваемых сварных соединений. Плотность
Почернения снимка в зоне изображения шва должна быть
В пределах 0,8—1,5 единицы оптической плотности
Рис 159 Просвечивание панелей модернизирован-
ными рентгеновскими аппаратами РУМ 7 (а) и спе-
циальная рентгеновская установка для просвечива
иия панелей (6)
'ГОСТ 7512—69 с четким контрастным очертанием окан
товки (границы) литой зоны. Для некоторых сплавов и
РКМ оптимальные режимы рентгенопросвечивания при-
ведены в табл. 24.
На рис. 158, а к б приведены зависимости контраст-
ности литого ядра точек из сплава АМгб толщиной 2 (-
18 Б. Д Орлов 273
+ 2 мм прн изменении времени экспозиции и напряжения
на трубке. При этом за пуль принимали контрастность
точек на рептгенопленке, полученных без РКМ, а за еди-
ницу— аналогичную контрастность точек, снимки кото
рых приведены на рис. 152, г и д.
Для рентгеновского просвечивания сварных соедине-
ний без РКМ н с РКМ в виде фольги-прокладки могут
быть применены как стационарные, так и передвижные
рентгеновские аппараты, например РУП-200-25-5,
РУП-120-5-1, укомплектованные трубками ЗБТМ1-200 и
04БПМ2-120 соответственно для соединений из стали и
титана; РУП-60-20-1 (РУМ-7) с трубками 1БПВ1-60 или
0.8БСВ-2МО для соединений из магниевых и алюминие-
вых сплавов. Прн этом рекомендуется использовать особо
контрастную рентгеновскую пленку типа РТ-5.
Рентгеновский контроль осуществляется как на образ-
цах технологической пробы, так и на готовых сварных
узлах. С целью обеспечения контроля крупногабаритных
панелей и повышения степени защиты от рентгеновских
лучей аппарат РУМ-7 модернизируют: удлиняют провода
силового электропитания и шланги водяного охлаждения,
заменяют штангу крепления рентгеновской трубки к шта-
тиву и др. (рис. 159, а и б).
Для автоматизации рентгеновского контроля каче-
ства точечной сварки в процессе производства, сокраще-
ния времени экспозиции и расхода фотоматериалов при-
меняют устройства, состоящие из рентгеновского аппа-
рата и 16-милли.метровой кинокамеры, производящей по-
кадровую съемку точек; заменяют рентгеновскую плепку
флюоресцирующим экраном, электронно-оптическим пре-
образователем или регистрируют интенсивность рентге-
новских лучей ецннтиляциоиными счетчиками.
Контрольные испытания сварных узлов
Готовые сварные узлы ответственного на-
значения, кроме комплекса контрольных операций в про-
цессе их изготовления, обычно подвергают конгротьным
испытаниям в соответствии с техническими условиями.
В процессе испытания для узлов и изделий создают уело
вия, близкие к эксплуатационным, а часто даже превы-
шающие их. Такие испытания могут предусматривать как
статические, так и динамические нагружения с одноврс
274
мсппым контролем герметичности рабочих и связующих
(-парных соединений.
В ряде случаев испытания ведут по сложной программе,
пммитируя рабочие условия сварного узла, например
сочетание нагрузки с периодическим нагревом и охлаж-
дением.
Баки и емкости чаще всего подвергают гидравличе-
ским испытаниям па давления, превышающие рабочие
и 1,5—2 раза. При испытаниях резервуаров под давлением
выше атмосферного следует обеспечить необходимую безо-
пасность обслуживающего персонала.
Панели, представляющие собой гонкую обшивку с про-
филями жесткости в конструкциях в основном работают
па сжатие. Поэтому при контрольных испытаниях эле-
менты панелей испытывают на сжатие, в результате кото-
рого происходит потеря хстойчивости вследствие отрыва
сварных точек.
Часто партии ответственных сварных узлов (25—
50 шт.) принимают по результатам испытаний одного из
узлов. Для этого узел после испытаний, предусмотренных
технологическими условиями, разрушают, а затем ис-
следуют сварные соединения на макрошлпфах и образцах.
Минимально допустимые разрушающие нагрузки узлов
указывают в ТУ.
При рентгеновском просвечивании сварных соединений
разрушенного узла следует иметь в виду, что выявленные
трещины могли возникнуть в процессе разрушения узла.
Не рекомендуется проводить механические испытания
образцов сварпых соединений, вырезанных нз разрушен-
ного узла, так как разрушающие нагрузки могут быть
ниже допустимых вследствие наличия в образцах остаточ-
ных напряжений и деформаций.
Если разрушенный узел выдержал испытания на гер-
метичность и. прочность, а качество сварных соединений
не удовлетворяет требованиям ТУ, то вопрос о приемке
партии узлов решается конструктором узла совместно
с главным сварщиком. Например, может быть принято
решение о разрушении еще одного узла из партии для ис-
следования.
В процессе разработки сварные узлы проходят слож-
ный комплекс испытаний. Испытания по специальной про-
грамме больших натурных узлов могут быть достаточно
дорогими и трудоемкими из-за сложного испытательного
оборудования и высокой стоимости самих узлов. Главная
.. 18* 275
задача состоит в том, чтобы оценить поведение большого
числа сварных соединений в рабочих условиях по неболь-
шим выборкам результатов испытаний. Для этого необ-
ходимо правильно выбрать зоны контроля и число точек
измерений. Однако данные лабораторных испытаний не
всегда характеризуют прочность сварного узла в усло-
виях эксплуатации, так как в лаборатории практически
невозможно воспроизвести сложные эксплуатационные
нагрузки.
ГЛАВА IX
КОНТРОЛЬ В УСЛОВИЯХ ПРОИЗВОДСТВА
Контроль при сварке узлов
Качество и надежность узлов и изделий,
ныполненных с использованием точечной и роликовой
сварки, в большой степени зависит от правильной органи-
1ацни и строгого выполнения контрольных операций. Кон-
трольные операции в основном выполняют работники ОТК
(БЦК) цеха, мастерской или участка в соответствии с дей-
ствующей технологией на изготовление сварпых узлов,
производственными инструкциями или техническими усло-
виями. Однако такие специфические операции контроля,
как рентгеновское просвечивание, механические испыта-
ния, а также металлографические исследования, обычно
выполняют работники соответствующих заводских лабо-
раторий.
Детали и узлы допускаются к последующей обработке
только при наличии соответствующей отметки об их
приемке ОТК после выполнения предыдущей операции.
Например, детали, поступающие иа окончательную сборку
(прихватку), должны иметь клеймо контролера, свидетель-
ствующее о подготовке поверхности нормального каче-
ства.
При изготовлении сварных узлов приняты два основ-
ных варианта отметок выполнения контрольных операций:
клеймение — для мелких сварных узлов и оформление
паспорта — для крупных узлов ответственного назначе-
ния. В паспорте узла указывается его наименование,
номер чертежа и перечисляются все технологические и
контрольные операции, начиная с комплектации деталей
узла до последней завершающей операции, часто отделоч-
ной, например окраски с указанием времени выполнения,
подписью производственного мастера и отметками о
приемке ОТК- В паспорт заносятся результаты контроля
технологической пробы, макроструктуры, герметичности
и т. п., а также описание дефектов и отметки об их исправ-
277
леник; паспорт заканчивается заключением о сварном
узле (его соответствии действующей документации).
Наряду с работниками ОТК, на сварщика также воз-
лагается ряд контрольных функций. Перед началом сварки
сварщик должен контролировать готовность машины
к работе. Машина считается готовой к работе, если элек
троды и ролики установлены правильно, без перекосов
и смещений, размеры н форма их рабочей поверхности
соответствуют заданным; вода проходит через всю охлаж-
да ощую систему машины; величина рабочего хода ма-
шины обеспечивает нормальное перемещение узла в про-
цессе сварки; приспособления работают исправно, обес-
печивая правильное положение (перемещение) узла в ра-
бочем пространстве машины; сварочный ток включается
только после того, как детали сжаты электродами с задан-
ным усилием; сжатие деталей прекращается после выклю-
чения тока и необходимой выдержки; напряжение сети
находится в допустимых пределах работы стабилизирую-
щих устройств аппаратуры управления машиной.
В процессе сварки необходимо контролировать пра-
вильность наложения, внешний вид точек и роликовых
швов, положение сварного узла по отношению к электро-
дам (роликам), состояние поверхностей деталей, чистоту
и форму рабочих поверхностей электродов.
Методы и объем контроля обычно устанавливают
(табл. 25) в зависимости от ответственности сварных сое-
динений, особенностей конструкции и эксплуатации
Методы контроля при изготовлении сварных узлов
Таблица 25
Методы контроля Группа ответственности соединений
А Б
Внешний осмотр I, 2, 3, 4, 5 1. 2, 3, 4, 5
Технологическая проба 1, 2, 3, 4 1, 2, 4
Исследова н ие ма кроструктеры 1, 2. 3, 4 1. 4
Рентгеновское просвечивание 1, 6 1. 6
Механические испытания 1. 4, С 1. 6
Испытания на герметичность 6 —
Измерение параметров режима 1, 4 I
Условные обозначения-. I — прк отработке нового режима, 2 — в начале
сварки узла; 3 —в конце сварки узла; 4 — периодически; 5—сварного узла:
6 —сварного узла» если указано в чертеже.
278
узла, а также от характера производства (единичное,
серийное, массовое).
Контролю внешним осмотром подвергают образцы и
опарные соединения узлов. Для этой цели обычно исполь-
яуют лупы с 4—10-кратным увеличением. При внешнем
осмотре контролируют: соответствие расположения точек
и швов на узле, указанному в чертеже, форму и величину
вмятины от электродов, наличие наружных дефектов и
не ичипу зазоров между деталями. Следует помнить, что
размеры отпечатков от электродов и роликов не являются
критерием оценки качества сварного соединения. Однако
изменение размеров отпечатков точек или швов, выпол-
ненных прн неизменной настройке сварочной машины,
свидетельствует о нарушении условий сварки и возмож-
ном ухудшении качества соединений. Соединения, имею-
щие измененные размеры отпечатков электродов, следует
подвергать особо тщательному контролю. Например, из-
менение сферической (вогнутой) формы отпечатков точек
алюминиевых сплавов на и тоскую свидетельствует об из-
носе рабочей поверхности электродов и уменьшении раз-
меров литой зоны. Прн осмотре контролируют зазоры
между деталями, которые ие должны превышать 20%
(при толщине деталей до 2 мм) и 15% (прн толщине свыше
2 мм) от толщины толстой детали. Зазоры измеряют
щупами.
В процессе внешнего осмотра качество сварных сое-
динений относительно тонких деталей (до L мм) может
быть проверено путем местного отгибания кромки на-
хлестки специальным пробником. Если при этом слышно
потрескивание и наблюдается расслоение соединенных
деталей, то это свидетельствует о плохом качестве. Эту
операцию следует выполнять очень осторожно, применяя
тарированные па определенное усилие пробники, чтобы
исключить разрушение сварных точек с нормальными
размерами литой зоны.
В процессе изготовления сварного узла производят
периодическую сварку образцов для контроля техпологи-
ческой пробы и исследования макроструктуры соединений.
Сварку образцов выполняют после длительных перерывов
в работе машины (обеденного перерыва, простоя, неисправ-
ности) или после смены электродов и роликов. Перио-
дичность контроля рекомендуется производить при сварке
алюминиевых и магниевых сплавов через 500 точек и
5 м роликового шва; для всех других металлов через
, 279
1000 точек и 10 м шва. При отработке нового режима
сварки исследование макроструктуры соединений выпол-
няют не менее чем на двух шлифах сварных точек н
роликового шва (одного поперечного и одного продоль-
ного); во всех других случаях контроль макроструктуры
можно производить на одном шлифе сварного соединения
(роликовый шов — продольный шлиф).
Исследование макроструктуры при отработке нового
режима сварки обычно выполняют в лаборатории. При
подборе известного режима сварки и в процессе сварки
узлов исследование макроструктуры удобнее проводить
непосредственно в цехе (экспресс-коптроль). Отделение
экспресс-контроля должно быть изолировано от произ-
водственного помещения цеха, например стеклянной пере-
городкой. Контрольные образцы для исследования макро
структуры сопровождаются запиской, в которой указы
ваются: марка и толщина металла, номер операции и
машины, на которой производилась сварка, и фамилия
сварщика. Желательно, чтобы образцы имели клеймо
с указанием марки и толщины металла. В отделении уста-
навливают: устройство для разрезки образцов, шлифо
вания и травления шлифов, а также необходимые оптиче
скне приборы для исс юдования макроструктуры и опре
деление размеров литой зоны сварных соединении.
На рис. 160 показано устройство для разрезки образ
цов абразивным кругом на вулканитовой основе. Круг 3,
280
расположенный на шпинделе 2, вращается от электро-
двигателя 1. Разрезаемый образец 5 устанавливают по-
перек прорези, в которой перемещается вручную прн дви-
жении рукоятки 4 отрезной круг 3. Образец закрепляют
при помощи зажима 6. имеющего предохранительную
крышку из оргстекла. Внутренняя полость устройства
имеет отсос пыли, образующейся при разрезке.
После шлифования шлифы травят в растворах, ука-
занных в гл. IV. Для шлифов из нержавеющей и жаро-
Bhic 161 элсктпсяитичрсКпгл & ’ поляризованное реле типа
rec. ни. электролитического рп 7. точки 5/< 62 обозначсиы
р травления по схеме прерывателя
прочных сталей н сплавов в цеховых условиях часто ис-
пользуют электролитическое травление в водном растворе
щавелевой кислоты (10 г на 100 мл воды) или хромового
ангидрида (5—10 г на 100 мл воды). На рис. 161 приве-
дена схема установки для электролитического травления.
Шлиф 1 помещается на аноде, катодом 2 служит пластинка
из нержавеющей стали. Плотность тока составляет 10—
200 ма'см2 поверхности травления при времени 10—60 сек.
Во всех случаях травление должно производиться в
вытяжном шкафу.
При исследовании макроструктуры продольных шли-
фов роликовых соединений, выполненных на машинах
переменного тока, возможны случаи, когда последняя
литая зона шва имеет малые размеры и рассчитанная вели-
чина перекрытия будет меньше фактической. Это объяс-
няется тем, что выключение тока в конце сварки ролико-
вого шва может происходить раньше, чем прерыватель
ПИШ отсчитает заданное время Для устранения этого
явления целесообразно произвести доработку прерывателя
ПИШ с тем, чтобы последняя литая зона шва формирова-
лась при заданном 1СЯ (рис. 162). Реле Р срабатывает
каждый раз во время протекания тока и своим нормально
открытым контактом блокирует цепь управления преры-
вателя 1, 2, разрешая его выключение только во время
пауз.
Результаты металлографических исследований макро-
шлифов сварных соединений оформляют свидетельством,
которые предъявляют ОТК при приемке сварного узла.
При наличии паспорта сварного узла результаты иссле-
дований заносят в него.
Рентгеновскому просвечиванию подвергают контроль-
ные образцы и сварные узлы, если это предписано чер-
тежом или техническими условиями на изготовление узла.
Вначале контролируют 10% сварных точек или общей
длины роликовых швов узла (одного сочетания толщин
деталей). Если прн этом обнаруживается, что количество
внутренних дефектов превышает допустимые (см. табл. 2),
то необходимо рентгеновское просвечивание 50% точек
или длины швов. Если общее количество выявленных
дефектов будет по-прежнему превышать допустимое, то
вопрос об исправлении и прием ке узла решается в каждом
конкретном случае соответствующими службами. Особо
ответственные сварные узлы подвергают 100°о-ному рент-
геновскому контролю. Если сварной узел подвергают
выборочному рентгеновскому просвечиванию, то контро-
лируемые участки указывают в чертеже или технических
условиях. Исправленные сваркой точки и роликовые швы
повторно контролируют рентгеном.
Механические испытания контрольных образцов на
срез (разрыв) при отработке нового режима выполняют
па серии из 10-тп образцов; в других случаях испытания
проводят на трех образцах. Испытания можно проводить
как в лаборатории, так и непосредственно в цехе. В по-
следнем случае используют настольные разрывные ма-
шины (рис. 163).
В отдельных случаях с целью определения качества
сварных соединений производят выборочное разрушение
сварного узла. Для этого к узлу прикладывают статиче-
ские нагрузки, значительно превышающие допустимые
(рабочие). Герметичные узлы разрушают под действием
давления воздуха пли жидкости. Качество соедш еннй
определяют исследованием макроструктуры на шлифах,
вырезанных из сварных швов разрушенного узла. Часто
по результатам контроля качества соединений разрушен-
ного узла принимают партию узлов. Если узел выдержал
282
испытание на прочность при разрушении, а качество свар- /
пых швов на шлифах, вырезанных из этого узла, неудов-
летворительно, например мало проплавление деталей, то j
разрывные машины:
а — горизонтального типа, б — вертикального типа:
1 — корпус- 2 — нижний приводной зажим; Я—нспадты
ваемый образец; 4 — верхний зажим; 5 — пружина;
6 индикатор; 7 —ручка припода
вопрос о приемке партии узлов решается конструктором
узла и главным сварщиком.
Мелкие узлы, имеющие герметичные роликовые швы,
например сильфоны с ар.матурой, мембраны и т. п., обычно
283
контролируют следующим образом. Все узлы партии
испытывают на герметичность соответствующим давле-
нием, а после этого одни из них разрезают, изготовляют
макрошлифы сварных швов и производят конiроль макро-
структуры. Приемка всей партии узлов производится по
результатам контроля одного узла. Необходимо отметить,
что в одну партию вообще следует включать узлы, одина-
ковые детали которых максимально идентичны между
собой по состоянию поставки материала, качеству поверх-
ности, подгонке и т. п., сварка которых выполнялась
подряд, в одних и тех же условиях, например, машина
за время сварки партии не имела неисправностей или не
переналаживалась для сварки других узлов.
Контроль сварочного оборудования
В связи с тем,, что собственно процессы
точечной и роликовой сварки выполняются автоматически
и их протекание ие зависит от оператора, первостепенное
значение для получения соединений требуемого каче-
ства имеет стабильность работы сварочных машин, на-
строенных на выполнение соответствующих операции
Кроме того, при нестабильной работе оборудования кон-
троль процесса сварки по технологическим образцам есте-
ственно перестает быть эффективным, так как не соблю-
дается идентичность условий сварки узлов и образцов
Под стабильной работой машины понимают ее способ-
ность воспроизводить при сварке каждой точки (литой
зоны роликового шва) с определенной точностью (см. гл. V)
заданные параметры режима сварки.
Для обеспечения стабильной работы сварочных ма-
шин на предприятиях выполняется комплекс мероприя-
тий: планово-предупредительный ремонт (ППР), аттеста-
ция и периодические контрольные осмотры и проверки.
Аттестация заключается в определении электрических,
механических и технологических характеристик свароч-
ных машин и проверке их соответствия данным завода
изготовителя и действующей технологической докумен-
тации. Аттестация включает в себя составление паспорта
(паспортизацию) и свидетельства о пригодности машины
к эксплуатации. Аттестацию машин рекомендуется про-
водить не реже одного раза в год, а также после капиталь-
ного ремонта. Перечень и сроки периодичности осмотров
и проверок машин (табл. 26) устанавливают в зависимости
284
Таблица 26
Контрольные осмотры и проверка точечных и роликовых машин
Наименование работ
Срок проведения работ
Электрическая часть машины
Осмотр сварочного трансформатора,
контроль отсутствия течи в системе охла-
ждения
Проверка состояния изоляции силовой
части машины
Осмотр переключателя ступеней транс-
форматора
Осмотр переключателя полярности,
проверка нормального прилегания кон-
тактов (для точечных низкочастотных и
конденсаторных машин)
Измерение сопротивления вторичного
контура постоянному току
Проверка системы охлаждения вторич-
ного контура (отсутствие течей, прохо-
ждение воды по всей системе)
Контроль электронных ламп аппарату-
ры управления
Контроль работы игнитронов и под-
жигающих их тиратронов
Проверка системы стабилизации пер-
вичного напряжения (для машин низко
частотных и постоянного токе)
Проверка системы стабилизации тока
(для машин с прерывателями ПИТ, ПИШ
и т. д.)
Измерение длительности протекания
тока
Измерение величины тока па одной из
ступеней
Осмотр и проверка контактов реле иа
прилегание
Контроль регулировки пусковой аппа-
ратуры (педали, электромагнитных пуска-
телей, переключателей, кнопок и т. п.)
Контроль охлаждения игнитронов, вен-
тилей и тиристоров
Проверка работы гидрореле
Механическая часть машины
Проверка работы механических узлов
привода усилия электродов
Ежедневно
Раз в месяц
То же
Ежедневно
Раз в неделю
Ежедневно
Раз в 3 месяца
Раз в 3 месяца
Ежедневно
Раз в 3 месяца
Раз в месяц
То же
» »
Раз в 3 месяца
Ежедневно
Раз в месяц
Ежедневно
285
Продолжение табл. 26
Наименование работ
Срок проведения работ
Проверка пневматической системы ма-
шины (отсутствие утечки воздуха, работы
электропневматических клапанов, д юссе-
лей и т. п.)
Контроль смазки узлов привода усилия
Измерение усилия электродов
Контроль приложения ковочного уси-
лия (время приложения, скорость нара-
стания)
Измерение смещения электродов н
прогиба нижней консоли
Контроль калибром посадочных кону-
сов в электрододержателях
Проверка рабо ы привода шагово о
перемещения роликов (для машин МШШИ,
МШШТ)
Проверка работы электромагнитной
муфты привода вращения роликов (для
машин МШВ)
Измерение скорости вращения роликов
Раз в месяц
Раз в педелю
Раз в месяц
Раз в 3 месяца
Раз в 3 месяца
Раз в месяц
Раз в неделю
Раз в месяц
Раз в 3 месяца
от степени сложности сварочного оборудования, требова-
ний к качеству соединений и характера производства
(опытное, серийное).
На каждую сварочную машину (установку) рекомен-
дуется иметь формуляр, включающий документацию
завода-изготовителя машины, паспорт, свидетельство
о пригодности к эксплуатации и журнал, в котором делают
отметки об аттестации, ППР, осмотрах и проверках ма-
шины, неисправностях, замене деталей и узлов, ламп,
игнитронов, и т. п. Если при проведении очередной атте-
стации характеристики машины соответствуют паспорту,
то это за! осят в протокол, прилагаемый к паспорту. При
несоответствии характеристик машины паспортным ма-
шина подлежит ремонту. В отдельных случаях после ре-
монта (перемотки трансформатора, изменения вылета кон-
солей, замены двигателя вращения роликов и т. п.) может
быть допущено изменение паспортных данных машины.
В паспорт заносят тип машины и аппаратуры управ-
ления (прерывателя, СПУ), напряжение сети, марку и
минимальную и максимальную толщины свариваемого
металла, а также основные электрические н механические
286
параметры машины (токи, длительности отдельных интер-
валов цикла сварки и усилия электродов).
Для измерения параметров машин используют методы,
изложенные в гл. V. В табл. 27 приведен перечень основ-
ных приборов и аппаратуры, применяемых для контроля
сварочных s> ашин. Количество потребных приборов опре-
деляется числом единиц сварочного оборудования. К I
категории сложности относятся однофазные машины пере-
Таблица 27
Перечень основных приборов и аппаратуры, применяемых при контроте
работы точечных и роликовых электросварочных машин
Наимсиованне Тип Категория слож- ности оборудо- вания
п
Осциллограф электронный С1-19, С1-4, ЭНО-1 4-
Осциллограф электронный С1-18 —- +
двухлучевой
Осцилло граф магпитоэлсктри- МПО-2, И102, 4-
ческнй (шлейфовый) 11105
Испытатель ламп ИЛ 14, Л1-3 + 4-
Испытатель полупроводнике- Л2-1 — 4-
вых триодов
Лвометр ТТ-1 ТТ-3, Ц.-55, 4- 4-
Ц-57
Источник питания универсаль- УИП-1 — 1-
пый
Автотрансформатор лабора- ЛАТР 4- 4-
торный
Мост постоянного тока УМВ — —1—
Электросекундомер ПВ-52, ЭС-54 -Г- +
Амперметры переменного и -— 4- 4-
постоянного тока (paai ые)
Миллнвольтми лиамперметр М82 — 4-
Микроомметр М246 + “Г
Амперметр сварочный уни- АСУ-1М + Т
версальпый
Датчик тока ДСТ-2М -— 1-
Счетчик импульсов СИ-2 4-
Датчик усилия электродов ДД-60, ДУ-69 — 4
Динамометры ДИС •г
Прибор контроля тока КАСТ-2М —- 4-
Пульт контроля сварочных ПКСМ-1* 4- 4-
машш
• Применяется при дост,»точиом количестве сварочных машин, смонти-
рованных в одном помещении -
287
менного тока с прерывателями ПИТ и ПИШ. Все машины
других типов, работающие по сложным графикам тока
и усилия (МТПУ, МТПТ, МШШТ, МТК и т. п.), состав-
ляют II категорию. В паспорт измеренные параметры
записывают в абсолютных единицах (о, сек, кге) и по поло-
жениям органов управления машиной (деления, ступени).
Все измерения параметров выполняют в режиме короткого
замыкания в процессе непрерывной работы машины. Каж-
дый параметр (при одном положении органов управле-
ния) измеряют не менее трех раз и в паспорт заносят
его среднее значение. Разброс значений параметров от
их среднего значения не должен превышать пределы, ука-
занные в гл. V.
Коэффициенты трасформации определяют для всех сту-
пеней машины. Перед измерением токов короткого замы-
кания iK3 проверяют систему стабилизации тока при коле-
баниях напряжения сети (для машин, имеющих стабили-
зацию). Ток iK3 машин, нс имеющих стабилизации, сле-
дует измерять при неизменном напряжении сети, жела-
тельно номинальном. Измерение iKS выполняют для первой
номинальной и одной из промежуточных ступеней транс-
форматора. Для однофазных машин измеряют действующее
значение тока, для машин других типов — амплитудное
значение. У машин, укомплектованных прерывателями,
iK3 измеряют при минимальном и максимальном делениях
«нагрев». На низкочастотных машинах (МТПТ, МШШИ)
при измерениях 1КЗ устанавливают наибольшую допусти-
мую длительность включения силового выпрямителя для
данной ступени трасформатора. Эту длительность фикси-
руют в паспорте и при последующих измерениях устанав-
ливают такой же.
Для конденсаторных машин iK3 измеряют при макси-
мальном напряжении конденсаторов и максимальном
коэффициенте трансформации для трех значений емкости
конденсаторов (минимальной, средней н максимальной),
при максимальных напряжении и емкости конденсато-
ров для минимального и среднего коэффициентов транс-
формации; при максимальных емкости конденсаторов и
коэффициенте трансформации для минимального и сред-
него напряжения конденсаторов.
Для машин постоянного тока (с выпрямлением тока
во вторичном контуре) iK3 измеряют при длительности
включения, достаточной для достижения током своего
установившегося значения (t 0,12 сек).
288
Рис. 164. Зависимость FSJ
машин МТК-75 и МТПТ-400
от положения диафрагмы
пневмопривода
Измерение FM выполняют при выключенном токе для
каждого из элементов привода усилия и длительности
сжатия, достаточной для отсчета результатов измерений.
Например, для машин, имеющих несколько диафрагмен-
ных камер (машин МТПТ, МШШТ), Кэл измеряют для
каждой камеры отдельно. Для машин, имеющих поршне-
вые приводы с противодавлением (машин МТПУ, МШВ),
Е,л измеряют при работе без противодавления и с противо-
давлением. По полученным результатам рекомендуется
строить графики зависимости Ёэя
от давления воздуха в камерах
пневмопривода и устанавливать
этн графики на машинах.
Необходимо отметить, что
у машин, имеющих пневмодиа-
фрагменные приводы, опре-
деляется не только давлением
воздуха, но и положением диа-
фрагмы (и штока) в момент из-
мерения F,.,. На рис. 164 в ка-
честве примера приведена зави-
симость Fsa or положения диа-
фрагмы I при различных давле-
ниях воздуха для машин
МТПТ 400 н МТК-75 (величину I
отсчитывали от верхнего край-
него положения диафрагмы
в пневмокамере). Изменение Кэл
при различных положениях диафрагм объясняется дей-
ствием усилия, создаваемого за счет упругости резины
(диафрагмы установлены выпуклостями вверх). Примерно
до половины общего рабочего хода (/ *=> 20 мм) усилие
упругости резины диафрагм направлено навстречу уси-
лию, создаваемому за счет давления воздуха, а затем на-
правления действия' обоих усилий совпадают. Интересно,
что при малых I — 8-5-10 мл действие упругости резины
практически уравновешивает массу подвижных частей
привода усилия электродов. Указанную особенность
пневмодиафрагменных приводов усилия следует пом-
нить и измерения (н конечно сварку) выполнять
всегда прн одном и том же положении диафрагм (I
const), которое определяется положением гайки на
штоке привода и величиной рабочего хода подвижного
электрода.
19 Б. Д Орлов 289
Интервал времени «начало ковочного усилия» изме-
ряют для всех положений (делений) соответствующих
рукояток панели управления. Если при очередных изме-
рениях величина tK не соответствует паспортной, то в пер-
вую очередь следует проверить работу электропнсвмати-
ческого клапана, управляющего выбросом воздуха из
пневмокамеры привода ковочного усилия. Время от вы-
дачи команды на включение клапана до начала нарастания
FK нормально должно составлять около 0,03 сек\ большее
время свидетельствует о плохой работе клапана или эле-
ментов управления его электропитания.
Длительность импульсов тока (основного и дополни-
тельного), отдельных их элементов (нарастание, спад) и
пауз измеряют для всех положений соответствующих
рукояток управления. Если число делений регулировок
длительности очень большое, то измерение может быть
выполнено нс для всех делений подряд. Для конденсатор-
ных машин длительность импульсов тока iK3 обычно не
измеряют и не фиксируют в паспорте. Однако при перио-
дическом контроле конденсаторных машин целесообразно
выборочно контролировать длительность iK:„ так как ее
нестабильность с течением времени свидетельствует о воз-
можном изменении сопротивления цепи разряда конден-
саторов или емкости конденсаторов.
Скорость (шаг) роликовой сварки измеряют без вклю-
чения тока при максимальном для минимального,
среднего и максимального положений соответствующих
органов управления. При этом в паспорте фиксируют
диаметр ведущего ролика машины, который при после-
дующих измерениях должен быть таким же. Контроль
скорости также удобно производить с помощью тахо-
генератора, который получает вращение от двигателя
привода роликов. Измеряя напряжение тахогенератора
соответствующим прибором, контролируют число обо-
ротов ведущего ролика, по которому легко определить
линейную скорость роликовой сварки.
При роликовой сварке с прерывистым (шаговым) пере-
мещением свариваемых деталей (машины МШШИ, МШШТ,
МШВ) для проверки соответствия включения тока и оста-
новки роликов записывают осциллограмму i и перемеще-
ния роликов S. Регистрацию S производят с помощью
устройства, показанного на рис. 165. К ведущему ролику
машины прижат фрикционный шкив /, надетый на ось
потенциометра 2, на который подано напряжение от сухого
290
элемента 3. При вращении ролика поворачивается движок
потенциометра, а напряжение и на выходе устройства
будет пропорционально перемещению ролика машины.
При остановке ролика и остается неизменным, а при пере-
мещении — возрастает. Сопоставляя па осциллограмме
кривые тока icg и перемещения S (рис. 165, б), можно
судить о правильности настройки машины.
Сопротивление вторичного контура постоянному току
/?2„ измеряют на холодной машине. Дтя роликовых ма-
шин Rin измеряют при
вращающихся роликах и
усилиях не менее поло-
вины максимального. При
этом между роликами по-
мещают пластину с изоля-
цией, исключающей кон-
такт между роликами.
Измерение произво-
дят с использованием при-
боров, применяемых при
контроле RK (см. гл. III)
При измерении R,,n сва-
рочную машину отключают
от электрической сети,
а зажимы первичной об-
мотки трансформатора за-
Рис. 165. Схема (о) для снятия
осциллограммы (6) перемещения ро
ликов
мыкают.
Наибо 1ьшее влияние на величину ice оказывают из-
менение R.2n на машинах низкочастотных и постоянного
тока, у которых увеличение R.,n в процессе экептуатации
дает практически пропорциональное снижение ira. В не-
сколько меньшей степени увеличение Rin влияет на icg
у конденсаторных машин и еще меньше у машин перемен
ного тока. Не следует допускать изменений R2n от сред-
него значения (см. табл. 28) более чем ±10% для
машин низкочастотных, конденсаторных и постоянного
тока и ±20% для машин переменного тока. При увели-
чении R2n измеряют сопротивление отдельных участков
вторичного контура для определения участка с повышен-
ным сопротивлением. Поэтому наряду с фиксированием
в паспорте величины R2n целесообразно измерять и запи-
сывать сопротивления отдельных участков контура н
в первую очередь сопротивления неподвижных и подвпж
ных контактов
19*
ли
Таблица 28
Средние значения сопротивления вторичного контура сварочных машин
постоянному току
Тип сварочной машины 1 Сонротнвлс- I 1 нис в мком [ Тип сварочной машины 1 ИВ - 1 ни<* it мком 1 Тип сварочной машины I Сопротивле- ние в мком 1 Тип сварочной машины | Сопротинле* | 1 иис в мком I
МТП-75 44 МТП-200 32 МШП-150 32 МШШТ-1000 19
МТ-1607 44 МТП-200/1200 41 МШПР-300 36 МТПТ-400 26
МТП-100 40 МТП-300 20 МШПС-75 58 МТПТ-600 23
МТП-150 35 МТПУ-300 28 МТИП-600 34 МТИП-1000 19
МТП-150/1200 45 МШП-100 36 МШШИ 400 45 МТК-75 26
МТ-2507 37 МШ-2001 39 МШШТ-600 23 МТ к-6301 40
При сварке на мощных роликовых машинах (МШШИ,
МШШТ) в случае плохого охлаждения токоведущих эле-
ментов вторичного контура возможен их нагрев до темпе-
ратуры 80° С, а следовательно, и значительное повышение
/?2„ (4% иа 10° С). В связи с этим нельзя допускать пере-
грева элементов контура, обеспечивая ихнормальное охлаж-
дение, а в отдельных случаях автоматически контролируя
температуру соответствующими приборами.
Известно, что одной из причин коробления сварных
узлов является упругое горизонтальное смещение элек-
тродов одного относительно другого из-за деформации
элементов механического контура машины (электродо-
держателей, консолей) под действием Поэтому сле-
дует стремиться к Минимальному смещению электродов.
Повышенный прогиб нижней консоли машины не всегда
ведет к большому смещению электродов и может быть
допущен, если свариваемые детали не имеют жесткой
опоры па какие-либо поддерживающие устройства (стойки,
рольганги и т. п.). В противном случае при чрезмерном
прогибе нижней консоли возникают деформации сваривае-
мых деталей и могут образовываться дефекты. Однако из-
менение прогиба нижней консоли в процессе эксплуатации
машины обычно свидетельствует о наличии люфтов и
ослаблении затяжки болтовых соединений, а следова-
тельно, увеличивает смещение электродов. Поэтому такие
величины измеряют и фиксируют в паспорте. Прогиб
нижней консоли и смещение электродов измеряют инди-
катором часового типа при включении машины без тока
292
и FM не менее половины максимального, которое вносят
в паспорт. Величины прогиба и смещения электродов для
серийных машин не должны превышать значений, полу-
ченпых при испытаниях заводом-изготовителем машин.
Смещения электродов измеряют, помещая между элек-
сепаратор упорного
тродами стальные пластины /, 3 и
шарикоподшипника 2 (рис. 166, а).
Вместо сепаратора 2 можно ис
пользовать резиновую пластину тол-
щиной 10—15 мм. Индикаторами И1
и И2, закрепленными иа стойке, из-
меряют абсолютные смещения каж-
дого электрода 1Л и /2; относительное
смещение Д/ — — 1г. Смещение
электродов может быть измерено при
сварке. Для этого к пластине 1 при-
варивают квадратную пластину 2
(рис. 166, б). Затем плотно прижи-
мают новую пластину 3 к пластине 2
и выполняют сварку. В результате
смещения электродов после сварки
между пластинами 2 и 3 образуется
зазор Л/ (рис. 166, в), равный вели-
чине относительного смещения элек-
тродов. Образовавшийся зазор изме-
ряют щупом или лупой с мерными
делениями. Для повышения точности
измерений соприкасающиеся грани
пластин 2 и 3 должны быть тща-
тельно обработаны.
После того как установлено, что
данная сварочная машина (установка)
соответствует паспорту, выполняют
работы, необходимые для выполнения
пригодности к эксплуатации. Для этого сваривают кон-
трольные образцы минимальной и максимальной толщины
для данной машины или толщин, наиболее часто приме-
няемых в производстве. Марку металла и толщину образ-
цов устанавливают соответствующие службы н при повтор-
ном (очередном) заполнении свидетельства для данной ма-
шины рекомендуется сохранять прежние марку и толщину
металла. Основной целью такой проверки машины яв-
ляется определение стабильности качества сварпых сое
динений (по размерам литой зоны, отсутствию дефектов.
Л)
Рис. IC6. Измерение
горизонтального сме-
щения электродов
свидетельства о ее
прочности). В свидетельство заносят режим сварки по
ручкам прерывателя или СПУ (деления), а также по при-
борам в абсолютных единицах (о, сек, кге и т. п.).
Качество сварки контрольных образцов оценивают по
результатам контроля технологической пробой, рентге-
новским просвечиванием, исследованием макроструктуры
и механическими испытаниями соединений на срез (раз-
рыв). После каждого из видов контроля делают краткое
заключение, а в конце свидетельства общее заключение
о пригодности сварочной установки к эксплуатации.
Рентгеновскому просвечиванию подвергают три образца,
каждый из которых имеет не менее трех точек (150 мм
роликового шва). Макроструктуру исследуют на трех шли-
фах и трех поперечных и одном продольном шлифе —
для роликовых швов. Шлифы вырезают из разных образ-
цов. Механические испытания выполняют не менее чем
на 10-ти образцах. Минимальная прочность и разброс
результатов не должны выходить за пределы, приведен-
ные в гл. IV для контрольных образцов.
При контроле сварочных машин внимание должно
быть обращено па элементы, коммутирующие ток. Такими
элементами являются игнитроны; в последнее время для
коммутации тока начинают применять тиристоры. Не-
стабильная работа игнитронов может оказывать суще-
ственное вл 1яние на величину /„. В случае пропусков
в поджигании игнитронов величина ica снижается, что
ухудшает качество сварных соединений. Пропуски игни-
тронов особенно опасны при малых tca, а также при роли-
ковой сварке герметичным швом. Наиболее подвержены
пропускам выпрямительные игнитроны (И1—200/1,5), ис-
пользуемые в силовых выпрямителях низкочастотных ма-
шин. Так на стабильность работы выпрямительных игни-
тронов в большей степени влияет температура охлаждаю-
щей воды, которая должна быть на входе не ниже +20'' С,
на выходе не выше +40° С.
Для контроля работу игнитронов наблюдают на элек-
троннолучевом осциллографе или фиксируют на магнито-
электрическом осциллографе напряжение на выходе сило-
вого выпрямителя машины Uj и /„. На рис. 167, а, б
в качестве примера приведены осциллограммы и icg
машины МТПТ-400 без пропуска и с пропуском поджига-
ния игнитронов. Пропуски видны в виде провалов па кри-
вой выпрямленного напряжения ut. При осциллографи-
ровании иг необходимо помнить, что клеммы осцилло-
294
графа имеют потенциал 220 в по отношению к земле. Для
контроля пропусков игнитронов в низкочастотных ма-
шинах разработан ряд схем, в которых фиксируются «про-
валы» ил или считается количество поджиганий игнитро-
нов. Для этой цели может быть использована схема, при-
Рис. 167. Пропуски
поджигания игнитро-
нов в низкочастотных
машинах:
а —нормальная осцилло-
грамма тока <’и напря-
жения ut: б - осцилло-
грамма е припусками
поджигания, в — схема
устройства для контроля
пропусков поджигания
кгнитронов
веденная на рис. 167, в. На вход схемы подается напряже-
ние выпрямителя иг, питающего трансформатор низко-
частотной машины. ’
Полярность Uj такова, что при работе игнитронов без
пропусков диод Д заперт и напряжение па трансформа-
торе Тр отсутствует. В случае пропуска в поджигании
игнитронов полярность «j меняется и диод Д становится
проводящим. Трансформатор Тр передает этот кратко-
временный импульс напряжения в цепь сетки тиратрона
Л1. При отсутствий пропусков J11 не горит, так как за-
перт отрицательным напряжением Ес. При поступлении
импульса напряжения с трансформатора Гр (в случае про-
295
пуска поджигания игнитрона) Л1 открывается, так как
амплитуда этого импульса положительной потярпости
больше отрицательного запирающего напряжения. Когда
Л1 открывается, срабатывает реле Р, которое включает
аппаратуру, сигнализирующую о неисправности. В не-
которых машинах, разработанных в последнее время
(серии МТВ), устройство для контроля работы игнитронов
является составной частью аппаратуры управления и
позволяет определить, какой игнитрон СПУ машины дал
пропуск поджигания-
Рис. 168. Cxe^ta для контроля параметров игнитронов
В целях гарантии стабильной работы игнитронов кон-
тролируют их параметры перед установкой в сварочную
машину, а также периодически в процессе эксплуатации.
На рис. 168, а показана принципиальная схема, исполь-
зуемая для измерения основных параметров игнитронов: на-
пряжения поджигания ип и тока поджигания Контроль
этих параметров производят с помощью электронного
осциллографа: для измерения ип (рис. 168, б) вход осцилло-
графа подключают к точкам 1, 2 схемы, /„ (рис. 168, в) —
к точкам 2, 3. Сопротивления Р.1 используют в качестве
шунта постоянного тока. Качество игнитронов считается
хорошим, если значение ип не превышает 150 в, а 1п—10 а.
Указанная схема используется также и для тренировки
игнитронов, проводимой перед их установкой в сварочную
машину. Тренировка производится в течение одного часа
при нормальном водяном охлаждении на минимальном
токе для данного типа игнитронов (контролируется ампер-
296
метром Л); величина тока устанавливается регулировкой
индуктивности дросселей Др.
Во избежание перегрева игнитронов в процессе работы,
в результате чего может произойти обратное зажигание,
иногда используют специальные датчики, устанавливае-
мые снаружи на площадке, имеющей тепловой контакт
с внутренним корпусом игнитрона. В отдельных случаях
применяют термомеханические регуляторы расхода воды,
охлаждающей игнитроны. ;
Особо важным является контроль расхода воды, охлаж-
дающей вентили и тиристоры, в связи с тем, что при пере-
греве надает их вентильная прочность и снижается спо-
собность к перегрузкам но току. Для контроля воды сле-
дует применять струйные гидрореле типа РГС, реагирую-
щие на изменение расхода воды, и не на ее давление, как
реле типа РГ, или датчики температуры.
В условиях производства при большом числе точечных
и роликовых машин периодический контроль их парамет-
ров является весьма трудоемкой операцией, так как не-
обходимо доставить к машине необходимую контрольно-
измерительную аппаратуру, подключить ее и установить
датчики, для чего обычно требуется остановка сварочной
машины. В связи с этим целесообразно применение ста-
ционарной аппаратуры, имеющей соответствующие дат-
чики на всех машинах сварочного участка и позволяющей
в любое время подключить датчики к измерительным бло-
кам с тем, чтобы проконтролировать основные параметры
режима и тем самым оценить правильность его выбора
и качество работы сварочной машины, не останавливая
йроцесса производства.
Указанная задача решается использованием пульта
контроля сварочных машин тина ПКСМ-1 (рис. 169).
Пульт позволяет контролировать и измерять величину и
длительность включения сварочного тока (на однофазных
машинах измеряют действующее значение тока, на низко-
частотных, конденсаторных, и постоянного тока — ампли-
тудное значение), давление воздуха, создающего сварочное
усилие электродов машин, а также напряжение питающей
сети. Коммутирующее устройство пульта позволяет кон-
тролировать двадцать четыре сварочные машины. Дат-
чики, соединенные с пультом кабелем, устанавливают на
сварочной машине.
На каждой машине устанавливают: датчик тока /, со-
стоящий нз катушки К и магнитоуправляемого контакта
297
МУК (рис. 169, а), и датчик давлений йоздуха 2. Датчик
тока по принципу действия аналогичен «поясу Роговского».
' в блок измерения типа
АСУ-IM. Для наблюде-
ния формы кривой тока
в пульте используют
электронный осцилло-
граф С1-19Б. В качестве
датчика давления при-
меняют манометриче-
ский датчик потенцио-
метрпческого’типа. Ве-
личина выходного сиг-
нала датчика линейно
соответствует давлению
воздуха в пневмопри-
воде сварочной машины.
Выходное напряжение
Сигнал датчика тока поступает
Рис. 169. Пульт контроля ПКСМ-1:
а — схема установки датчиков тока и давления; б — пульт
датчика давления измеряется стрелочным прибором,
установленным на панели пульта. Там же установлены
индикаторные лампы, которые указывают, какие машины
298
работают в данный момент времени. Кабель, идущий от
каждой машины к пульту, может быть использован для
подключения других датчиков, например датчика усилия
ДУ-69 к осциллографу пульта; к пульту может быть также
подключен прибор автоматического контроля тока
КАСТ-2М.
Применение пульта ПКСМ-1 значительно снижает
трудоемкость контроля сварочного оборудования, позво-
ляет своевременно и оперативно установить нарушение
в работе машины, а также накопить важный статический
материал о надежности оборудования. Поэтому даже при
наличии относительно небольшого числа сложных машин
(5—8) па участке, выполняющих сварку ответственных
узлов, целесообразно применение подобных пультов ди-
станционного контроля параметров.
В заключение следует отметить, что приведенная выше
методика контроля машин достаточно сложна и трудоемка,
однако она экономически оправдана, так как скрытый
брак по качеству сварных соединений из-за нарушений
стабильности работы оборудования может привести к вы-
ходу из строя в процессе эксплуатации целого дорого-
стоящего изделия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аксельрод Ф. А. и др. Контактная сварка. М-, Проф-
техиздат, 1962.
2. Б ал к овец Д. С., Поморцев Л. П. Прибор для
дилатометрического контроля процесса точечной сварки. «Автогенное
дело», 1951, № 8
‘3 . Балковец Д. С. и др. Точечная и роликовая сварка
специальных сталей и сплавов. М., Оборонгиз, 1957.
4. Балковец Д. С., Ч у л о ш н и к о в П. Л. Стабили-
зация усилия сжатия электродов при точечной сварке. «Сварочное
производство», 1955, № 9.
5. Б а л к о в е ц Д. С., Ч у л о ш н и к о в П. Л. Автомати-
ческое управление процессами при контактной сварке. В сб «Автома-
тизация машиностроительных процессов». М., изд-во АН СССР, 1959.
6. Быховскин Д. Г. Методика рентгенографического иссле-
дования точечной сварки дуралюмнновых сплавов. «Заводская лабо-
ратория», 1958, № 12.
7. В а щ е в с к и й В Ф., Г о л о г о в с к и й Г. М.,
Д ы х и о С. Л. Прибор для автоматического контроля параметров
режима контактной сварки. «Автоматическая сварка», 1966, № 1.
» 8. Гельман А. С. Тепловой контроль процесса точечной
сварки. «Автогенное дело», 1944, № 5—6.
9. Гельман i\. С. Основы сварки давлением. М., «Машино-
строение», 1970.
10. Гельман А. С. Технология н оборудование контактной
электросварки. М., Машгнз, 1960.
11. Генкин Я. С. Прибор для контроля режимов точечной
сварки. «Сварочное производство», 1964, № II.
12. Г о р с к и й В. В., Б а б к и н А. Т. Устройство для изме-
рения теплового расширения металла при роликовой сварке. «Авто-
матическая сварка», 1960, № 10.
13. Г о р с к и й В. В., Б а б к и н Л. Т. Система автоматиче-
ского регулирования процесса контактной сварки. «Автоматическая
сварка», 1962, № 6.
14. Г о р с к и й В. В., Б а б к и н Л. Т. Исследование процесса
роликовой сварки тонколистовой нержавеющей стали 1Х18Н9Т.
«Автоматическая сварка», I960, № 1.
15. Г у б е и к о Т. П. и др. Автоматический контроль качества
точечной сварки по инфракрасному излучению. «Сварочное производ-
ство», 1963, № 2.
16. Г у л ь д е н б а л ь к A. 11., Зайцев М. П Ферромагнит-
ный преобразователь с датчиком Холла для измерения вторичных то-
ков прн контактной сварке. «Автоматическая сварка», 1961, № 5.
300
17. Г у л я е в А. П. Приборы для контроля режима контактной
сварки в цеховых условиях. «Автоматическая сварка», 1961, № I.
18. Д о м б р у г о в С. М., Фельдман Л. С., Зозуля-
Чу р у с А. П. Автоматизация контроля качества точечной сварки
дуралюмнна посредством скоростной рентгенографии «Сварочное
производство», 1962, № 12.
19. Ж у р а в л е в Б. В. Устройство, автоматически прекраща-
ющее сварку при пропуске импульса тока. «Сварочное производство»,
1958, № 1.
20. 3 а в а д с к и й В. А. Измерение действующих значений
тока контактных машин с игнитронными прерывателями. «Автомати-
ческая сварка», 1964, № 3.
21. Зайцев М. П., Розов И. А. Помехоустойчивая при-
ставка к осциллографу для онтроля режимов контактной сварки.
«Сварочное производство», 1961, № 8.
22. Зайцев М. П., Розов И. А. Об использовании эффекта
Холла при исследовании процессов контактной сварки. «Вестник
электропромышленности», 1958, № 5.
23. 3 а и ч п к Л. В. и др. Контактная электросварка легких
сплавов. М., Маипиз, 1963.
24. 3 л о т и н IO. А., П о л я ч с н к о Л. В. О компенсации
помех в датчиках Холла. «Сварочное производство», 1969, № 3.
25. Золотарев Б. Б. Статическая прочность сварных точек
при совместном действии усилий отрыва и среза. «Сварочное произ-
водство», 1959, К» 8.
26. Ланкин Ю. Н. Регулятор сварочного тока для контактных
машин. «Автоматическая сварка», 1963, Ns 9.
27. Ланкин Ю. Н. Исследование устойчивости некоторых
тиров регуляторов для контактных машин. «Автоматическая сварка»,
1963, № 7.
28. Л а н к и н Ю. Н., М и Щ е н к о В. П. Автоматический ре-
гулятор УРТ-3 для контактных машин. «Автоматическая сварка»,
1966, № 3.
29. Ланкин Ю. Н. Автоматическое регулирование режима
точечной сварки по электрическим параметрам. «Автоматическая
сварка», 1963, № 5.
30. Лебедев В. К., К о р с и ц к и й В. А. Трансформатор
для измерения вторичных токов контактных машин. «Автоматическая
сварка», 1962, № 1.
31. Марченко А. Л. и др. Контроль и автоматическое управ-
ление процессом точечной сварки по величине перемещения электродов
машины. В сб. «Надежность сварных соединений и конструкций».
М., «Машиностроение», 1967.
32. Назаров С. Т., П а н о в Ю. П. Ультр звуковой контроль
качества контактной точечной н шовной сварки. «Заводская лабора-
тория», 1958, Аз 10
33. Назаров С. Т. Методы контроля качества сварных соеди-
нений. М., «Машиностроение», 1964.
34. Никифоров Г. Д. и др. О механизме образования соеди-
нений при сварке н пайке. «Сварочное производство», 1967, № 12.
35. О р л о в Б. Д., Д м и т р и е в а Г. М., В а к с И. А. О пера 1
рушаюшем контроле литой зоны соединений титановых сплавов. «Лиги
магическая сварка», 1965, As II.
301
36. О р л о в Б. Д., Дмитриев Ю. В., М а р че н ко А. Л.
К вопросу о контроле качества точечной и роликовой сварки. «Свароч-
ное производство», 1965, № 7.
37. О р л о в Б. Д., Марченко А. Л. Формирование литой
зоны соединений при точечной э ектросварке алюминиевых сплавов.
В сб. «Надежность сварных соединений н конструкций. М., «Машино-
строение», 1967.
38. О р л о в Б. Д., Е ф и м о в Б. В., М а р ч с н к о А. Л.
Датчик для регистрации сварочного тока. В сб. «Автоматизация, меха-
низация и технология процессов сварки», М., «Машиностроение», 1966.
39. Орлов Б. Д., Ч у л о ш и и к о в П. Л. Испытан ie сварных
точек па скручивание. Сварочное производство», 1956, № 6.
40. О р л о в Б. Д., Ш а в ы р и н В. И., Новосельцев Н.А.
Рентгеновский контроль узлов из высокопрочных алюминиевых спла-
вов, свариваемых точками. «Сварочное производство», 1957, № 1.
41. О р л о в Б. Д. и др. Контроль процесса роликовой сварки
алюминиевом гниевых сплавов по перемещению электродов. «Свароч-
ное производство», 1969, № 1.
42. Орлов Б. Д., ШавырниВ. Н., Новосельцев Н.А.
О прочности соединений из сплава Д16АТ, выполненных точечной
сваркой. «Сварочное производство», 1958, Ае 2.
43. П а т о н Б. Е., 3 а в а д с к и й В. А. Измерительный орган
схемы с игнитронным прерывателем. «Автоматическая сварка», 1958.№ 2.
44. П а т о н Б. Е., Г а в р и ш В. С. Оптимальная система регу-
лирования энергетических параметров точечной и шовной сварки.
«Автоматическая сварка», 1961, № 4.
45. П а т о н Б. Е. Безынерционные схемы автоматического регу-
лирования процессов контактной сварки. «Автоматическая сварка»,
1963, № 5.
46. П а т о н Б. Е., 3 а в а д с к и й В. А. Некоторые особен-
ности систем регулирования сварочного тока с игнитронными преры-
вателями. «Автом тичсская сварка», 1959, № 12.
47. Патон Б. Е. Некоторые задачи в области автоматического
регулирования сварочных процессов. «Автоматическая сварка»,
1958, № 4.
48. Патон Б. Е., Лебедев В. К- Электрооборудование для
контактной сварки. М., «Машиностроение», 1969.
49. П а ч с н ц с в Ю. А. Аппаратура для управления контактной
точечной машиной по величине теп ювого расширения металла «Авто-
мати сская сварка», 1954, К» 4
50. П а ч е п ц е в Ю. А. Тепловое расширение металла как пара-
метр регулирования при точечной сварке дуралюмина. «Автоматиче-
ская сварка», 1956, К» 5.
51. П а ч е н ц е в Ю. А. Регулирование процесса точечной свар-
кой по величине перемещения электродов сварочной машины. «Авто-
матическая сварка», 1954, Ке 5.
52 П а ч е н ц е в Ю. А. Тепловое расширение мет лла как пара-
метр регулирования при точечной сварке титана. «Автоматическая
сварка», 1957, № 2.
53. П а ч е и ц е в Ю. А. Програ imhoc регулирование процессом
контактной точечной сварки. «Автоматическая сварка», 1955, № 3.
54. П е н т е г о в И. В. Измерение и запись импульсов сварочного
тока с использованием плоских шунтов. «Автоматическая сварка»,
1964 № 2.
302
55. Подола Н. fe. О тепловом расширения металла~при кон-
тактной шовной сварке. «Автоматическая сварка», 1952, № 4. ) й
56. П одо л а Н. В. и др. Оценка влияния параметров режима
на размеры ядра при точечной сварке. «Автоматическая сварка»,
1971 е II.
57. Р у д м а и М. Д. Новый способ одновременного замера усилия
сжатия деталей и сварочного тока при точечной электрической сварке.
Куйбышев, Книгой «дат, 19о9.
58. Р у д м а и М. Д., Ивашин Л. С. Контроль режима точеч-
ной сварки алюминиевых ш лавов. В сб. «Новое в сварочных процессах»,
Куйбы ев, Киигонздат, 1968.
59. С а г а л е в и ч В. М. Исправление дефектов точечной сварки.
«Сварочное производство», 1964, № 4.
60. Скаку и Г. Ф.. Чакалев А. А Вопросы взаимодей-
ств1 я металлов в кон такте электрод—деталь и пути повышения надеж-
ности сварных соединений. В сб. «Технология и автоматнзацня^про-
цсс<ов сварки и пайки». М., «Машиностроение», 1969.
Cl. С к а к у н Г. Ф., Чакалев А. А., 3 ю к и и В. Н. Не-
которые особенности контроля качества контактной сварки с исполь-
зованием материала свидетеля. «Сварочное производство», 1967, № 1.
62. Соколов Н. М. Автоматическое регулирование процесса
микросварки с помощью физического датчика — /? (/). Труды Сара-
товского Института механизщин сельского хозяйства, 1967, вып. 39.
63. Столбов 10. И. Прерыватель сварочно, о тока для точечных
машин с электронным счетчиком энер ни. «Сварочное производство»,
1963 Xs 7.
64. Тарасов Н. М., Карташов В. К. Ультразвуковой
контроль и автоматическое регулирование процесса точечной сварки
«Сварочное пронзво ство 1966, № 3.
65. Т р у щ е н к о А. А., С у х о в С. В. Фотоэлектрический
контроль нагрева металла прн контактной роликовой сварке. «Автома
тнческая сварка», 1958, № 7.
66. Трущенко А. А. О контроле качества контактной роли-
ковой сварки. «Автоматическая сварка», 1959, № 6.
67. Ф с л ь д м а н Л. С. и др. Установка для автоматической
скоростной рентгенографии точечной варки. «Сварочное производство»,
1966, .№ 9.
68 Фельдман Л. С. и др. К вопросу о неразрушающем кон-
троле точечных сварных соединений из атюминиевого сплава 01420.
«Сварочное производство», 1970, № 8.
69. Ч у л о ш н и к о в П. Л. Аппаратура для измерения и регу-
лирования сварочного тока при контактной сварке. «Сварочное про-
изводство», 1960, J4 6.-
70. Ч у л о in н н к о в П. Л., В е р д е п с к и й В. Б. Некото-
рые работы по управлению и контролю точечной и рол иковой сварки.
«Автоматическая сварка», 1963, 5.
71. Ill о р ш о р о в М. X., Красулин IO. Л. О природе
физико-химических явлении в сварных н паяных соединениях «Сва-
рочное производство», 1967, М> 12.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ 3
Глапа 1. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
КАЧЕСТВА 5
Общее понятие о качестве 5
Факторы, определяющие кагество сварного соединения 5
Основ те задачи, методы и сред тва кс проля 7
Автоматизация и стоимость koi рочя 15
Сгруктура службы контроля качества 18
Глава И. ДЕФЕКТЫ ПРИ ТОЧЕЧНОЙ И РОЛИКОВОЙ СВАРКЕ 22
Дефекты сварных соединений 22
Нормы дефектов и их исправление 43
Глава /II. КОНТРОЛЬ СМЕЖНЫХ ОПЕРАЦИЙ 55
Контроль подготовки поверхности и сборки деталей 56
Контроль электродов и приспособлений 67
Глава IV. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРКИ ПО ОБРАЗЦАМ 73
Контроль технологических образцов 73
Контроль механических свойств соединений 89
Глава V ИЗМЕРЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА 107
Основные параметры 107
Измерение и контроль тока ИЗ
Измерение и контроль усилия сжатия электродов 145
Измерение интервалов цикла сварки 153
Глава VI. КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРО-
ЦЕССА 159
Проводимость участка электрод—электрод 163
Падение напряжения на участке электрод электрод 173
Стабилизация сварочного тока 186
Мощность и энергия, выделяющиеся па участ ке электрод—элек-
трод 193
Глава VII КОНТРОЛЬ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ 196
Контроль по температуре и инфракрасному излучению 196
Контроль с испбЛяоваинем ультразвуковых колебаний 199
Контроль по перемещению подвижного электрода машины 204
Регулирование процесса сварки по перемсщ< нию электрода 226
Глава VIII. КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И УЗЛОВ 233
Основные методы псразрушающего контроля 233
Контроль сварных соединений с использованием рентгено-
контрастных материалов 248
Выбор РКМ и техника контроля 261
Контрольные испытания сварных узлов 274
Глава IX КОНТРОЛЬ В УСЛОВИЯХ ПРОИЗВОДСТВА 277
Контроль при сварке узлов 277
Контроль сварочного оборудования 284
Список литературы 300
1 !«♦
УДК 621.791.763 : 658.562.3
К64
Контроль точечной н роликовой электросварки.
М.. «Машиностроение». 1973. 304 с.
В книге изложены кр типе сведения об особенностях
формирования соединений при точечной и роликовой
электро варке различных металлов, дано описание де-
фектов соединений, причин их возняхнояепия и методов
устранении, необходимых контрольных операций при
подготовке поверхности и сборке под сварку, приведены
сведения но контролю процесса сварки но результатам
испытаний технологических и контрольных образцов,
рассмотрены аппаратура для измерения парамо ров ре-
кнма методы н средства контрол н автоматического
регулирования процесса по обобщающим параметрам
и вопросы неразрушающего контроля соединений; даны
рекомендации по организации контроля на производстве.
Книга предназначена для широкого круга инженерно-
технических работников, технологов, конструкторов, ра-
ботников ОТК и заводских лабораторий
.Ил. 169. Список лит. 71 назв. Табл. 28.
Авторы: Б. Д. Орлов, П. Л. Чулошников,
В. Б Вер енский, А. Л. Марченю
Рецензент канд. техн, наук Л. В. ЗАЙЧИК
к 3126~°" 99-73
14 038(01)—73
Борис Дмитриевич Орлов. Пцоел Леонидович Чулошников.
Владимир Борисович Верденский. Алексей Лукич Марченко
КОНТРОЛЬ ТОЧЕЧНОМ И РОЛИКОВОЙ электросварки
Редактор издательства Г Л. Соболева
Технические редакторы Л. П. Гордеева и А И. Захарова
Корректор А. А. С пасти на Художник Л. С. Вендров
Сдало в набор 30/X 1972 г. Подписано к печати 15/III 1973 г. Т 01792
Формат 84X 108/32 Бумага -V? 3. Уел. псч. л 15.°6 Уч. изд л. 17 4
Тираж 12 000 эка Злклч № 2178 Цскк I р. 01 к
Издательство «Машиностроение» Москва, Б-78, I-Л Басменный пер. 3
Ленинградская типография Av 6 Союзполнграфпрома при Государственном
> комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полш рафии
и книжной торговли 1931 Н. Ленинград, ул. Моисеенко. 10