RU2158921C2 - Plant for ultrasonic inspection of quality of point electric welding in process of welding - Google Patents

Plant for ultrasonic inspection of quality of point electric welding in process of welding Download PDF

Info

Publication number
RU2158921C2
RU2158921C2 RU98103839A RU98103839A RU2158921C2 RU 2158921 C2 RU2158921 C2 RU 2158921C2 RU 98103839 A RU98103839 A RU 98103839A RU 98103839 A RU98103839 A RU 98103839A RU 2158921 C2 RU2158921 C2 RU 2158921C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ultrasonic
welding
electrodes
electrode
conical bottom
Prior art date
Application number
RU98103839A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98103839A (en
Inventor
Н.Т. Азаров
П.П. Чегодаев
В.И. Макаров
В.В. Рожков
Н.К. Абиралов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов" filed Critical Открытое акционерное общество "Новосибирский завод химконцентратов"
Priority to RU98103839A priority Critical patent/RU2158921C2/en
Publication of RU98103839A publication Critical patent/RU98103839A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2158921C2 publication Critical patent/RU2158921C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: nondestructive test of quality of welds. SUBSTANCE: invention can find use in any branch of mechanical engineering where process of point electric welding is employed. Provision for high level of sensitivity and reliability of inspection is achieved thanks to fact that plant for ultrasonic inspection includes two ultrasonic converters mounted on electrodes of welding machine inside which cylindrical spaces with conical bottoms filled with fluid are made, pulse generator connected to first ultrasonic converter, processing unit incorporating amplifier connected to second ultrasonic converter. Processing unit includes integrator. Output of amplifier is connected to computer via integrator. Ultrasonic converters are placed on rear side of welding electrodes, their cylindrical spaces are perpendicular to axial line of electrodes and have conduits to feed fluid whose boiling temperature is about 300 C. Opening of conical bottom of spaces, distance from vertex of conical bottom to contact surface of electrodes and diameter of spaces are chosen from condition of crossing of refracted lateral ultrasonic vibrations on boundary of welded sheets and are found by certain relationships. EFFECT: provision for high level of sensitivity and reliability of inspection. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля качества сварных соединений и может быть использовано в любых отраслях машиностроения при применении процесса точечной электросварки (ТЭС), например, в автомобилестроении, приборостроении, авиационной и атомной промышленностях. The invention relates to the field of non-destructive quality control of welded joints and can be used in any engineering industry when applying the process of spot electric welding (TPP), for example, in the automotive industry, instrumentation, aviation and nuclear industries.

Известны устройства теневого ультразвукового контроля качества ТЭС с помощью ультразвуковых преобразователей, встроенных в электроды сварочной машины (см. патенты США N 3384733, Нкл. 219-109, 1968 г. и N 4711984). При этом ввод ультразвуковых колебаний в контролируемую сварную точку осуществляется через воду, охлаждающую электроды сварочной машины ТЭС. Качество сварной точки при этом определяется по форме огибающей интенсивности ультразвуковых колебаний, во время прохождения продольных ультразвуковых колебаний через сварное соединение в процессе его плавления и последующего затвердевания. Known devices of shadow ultrasonic quality control of thermal power plants using ultrasonic transducers built into the electrodes of a welding machine (see US patents N 3384733, Nl. 219-109, 1968 and N 4711984). In this case, the input of ultrasonic vibrations to a controlled weld point is carried out through water cooling the electrodes of the TPP welding machine. The quality of the weld point in this case is determined by the shape of the envelope of the intensity of ultrasonic vibrations during the passage of longitudinal ultrasonic vibrations through the welded joint during its melting and subsequent solidification.

Известно также устройство для ультразвукового контроля ТЭС в процессе сварки, содержащее генератор импульсов ультразвуковых колебаний, ультразвуковые преобразователи, встроенные в электроды сварочной машины, охлаждаемые водой, полости в электродах, выполненные вдоль оси электрода, имеющие конусное дно, приемник ультразвуковых колебаний и схему усиления и анализа интенсивности ультразвуковых колебаний, прошедших через сварную точку в процессе сварки (см. а.с. СССР N 926600, МКИ G 01 N 29/04). There is also known a device for ultrasonic monitoring of thermal power plants in the welding process, containing a pulse generator of ultrasonic vibrations, ultrasonic transducers built into the electrodes of the welding machine, cooled by water, cavities in the electrodes made along the axis of the electrode, having a conical bottom, an ultrasonic vibrations receiver and an amplification and analysis circuit the intensity of ultrasonic vibrations that passed through the weld point during the welding process (see AS USSR N 926600, MKI G 01 N 29/04).

Недостатками данных устройств являются низкая чувствительность, поскольку продольные ультразвуковые колебания частично проходят через расплавленное ядро, что снижает амплитуду полезного сигнала, и низкая производительность, поскольку требуется время для визуальной оценки формы кривой, получаемой на экране осциллографа. The disadvantages of these devices are low sensitivity, since longitudinal ultrasonic vibrations partially pass through the molten core, which reduces the amplitude of the useful signal, and low productivity, because it takes time to visually evaluate the shape of the curve obtained on the oscilloscope screen.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство ультразвукового контроля качества ТЭС, содержащее два ультразвуковых преобразователя, установленных на электродах сварочной машины, внутри которых выполнены цилиндрические полости с конусным дном, заполненные жидкостью, импульсный генератор, соединенный с одним из ультразвуковых преобразователей, усилитель, соединенный со вторым ультразвуковым преобразователем, выход которого подключен к устройству обработки и регистрации (см. а.с. СССР N 369483, МКИ G 01 N 29/04) - прототип. The closest in technical essence and the achieved result is the device of ultrasonic quality control of thermal power plants, containing two ultrasonic transducers mounted on the electrodes of the welding machine, inside which are made cylindrical cavities with a conical bottom filled with liquid, a pulse generator connected to one of the ultrasonic transducers, an amplifier, connected to a second ultrasonic transducer, the output of which is connected to a processing and recording device (see AS USSR N 369483, MK G 01 N 29/04) - prototype.

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность, обусловленная тем, что в процессе сварки в контактной среде - воде - происходит парообразование и, вследствие этого, нарушение акустического контакта. The disadvantage of this device is the low sensitivity due to the fact that during the welding process in the contact medium - water - vaporization occurs and, as a result, the violation of acoustic contact.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание устройства ультразвукового контроля качества сварки такой конструкции, которая обеспечила бы высокий уровень чувствительности и надежности контроля. The technical task of the invention is to provide an ultrasonic welding quality control device of such a design that would provide a high level of sensitivity and reliability of control.

Решением данной задачи является то, что в устройстве для ультразвукового контроля качества точечной электросварки в процессе сварки, содержащем два ультразвуковых преобразователя, установленных на электродах сварочной машины, внутри которых выполнены цилиндрические полости с конусным дном, заполненные жидкостью, импульсный генератор, соединенный с первым ультразвуковым преобразователем, блок обработки, включающий усилитель, соединенный со вторым ультразвуковым преобразователем, согласно изобретению, блок обработки содержит интегратор, выход усилителя подключен к компьютеру через интегратор, ультразвуковые преобразователи размещены с тыльной стороны сварочных электродов, цилиндрические полости выполнены перпендикулярно осевой линии электродов и имеют каналы для подачи в них жидкости, температура кипения которой около 300oC, а угол раствора g конусного дна полостей, расстояние A от вершины конусного дна до контактной поверхности электрода и диаметр D полостей выбирают из условия пересечения преломленных поперечных ультразвуковых колебаний на границе свариваемых листов и определяют по соотношению:
D = 2d cos(β-a):cosβ,
g = 90o - a,
A = L - b - h,
где b = D/4tg a, L = D/4tg(90o-β+a), β = arcsin(Ct/C1sina),
a - угол падения ультразвуковых колебаний на конусное дно электрода,
β - угол преломления ультразвуковых колебаний в металле электрода,
Ct - скорость поперечных волн в металле электрода,
C1 - скорость продольных волн в жидкости, заполняющей полости,
d - максимально возможный диаметр сварной точки,
h - толщина верхнего из свариваемых листов.The solution to this problem is that in the device for ultrasonic quality control of spot electric welding during the welding process, containing two ultrasonic transducers mounted on the electrodes of the welding machine, inside of which there are cylindrical cavities with a conical bottom filled with liquid, a pulse generator connected to the first ultrasonic transducer , a processing unit including an amplifier connected to a second ultrasonic transducer according to the invention, the processing unit contains integ ator, the amplifier output is connected to a computer via an integrator, the ultrasonic transducers are arranged on the rear side of the welding electrodes, cylindrical cavity formed perpendicularly to the axial line of the electrodes and have passages for feeding therein a liquid having a boiling point of about 300 o C, and g aperture angle of the conical bottom cavities , the distance A from the top of the conical bottom to the contact surface of the electrode and the diameter D of the cavities are chosen from the condition that the refracted transverse ultrasonic vibrations intersect at the boundary x sheets and determined by the ratio:
D = 2d cos (β-a): cosβ,
g = 90 o - a,
A = L - b - h,
where b = D / 4tg a, L = D / 4tg (90 o -β + a), β = arcsin (C t / C 1 sina),
a is the angle of incidence of ultrasonic vibrations on the conical bottom of the electrode,
β is the angle of refraction of ultrasonic vibrations in the metal of the electrode,
C t is the shear wave velocity in the metal of the electrode,
C 1 - the speed of longitudinal waves in the fluid filling the cavity,
d is the maximum possible diameter of the weld point,
h is the thickness of the upper of the welded sheets.

Указанная совокупность признаков является новой и обладает изобретательским уровнем, так как при выбранном угле g раствора конусного дна электрода, расстоянии A и диаметре D полостей преломленные ультразвуковые колебания фиксируются на границе раздела свариваемых листов, что повышает чувствительность контроля к изменению диаметра сварной точки, уменьшение которого является дефектом ТЭС, и позволяет контролировать качество сварки тонкостенных листов толщиной 0,2 - 0,8 мм, а конструктивное выполнение полостей с каналами обеспечивает выход через данные каналы пузырьков газа, образующегося в жидкости в процессе сварки. Что повышает чувствительность и надежность контроля. Заполнение полостей жидкостью с температурой кипения около 300oC, например, глицерином, ограничивает образование пузырьков газа, что также способствует повышению чувствительности и надежности контроля сварки.The specified set of features is new and has an inventive step, since for the selected angle g of the conical bottom of the electrode, the distance A and the diameter D of the cavities, the refracted ultrasonic vibrations are fixed at the interface of the welded sheets, which increases the sensitivity of the control to a change in the diameter of the weld point, the decrease of which is defect TPP, and allows you to control the quality of welding of thin-walled sheets with a thickness of 0.2 - 0.8 mm, and the constructive implementation of cavities with channels provides output through the data channels of the gas bubbles formed in the liquid during the welding process. Which increases the sensitivity and reliability of control. Filling the cavities with a liquid with a boiling point of about 300 o C, for example, glycerin, limits the formation of gas bubbles, which also increases the sensitivity and reliability of welding control.

На фиг. 1 изображена схема расположения полостей и ультразвуковых преобразователей на электроде, на фиг. 2 изображена схема прохождения ультразвуковых колебаний через сварное соединение. In FIG. 1 shows a layout of cavities and ultrasound transducers on an electrode; FIG. 2 shows a diagram of the passage of ultrasonic vibrations through a welded joint.

Устройство состоит из сварочных электродов 1, в которых выполнены цилиндрические полости 2 с конусным дном и каналами 3 подачи жидкости, например, глицерина 6, ультразвуковых преобразователей 4 и 5, расположенных с тыльной стороны сварочных электродов 1, импульсного генератора 7, блока обработки, включающего усилитель 8 и интегратор 9, компьютера 10 с дисплеем 11. Цилиндрические полости 2 заполнены глицерином 6. Выход усилителя 8 блока обработки подключен к компьютеру 10 через интегратор 9. The device consists of welding electrodes 1, in which cylindrical cavities 2 with a conical bottom and liquid supply channels 3 are made, for example glycerin 6, ultrasonic transducers 4 and 5 located on the back side of the welding electrodes 1, a pulse generator 7, a processing unit including an amplifier 8 and the integrator 9, of the computer 10 with the display 11. The cylindrical cavities 2 are filled with glycerin 6. The output of the amplifier 8 of the processing unit is connected to the computer 10 through the integrator 9.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Импульсы продольных ультразвуковых колебаний, возбуждаемые ультразвуковым преобразователем 4 от генератора 7, проходят через контактную среду 6 - глицерин, заполняющую полость 2 электрода 1, преломляются на конусном дне полости электрода 1, превращаются в поперечные ультразвуковые колебания и фокусируются на границе раздела свариваемых листов. После обратного преобразования на конусном дне второго электрода 1 ультразвуковые колебания принимаются преобразователем 5 и после усиления в виде огибающей интенсивности ультразвуковых колебаний подаются на компьютер 10, а результаты визуализируются на дисплее 11. The pulses of longitudinal ultrasonic vibrations excited by the ultrasonic transducer 4 from the generator 7 pass through the contact medium 6 - glycerin filling the cavity 2 of the electrode 1, refract on the conical bottom of the cavity of the electrode 1, turn into transverse ultrasonic vibrations and focus on the interface of the sheets to be welded. After the inverse transformation at the conical bottom of the second electrode 1, ultrasonic vibrations are received by the transducer 5 and after amplification in the form of an envelope of the intensity of the ultrasonic vibrations are transmitted to the computer 10, and the results are displayed on the display 11.

1. Угол g раствора конусного дна выбирается из условия:
g = 90o - a, где a выбирается первым и вторым критическими углами для сред глицерин - бронза. Для глицерина a1кр. = 25,6o, a2кр. = 49,5o, поэтому, например, при выборе угла a = 36o
g = 90o - 36o = 54o, 2g = 108o
2. Расстояние от вершины конуса до контактной поверхности электрода A = L-b-h, где h - толщина верхнего из свариваемых листов,
b = D/4 tg a, L = D/4tg(90o-β+a), β = arcsin(Ct/C1sina),
r - радиус цилиндрической полости, Ct - скорость поперечных волн в металле сварочного электрода, C1 - скорость продольных волн в жидкости.1. The angle g of the conical bottom solution is selected from the condition:
g = 90 o - a, where a is selected by the first and second critical angles for media glycerin - bronze. For glycerin a 1cr. = 25.6 o , a 2cr. = 49.5 o , therefore, for example, when choosing the angle a = 36 o
g = 90 o - 36 o = 54 o , 2g = 108 o
2. The distance from the top of the cone to the contact surface of the electrode A = Lbh, where h is the thickness of the upper of the welded sheets,
b = D / 4 tg a, L = D / 4tg (90 o -β + a), β = arcsin (C t / C 1 sina),
r is the radius of the cylindrical cavity, C t is the shear wave velocity in the metal of the welding electrode, C 1 is the longitudinal wave velocity in the fluid.

Например, при расстоянии A = 1 мм преломленные ультразвуковые колебания фокусируются на границе раздела свариваемых листов и полностью перекрывают сварную точку максимального диаметра, что повышает чувствительность контроля к изменению диаметра сварной точки, уменьшение которого является дефектом точечной электросварки. For example, at a distance of A = 1 mm, the refracted ultrasonic vibrations are focused at the interface of the sheets being welded and completely overlap the weld point of the maximum diameter, which increases the control sensitivity to changes in the diameter of the weld point, the decrease of which is a defect in spot welding.

Таким образом, предлагаемое устройство ультразвукового контроля качества точечной электросварки в процессе сварки имеет высокую чувствительность и надежность контроля. Thus, the proposed device for ultrasonic quality control of spot welding in the welding process has a high sensitivity and reliability control.

Claims (1)

Устройство для ультразвукового контроля качества точечной электросварки в процессе сварки, содержащее два ультразвуковых преобразователя, установленных на электродах сварочной машины, внутри которых выполнены цилиндрические полости с конусным дном, заполненные жидкостью, импульсный генератор, соединенный с первым ультразвуковым преобразователем, блок обработки, включающий усилитель, соединенный со вторым ультразвуковым преобразователем, отличающееся тем, что блок обработки содержит интегратор, выход усилителя подключен к компьютеру через интегратор, ультразвуковые преобразователи размещены с тыльной стороны сварочных электродов, цилиндрические полости выполнены перпендикулярно осевой линии электродов и имеют каналы для подачи в них жидкости, температура кипения которой около 300oC, а угол раствора g конусного дна полостей, расстояние А от вершины конусного дна до контактной поверхности электрода и диаметр D полостей выбирают из условия пересечения преломленных поперечных ультразвуковых колебаний на границе свариваемых листов и определяют по соотношению
D = 2d cos(β-a):cosβ,
g = 90o - a,
A = L - b - h,
где b = D/4 tg(a);
L = D/4tg(90o-β+a)
β = arcsin(Ct/C1sin(a));
а - угол падения ультразвуковых колебаний на конусное дно электрода;
β - угол преломления ультразвуковых колебаний в металле электрода;
Ct - скорость поперечных волн в металле электрода;
С1 - скорость продольных волн в жидкости, заполняющей полости;
d - максимально возможный диаметр сварной точки;
h - толщина верхнего из свариваемых листов.A device for ultrasonic quality control of spot welding during welding, containing two ultrasonic transducers mounted on the electrodes of the welding machine, inside of which there are cylindrical cavities with a conical bottom filled with liquid, a pulse generator connected to the first ultrasonic transducer, a processing unit including an amplifier connected with a second ultrasonic transducer, characterized in that the processing unit contains an integrator, the output of the amplifier is connected to a computer through an integrator, ultrasonic transducers are placed on the back side of the welding electrodes, cylindrical cavities are perpendicular to the axial line of the electrodes and have channels for supplying liquid to them, the boiling point of which is about 300 o C, and the angle of the solution is g conical bottom of the cavities, distance A from the top of the conical the bottom to the contact surface of the electrode and the diameter D of the cavities is selected from the condition of intersection of the refracted transverse ultrasonic vibrations at the boundary of the welded sheets and is determined by the ratio
D = 2d cos (β-a): cosβ,
g = 90 o - a,
A = L - b - h,
where b = D / 4 tg (a);
L = D / 4tg (90 o -β + a)
β = arcsin (C t / C 1 sin (a));
a - angle of incidence of ultrasonic vibrations on the conical bottom of the electrode;
β is the angle of refraction of ultrasonic vibrations in the metal of the electrode;
C t is the shear wave velocity in the electrode metal;
With 1 - the speed of longitudinal waves in the fluid filling the cavity;
d is the maximum possible diameter of the weld point;
h is the thickness of the upper of the welded sheets.
RU98103839A 1998-03-03 1998-03-03 Plant for ultrasonic inspection of quality of point electric welding in process of welding RU2158921C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98103839A RU2158921C2 (en) 1998-03-03 1998-03-03 Plant for ultrasonic inspection of quality of point electric welding in process of welding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98103839A RU2158921C2 (en) 1998-03-03 1998-03-03 Plant for ultrasonic inspection of quality of point electric welding in process of welding

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98103839A RU98103839A (en) 2000-01-10
RU2158921C2 true RU2158921C2 (en) 2000-11-10

Family

ID=20202904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98103839A RU2158921C2 (en) 1998-03-03 1998-03-03 Plant for ultrasonic inspection of quality of point electric welding in process of welding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2158921C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2682362C1 (en) * 2018-03-02 2019-03-19 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Нефтегазстроймаш" Method of quality control of butt-welded joints by burn-off, and device for implementation thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2682362C1 (en) * 2018-03-02 2019-03-19 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Нефтегазстроймаш" Method of quality control of butt-welded joints by burn-off, and device for implementation thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4593568A (en) Ultrasonic inspection of tube to tube plate welds
US3384733A (en) Ultrasonic inspection system and apparatus for resistance welds and the like
CN108562647B (en) PA-TOFD combined ultrasonic detection device and method for polyethylene pipeline hot-melt butt joint
Graham et al. Automated system for laser ultrasonic sensing of weld penetration
Mi et al. Real-time weld penetration depth monitoring with laser ultrasonic sensing system
CN204495776U (en) Based on the pressure pipeline TOFD pick-up unit of ultrasonic phase array
GB1356020A (en) Ultrasonic testing of solid material
Cochran Ultrasonics Part 12. Fundamentals of ultrasonic phased arrays
US3922907A (en) In-bore turbine inspection device
RU2158921C2 (en) Plant for ultrasonic inspection of quality of point electric welding in process of welding
JPH06217395A (en) Monochromatic ultrasonic wave converter
Bindal Transducers for ultrasonic flaw detection
Zhang Application research on ultrasonic phased array technology in weld seam inspection
Steinberg Ultrasonics in industry
Long et al. Further development of a conformable phased array device for inspection over irregular surfaces
JP4098070B2 (en) Ultrasonic flaw detector
US3177381A (en) Apparatus for ultrasonic wall thickness measurements
US3115770A (en) Ultrasonic inspection method
CN212540112U (en) Laser ultrasonic detection system for laser precision spot welding quality
Hauser Ultra adhesives for ultrasonic bonding
Bicz et al. Ultrasonic Tests in the Analysis of the Quality of Tubular Welded Elements
Crecraft et al. Ultrasonic evaluation of electrical resistance spot welds
Jon et al. Monitoring laser welds using stress wave emission (SWE) techniques
JPH09318605A (en) Method for testing welded part by ultrasonic surface sh wave
RU98103839A (en) DEVICE FOR ULTRASONIC QUALITY CONTROL OF SPOT ELECTRIC WELDING IN THE WELDING PROCESS

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090304