Рис. 6. Внешний вид ТДМ
Результаты исследования показывают полное соответствие требованиям, предъявляемым к ТДМ.
Предложенный в данной работе телевизионный датчик импульсных микроизображений, внешний вид которого показан на рис. 6, применен в устройстве автоматического бесконтактного контроля геометрических параметров гранул [3] и может быть использован в различных областях науки и техники, связанных с получением и анализом изображений, в системах технического зрения, при исследовании быстропротекаю-щих случайных процессов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вычислительная оптика. Справочник. — Л.: Машиностроение, 1984.
2. Справочник конструктора оптико-механических приборов. — Л.: Машиностроение, 1980.
3. А. С. SU 1241820. Устройство автоматического бесконтактного контроля геометрических параметров гранул / Е. П. Доморацкий, И. И. Крейндлин, Н. В. Куликов и др.
4. А. С. SU 1354444. Устройство для регистрации импульсного изображения. / П. А. Дик, Е. П. Доморацкий, А. А. Краснюк и др.
5. А. С. SU 1297259. Устройство формирования сигнала изображения. / П. А. Дик, Е. П. Доморацкий, А. А. Крас-нюк и др.
Работа выполнена на кафедре "Электроника и наноэлектрони-ка" Национального исследовательского университета "Высшая школа экономики" (НИУВШЭ).
Евгений Петрович Доморацкий — д-р техн. наук, профессор кафедры "Электроника и наноэлектроника" НИУ ВШЭ;
® (499) 235-50-42
E-mail: edomoratsky@hse.ru
Константин Орестович Петросянц — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой "Электроника и наноэлектроника" НИУ ВШЭ.
® (499) 235-50-42
E-mail: kpetrosyants@hse.ru □
УДК 620.179.17:681.518
ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ СВАРОЧНЫЙ БЛОК ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ МНОГОПРОХОДНОЙ СВАРКИ КОНСТРУКЦИЙ
Л. Н. Степанова, С. И. Кабанов, И. С. Рамазанов, К. В. Канифадин
Рассмотрен принцип работы акустико-эмиссионного (АЭ) микропроцессорного диагностического сварочного блока, регистрирующего дефекты сварки (горячие и холодные трещины, непровар, шлаковые включения) в режиме реального времени и осуществляющего их автоматическую отбраковку.
Ключевые слова: акустическая эмиссия, преобразователь акустической эмиссии, диагностический сварочный блок, локализация, сварной шов, сварка.
Основной причиной, снижающей технологическую прочность сварных соединений, являются дефекты (трещины, непровары, шлаковые включения), образующиеся при сварке и выявляемые различными методами неразрушающего контроля (НК) [1]. Широкое применение многопроходных сварочных технологий при созда-
нии ответственных конструкций транспортного машиностроения потребовало внедрения современных методов диагностики, способных в режиме реального времени обнаруживать дефекты. При использовании традиционных методов НК, таких как ультразвуковой (УЗ) и радиографический, контроль дефектов конструкций большой
24 - Sensors & Systems • № 4.2014
толщины в процессе сварки затруднен и может использоваться либо по мере заполнения разделки сварного шва, либо после его окончательного заполнения [2—3].
Для контроля сварных конструкций получил распространение метод акустической эмиссии (АЭ), определяющий внутренние дефекты сварного шва в процессе сварки и остывания с последующим оперативным их исправлением с минимальным объемом выборки металла. При практическом использовании метода необходимая нагрузка создается за счет теплового режима в объекте контроля (ОК). Данный метод позволяет автоматизировать процесс контроля дефектов сварки, что снижает влияние субъективных погрешностей на конечный результат [4—5].
Одной из основных проблем, возникающих при контроле сварных швов в процессе сварки, является высокая активность высокоамплитудных акустических сигналов. Процесс сварки сопровождается большим количеством источников сигналов АЭ (горение дуги, истечение защитного газа, плавление, трещинообразование и т. д.), в результате чего все измерительные каналы АЭ-системы могут находиться в состоянии насыщения. Для исключения их перехода в состояние насыщения при построении диагностических АЭ-систем используется "плавающий" порог селекции [6]. В статье рассмотрен принцип работы микропроцессорного сварочного блока, предназначенного для АЭ-контроля дефектов в процессе многопроходной сварки и остывания сварного шва.
Микропроцессорный диагностический сварочный блок (ДСБ) состоит из 4-канальной платы модернизированной АЭ-системы СЦАД-16.10 (свидетельство RU.C.27.007.A № 40707, зарегистрирована в Государственном реестре средств измерений под № 45154-10) с "плавающим" порогом селекции, четырех преобразователей акустической эмиссии (ПАЭ) типа ПК 02-05 с рабочей полосой частот (100...700) кГц и одноплатного компьютера [6].
Диагностический сварочный блок (рис. 1) работает в трех режимах: в автономном без подключения внешнего компьютера; в режиме внешнего управления путем подачи команд по сети Ethernet с протоколом TCP/IP; в автономном режиме с управлением с помощью мыши и клавиатуры. В процессе регистрации сигналов АЭ во время сварки коэффициент усиления каждого
Рис. 1. Внешний вид микропроцессорного диагностического сварочного блока
ПАЭ 1 ПАЭ 2
О 11 10 9 О 8
12 х ■ /> . г1 " 1■/ " # г ■* ч А \ 1 / 7
1 \ г \ь 1 VJi г / 6
2 О 3 4 5 О
ПАЭ 0 ПАЭ 3
Рис. 2. Локализация сигналов АЭ при калибровке
канала сварочного блока равен 20, а во время остывания — 100.
Ранее заварка корня сварного шва выполнялась АЭ-системой СЦАД-16.10 [6]. Во время последующих шести проходов осуществлялось его усиление, а контроль дефектов сварного шва выполнялся с использованием ДСБ. Перед его заваркой проводилась калибровка путем простукивания всей длины сварного шва в точках начала, конца и середины каждого из секторов (рис. 2). После окончания калибровки запускался режим "8Уагка.сГ§", и программа сварочного блока начинала работать в режиме с сохранением файла данных сварки. При работе в режиме остывания загружался конфигурационный файл программы
3 8000
я о 7000
т 6000
м
ы о 5000
н о 4000
« 3000
я 2000
ц,
Я 1000
а
о 0
500 1000 1500 2000 2500 3000 Время, с а)
О
ПАЭ 1
ЕЛ, = 8087 мВ 10
О
ПАЭ 2
ПАЭ 0
(А)
ЕЛ,- = 8233 мВ
ЕЛ,- = 7803 мВ
ПА) 3
О
б)
Рис. 3. Суммарный счет сигналов АЭ при втором проходе (в) и плотность распределения сигналов АЭ вдоль сварного шва при втором проходе (б)
"о81.еГ§", и программа запускалась в режим работы с сохранением файла данных остывания. После калибровки выполнялся первый проход.
При формировании корня сварного шва в 11 секторе проводилась имитация дефекта введением в сварной шов титановой вставки. На рис. 3, а, показан суммарный счет сигналов АЭ, зарегистрированных на всем протяжении их записи при выполнении второго прохода, а на рис. 3, б, представлена плотность распределения их суммарной амплитуды вдоль сварного шва. Суммарный счет сигналов АЭ представлял собой монотонно возрастающую линию за все время записи сигналов, что подтверждает наличие большого числа источников, излучающих сигналы в течение всей сварки и остывания сварного шва. Диагностическим сварочным блоком было зарегистрировано 8677 сигналов.
На рис. 4, а, приведен график распределения средней амплитуды и медианы амплитуд (рис. 4, б) сигналов АЭ по всем четырем измерительным каналам ДСБ. Анализ распределения медиан амплитуд подтверждает, что все измерительные каналы обладали практически одинаковой чувствительностью. Сигналы высокого уровня локализовались вдоль всей длины сварного шва. На рис. 5 показано распределение амплитуд сигналов АЭ по секторам. Можно отметить, что значительного разброса амплитуд сигналов АЭ не наблюдалось. Средний уровень сигналов по каждому сектору не превышал 1600 мВ, а медианы — 1100 мВ. Различие между этими параметрами
я 1500
а 1450
й И" 1400
ё 1350
ч 1300
й 1250
Я 1200
И
, 1150
и 1100
1 2 Номер канала а)
я
1200 1000 800 500 400 200 0
1 2 Номер канала б)
Рис. 4. Средняя амплитуда сигналов АЭ (в) и медиана амплитуд (б)
Рис. 5. Распределение средней амплитуды сигналов АЭ по секторам
26 - Бепвогв & БувЬетв • № 4.2014
А
Сеть Ethernet
Диагностический сварочный блок 1
-a rb
-0 Чэ -D rD
Диагностический сварочный блок 2
-0 Чэ -Е> гО
Диагностический сварочный блок n
*
iL
ПАЭ'
Объект контроля
Хост-контроллер
Рис. 6. Структурная схема системы диагностики с использованием нескольких диагностических сварочных блоков
объясняется наличием небольшого числа выбросов сигналов АЭ в распределении. Сравнивая полученные результаты с плотностью распределения (рис. 3, б) сигналов АЭ вдоль сварного шва, можно отметить, что локальные максимумы образованы не высокоамплитудными сигналами, а большим числом низкоамплитудных сигналов.
При сварке крупногабаритных конструкций одновременно может использоваться несколько сварочных блоков. При этом собирается схема, показанная на рис. 6. После установки ПАЭ на ОК нажатием соответствующих кнопок на ДСБ запускается режим автокалибровки и определяются координаты датчиков пьезоантенны в единицах времени распространения. После ввода координат ПАЭ производится калибровка сварного шва, для чего имитатором сигналов АЭ возбуждается волна в нескольких точках участка сварного шва. При этом ДСБ рассчитывает координаты источников сигналов АЭ и передает их по сети Ethernet на главный компьютер. Хост-контроллер формирует локационную карту сварного шва для каждого ДСБ. Управление процессом регистрации АЭ-информации в момент сварки и остывания осуществляется как нажатием соответствующих кнопок ДСБ, так и командами по сети от хост-контроллера.
В процессе предварительной обработки информации ДСБ осуществляет фильтрацию паразитных сигналов, рассчитывает координаты и энергетические параметры источников сигналов АЭ. Хост-контроллер вычисляет диагностические параметры каждого прохода сварного шва. При наличии дефекта хост-контроллер выдает в соответствующий ДСБ команду и активизирует индикатор брака.
При АЭ-диагностике рассчитываются поэтапно и послойно по каждому проходу АЭ картины локализации дефектов на различных стадиях сварки и остывания сварного шва. На зоны контроля накладываются локационные сетки, задающие поля уровней браковки. Размер
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.