Разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки
Исследована возможность применения метода АЭ для контроля контактной точечной сварки. Разработаны специализированная система приема и обработки сигналов АЭ и критерии, позволяющие синтезировать показатель качества такого соединения. Предложено для формирования показателя качества сварного точечного...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2013
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136830 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки / Е.В. Шаповалов, Р.М. Галаган, Ф.С. Клищар // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 4. — С. 103-108. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859983559480049664 |
|---|---|
| author | Шаповалов, Е.В. Галаган, Р.М. Клищар, Ф.С. |
| author_facet | Шаповалов, Е.В. Галаган, Р.М. Клищар, Ф.С. |
| citation_txt | Разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки / Е.В. Шаповалов, Р.М. Галаган, Ф.С. Клищар // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 4. — С. 103-108. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| description | Исследована возможность применения метода АЭ для контроля контактной точечной сварки. Разработаны специализированная система приема и обработки сигналов
АЭ и критерии, позволяющие синтезировать показатель качества такого соединения. Предложено для формирования показателя качества сварного точечного соединения использовать метод свертки шаблонного сигнала и сигнала, полученного при
контроле текущей сварной точки.
Досліджена можливість застосування методу АЕ для контролю контактного точкового зварювання. Розроблені спеціалізована система прийому та обробки сигналів АЕ та критерії, за якими можна синтезувати показник якості точкового зварного
з’єднання. Запропоновано для формування показника якості такого з’єднання використовувати метод згортки шаблонного сигналу, що характеризує якісне з’єднання, і сигналу,
отриманого під час контролю поточної зварної точки.
The possibility of application of the acoustic emission method for the control
of spot welding resistance is investigated. A specialized system for receiving and processing the
AE signals and criteria to measure the quality of a weld joint is developed. It is proposed to use
for formation of the weld quality index point of such welding the convolution signal method,
characterizing the welding quality and a signal obtained by controlling the current welding
point.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:27:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
103
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2013. – ¹ 4. – Physicochemical Mechanics of Materials
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО
КОНТРОЛЯ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ
Е. В. ШАПОВАЛОВ 1, Р. М. ГАЛАГАН 2, Ф. С. КЛИЩАР 1
1 Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
2 Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев
Исследована возможность применения метода АЭ для контроля контактной точеч-
ной сварки. Разработаны специализированная система приема и обработки сигналов
АЭ и критерии, позволяющие синтезировать показатель качества такого соедине-
ния. Предложено для формирования показателя качества сварного точечного соеди-
нения использовать метод свертки шаблонного сигнала и сигнала, полученного при
контроле текущей сварной точки.
Ключевые слова: акустическая эмиссия, контактная точечная сварка, качество,
контроль.
Постановка задачи. Контактная точечная сварка (КТС) – один из наиболее
распространенных способов получения неразъемных соединений, используемых
в автомобиле-, судо-, приборостроительной и других областях промышленности.
К точечным сварным соединениям предъявляют повышенные требования по на-
дежности и стабильности качества, для обеспечения которых используют различ-
ные методы контроля. Повысить их качество можно, контролируя режимы рабо-
ты сварочного оборудования: сварочный ток, падение напряжения между элек-
тродами, усилие их сжатия, сопротивление точки сварки и т.п. Другой подход –
контроль процесса сваривания с применением методов неразрушающего контро-
ля (НК): ультразвукового, теплового, вихретокового и пр. [1]. К традиционным
методам НК сваривания в последнее время дополнительно вводят акустико-эмис-
сионный (АЭ). Однако его применение ограничивается рядом фактором, один из
которых – сложность надежного и однозначного приема сигналов АЭ на фоне
шумов, обусловленных работой сварочного оборудования. Этот метод развит в
работах [2, 3], где проанализированы источники сигналов АЭ и шумов, на фоне
которых эти сигналы необходимо выявлять, а также даны рекомендации по вы-
бору места установки датчиков АЭ. Предложено [4] использовать “теорию фрак-
талов” для описания характеристик сигналов АЭ. Исследованы [5] сигналы АЭ,
возникающие при формировании литого ядра. Результаты этих экспериментов
свидетельствуют о перспективности метода АЭ для контроля качества точечного
соединения. Однако из-за отсутствия специализированного оборудования и кри-
териев, на основании которых можно было бы прогнозировать его качество по
результатам анализа сигналов АЭ, не удается в полной мере использовать воз-
можности метода для контроля КТС.
Цель работы – создать эффективную методику обработки информативных
параметров сигналов АЭ, возникающих в процессе КТС, и синтеза критерия ка-
чества точечного соединения.
Результаты и их обсуждение. Процесс формирования соединения можно
разделить на четыре этапа (рис. 1) [6, 7]: 1 – от начала сжатия деталей электрода-
ми усилием Fe до начала импульса тока Iweld; 2 – от начала импульса тока Iweld до
Контактная особа: Р. М. ГАЛАГАН, e-mail: rgalagan@ukr.net
104
начала расплавления металла в контакте деталь–деталь (до начала формирования
ядра); 3 – от начала формирования ядра диаметром dcore в контакте деталь–деталь
до окончания импульса сварочного тока Iweld; 4 – от окончания импульса свароч-
ного тока Iweld до снятия усилия Fe сжатия деталей электродами.
Рис. 1. Этапы образования соединения при КТС.
Fig. 1. Stages of formation of the compound in resistance spot welding.
Здесь наиболее интересен четвертый этап, поскольку в это время металл в
зоне сварки охлаждается и кристаллизуется в ядре. Поэтому его параметры опре-
деляют эксплуатационные свойства точечного сварного соединения. При охла-
ждении уменьшается объем металла и возникают остаточные напряжения и де-
формации. На этом этапе одновременно сочетаются экстремальные условия:
сформировано расплавленное ядро, существует максимально напряженное состо-
яние металла и резко уменьшается ток сварки. Создан [8] специализированный
стенд для исследования сигналов АЭ и описаны его технические характеристики,
программное обеспечение, электронные тракты, а также первичный преобразова-
тель.
В экспериментах использовали низкоуглеродистую сталь марки 10 толщи-
ной 0,5 mm. Выявили, что после прекращения подачи тока сварки (в момент вре-
мени 0,65 s) возникает сигнал АЭ относительно небольшой амплитуды и дли-
тельностью не более 0,05 s, что соответствует длительности аллотропических и
фазовых превращений металла литого ядра. Сигналы АЭ на этом отрезке време-
ни для качественного и некачественного сварного соединения существенно отли-
чаются. Для разработки показателя качества предложено использовать операцию
свертки, с помощью которой можно определить, имеется ли в анализируемом ди-
скретном сигнале x[n] другой сигнал, заданный шаблоном h[m]:
0
[ ] [ ] [ ],
n
xh
m
Y n x m h n m
=
= −∑
где Yxh – выход (сигнал свертки); n – текущий индекс дискретного сигнала; m –
размер шаблона, соответствующий количеству тактов дискретизации анализиру-
емого сигнала (база шаблона).
На основе метода свертки предложены два способа обработки сигнала АЭ.
Первый использует линейные его преобразования, когда спектр сигнала расчиты-
вают с помощью процедуры быстрого преобразования Фурье. Во втором приме-
105
няют нелинейные его преобразования: пороговую фильтрацию, бинаризацию и
медианную фильтрацию. Для реализации первого способа на основании много-
кратных измерений и усреднений сформирован частотный шаблон (рис. 2). Уста-
новлено, что информативные составляющие спектра АЭ сигнала для заданных
условий эксперимента находятся в окрестностях пяти частот: 100 kHz; 120; 160;
240 и 330 kHz.
Рис. 2. Образцовый шаблон в частотной области, полученный из эксперимента (1)
и аппроксимацией непрерывными функциями (2).
Fig. 2. Exemplary pattern in the frequency domain, obtained from experiments (1)
and by approximating continuous functions (2).
Приведены (рис. 3а) результаты расчета показателя качества с использова-
нием частотного шаблона при удовлетворительном и неудовлетворительном
формировании литого ядра. Несмотря на высокий уровень постоянной составля-
ющей в выходном сигнале, при удовлетворительном формировании сварной точ-
ки наблюдается хорошо различимый импульс амплитудой Uq. Для его выделения
дополнительно обрабатывали выходной сигнал – вводили временное окно
длительностью 0,15 s и фиксировали опорный уровень сигнала в момент прекра-
щения подачи тока сварки. Так получили достаточно надежный признак отсутс-
твия формирования литого ядра.
Для разработки показателя качества точечного соединения с использовани-
ем нелинейных преобразований сигнала АЭ создан образцовый шаблон во вре-
менной области (рис. 4), который, собственно, является временным процессом,
который должен присутствовать в сигнале АЭ при качественном формировании
сварной точки. Длительность шаблона 0,072 s. Приведены (рис. 5) результаты
расчета показателя качества с его помощью при удовлетворительном и неудовле-
творительном формировании литого ядра. Очевидно, что сигнал с выхода датчи-
ка АЭ случайный. Однако при качественной контактной сварке на кривой пока-
зателя качества имеется ярко выраженный пик, который синхронизирован с мо-
ментом прекращения подачи сварочного тока. Для этого способа также предло-
жено использовать дополнительную обработку выходного сигнала – сглаживание
во временном окне длительностью 0,15 s и фиксация опорного уровня в момент
выключения тока сварки, что позволяет достаточно надежно прогнозировать
отсутствие формирования литого ядра.
106
Рис. 3. Формирование показателя качества с помощью частотного шаблона
для качественной (а–с) и некачественной (d–f) сварной точки: а, d – сигнал АЭ;
b, e – кривая показателя качества; c, f – изображение сварного соединения
после разрушения; 1 – момент времени прекращения подачи тока сварки;
2 – временное окно принятия решения.
Fig. 3. Formation of the quality index through a frequency template for the quality (а–с)
and low quality (d–f) weld points: а, d – AE signal; b, e – quality index curve;
c, f – image of the weld joint after fracture; 1 – time of the welding current supply stop;
2 – decision time window.
107
Рис. 4. Образцовый временной шаблон.
Fig. 4. Exemplary timestamp.
Рис. 5. Формирование показателя качества с помощью временного шаблона:
а – для качественной сварной точки; b – для некачественной; 1 – момент времени
прекращения подачи тока сварки; 2 – временное окно принятия решения.
Fig. 5. Formation of the quality index using the time pattern:
a – for the quality weld point; b – for the low quality;
1 – time stopping delivery of the welding current;
2 – decision time window.
ВЫВОДЫ
Экспериментальные исследования сигналов АЭ, которые возникают в про-
цессе КТС, подтвердили возможность применения предложенного критерия ка-
чества соединения, основанного на использовании метода свертки шаблонного
сигнала, характеризующего качественное соединение, и сигнала, полученного
при контроле текущей сварной точки. Предложено для анализа сигналов АЭ ис-
пользовать временное окно длительностью 0,15 s, начало которого соответствует
моменту прекращения импульса сварочного тока. Показано, что о качестве то-
чечного сварного соединения можно судить по величине пика, который возника-
ет на выходе блока свертки в анализируемом временном окне.
108
РЕЗЮМЕ. Досліджена можливість застосування методу АЕ для контролю контакт-
ного точкового зварювання. Розроблені спеціалізована система прийому та обробки сиг-
налів АЕ та критерії, за якими можна синтезувати показник якості точкового зварного
з’єднання. Запропоновано для формування показника якості такого з’єднання використо-
вувати метод згортки шаблонного сигналу, що характеризує якісне з’єднання, і сигналу,
отриманого під час контролю поточної зварної точки.
SUMMARY. The possibility of application of the acoustic emission method for the control
of spot welding resistance is investigated. A specialized system for receiving and processing the
AE signals and criteria to measure the quality of a weld joint is developed. It is proposed to use
for formation of the weld quality index point of such welding the convolution signal method,
characterizing the welding quality and a signal obtained by controlling the current welding
point.
1. Разработка алгоритма работы системы контроля и управления процессом контактной
точечной сварки / Е. В. Шаповалов, Р. М. Галаган, Ф. С. Клищар, В. И. Запара // Вісник
Нац. техн. ун-ту України “КПІ”. Сер. приладобудування. – 2012. – № 44. – С. 49–57.
2. Effect of various sensor setting up for acoustic emission detection during resistance spot wel-
ding / I. Polajnar, E. Esmail, T. Kek, J. Grum // The 10th Int. Conf. of the Slovenian Society
for Non-Destructive Testing “Application of Contemporary Non-Destructive Testing in En-
gineering”: conference proceedings. – Ljubljana, Slovenia, 2009. – P. 399–406.
3. Polajnar I., Grum J., and Esmail E. Sources of acoustic emission in resistance spot welding
// Int. Conf. “DEFEKTOSKOPIE 2008”: conference proceedings, November 4–6, 2008.
– Brno, Czech Republic, 2008. – P. 187–194.
4. Identification of acoustic emission signal in aluminum alloys spot welding based on fractal
theory / Luo Zhen, Luo Baofa, Shan Ping et al. // China welding. – 2007. – 16, № 3. – P. 51–55.
5. Klyosumphan T. and Prateepasen A. Monitoring nugget formation of nickel-alloys in micro
spot welding using acoustic emission // Key Engng Mat. – 2004. – 270-273. – P. 510–517.
6. Технология и оборудование контактной сварки: Уч. для машиностроительных вузов
/ Б. Д. Орлов, А. А. Чакалев, Ю. В. Дмитриев и др.; Под общ. ред. Б.Д. Орлова. – М.:
Машиностроение, 1986. – 352 с.
7. Козловский С. Н. Основы теории и технологии программированных режимов контакт-
ной точечной сварки. – Красноярск: СибГАУ, 2006. – 260 с.
8. Разработка системы анализа сигналов акустической эмиссии, возникающих в про-
цессе контактной точечной сварки / Е. В. Шаповалов, В. В. Долиненко, Р. М. Галаган,
Ф. С. Клищар // Вісник інж. академії України. – 2012. – № 3–4. – С. 155–159.
Получено 14.06.2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-136830 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0430-6252 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:27:43Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шаповалов, Е.В. Галаган, Р.М. Клищар, Ф.С. 2018-06-16T16:46:03Z 2018-06-16T16:46:03Z 2013 Разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки / Е.В. Шаповалов, Р.М. Галаган, Ф.С. Клищар // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2013. — Т. 49, № 4. — С. 103-108. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136830 Исследована возможность применения метода АЭ для контроля контактной точечной сварки. Разработаны специализированная система приема и обработки сигналов АЭ и критерии, позволяющие синтезировать показатель качества такого соединения. Предложено для формирования показателя качества сварного точечного соединения использовать метод свертки шаблонного сигнала и сигнала, полученного при контроле текущей сварной точки. Досліджена можливість застосування методу АЕ для контролю контактного точкового зварювання. Розроблені спеціалізована система прийому та обробки сигналів АЕ та критерії, за якими можна синтезувати показник якості точкового зварного з’єднання. Запропоновано для формування показника якості такого з’єднання використовувати метод згортки шаблонного сигналу, що характеризує якісне з’єднання, і сигналу, отриманого під час контролю поточної зварної точки. The possibility of application of the acoustic emission method for the control of spot welding resistance is investigated. A specialized system for receiving and processing the AE signals and criteria to measure the quality of a weld joint is developed. It is proposed to use for formation of the weld quality index point of such welding the convolution signal method, characterizing the welding quality and a signal obtained by controlling the current welding point. ru Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки Розробка методики акустико-емісійного контролю контактного точкового зварювання Development of methodologies for acoustic-emission control of contact spot welding Article published earlier |
| spellingShingle | Разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки Шаповалов, Е.В. Галаган, Р.М. Клищар, Ф.С. |
| title | Разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки |
| title_alt | Розробка методики акустико-емісійного контролю контактного точкового зварювання Development of methodologies for acoustic-emission control of contact spot welding |
| title_full | Разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки |
| title_fullStr | Разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки |
| title_full_unstemmed | Разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки |
| title_short | Разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки |
| title_sort | разработка методики акустико-эмиссионного контроля контактной точечной сварки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136830 |
| work_keys_str_mv | AT šapovalovev razrabotkametodikiakustikoémissionnogokontrolâkontaktnoitočečnoisvarki AT galaganrm razrabotkametodikiakustikoémissionnogokontrolâkontaktnoitočečnoisvarki AT kliŝarfs razrabotkametodikiakustikoémissionnogokontrolâkontaktnoitočečnoisvarki AT šapovalovev rozrobkametodikiakustikoemísíinogokontrolûkontaktnogotočkovogozvarûvannâ AT galaganrm rozrobkametodikiakustikoemísíinogokontrolûkontaktnogotočkovogozvarûvannâ AT kliŝarfs rozrobkametodikiakustikoemísíinogokontrolûkontaktnogotočkovogozvarûvannâ AT šapovalovev developmentofmethodologiesforacousticemissioncontrolofcontactspotwelding AT galaganrm developmentofmethodologiesforacousticemissioncontrolofcontactspotwelding AT kliŝarfs developmentofmethodologiesforacousticemissioncontrolofcontactspotwelding |