Технічна діагностика та неруйнівний контроль, 2013, №01



2013 №01 (01)

2013 №01 (03)

---

«Техническая диагностика и неразрушающий контроль», 2013, №1, с. 10-22

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ, ВЫПОЛНЕННОГО КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКОЙ (ОБЗОР)

Е. В. ШАПОВАЛОВ, Р. М. ГАЛАГАН, Ф. С. КЛИЩАР, В. И. ЗАПАРА

ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Реферат
Представлен обзор современных методов и средств неразрушающего контроля сварного соединения, выполненного контактной точечной сваркой: капиллярных, оптических, вихретоковых, магнитных, электрических, тепловых, радиационных и акустических. Кратко рассмотрены преимущества и недостатки используемых методов, а также тенденции их развития. Особое внимание уделено анализу возможностей УЗ метода с использованием различных методик контроля, схем прозвучивания и типов преобразователей. Показано, что актуальным вопросом является повышение достоверности контроля самого опасного дефекта сварного соединения, полученного контактной точечной сваркой — непровара. Для этих целей можно использовать большинство описанных в статье методов, однако отдельные недостатки каждого метода не позволяют гарантировать надежное выявление данного дефекта. Поэтому перспективным является использование одновременно нескольких бесконтактных методов и разработка оптимальных способов анализа данных для каждого отдельного метода. Недостатком такого подхода является увеличение времени контроля, однако его можно минимизировать с помощью правильной стратегии проведения всего комплекса контрольно-измерительных мероприятий. Соответственно даны рекомендации по выбору методов контроля сварного соединения, выполненного контактной точечной сваркой, и предложен подход к созданию автоматизированной системы контроля с использованием одновременно нескольких методов. Библиогр. 70 назв., рис. 8.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, контактная точечная сварка, ультразвук, надежность
 
This paper presents an overview of modern methods and tools for non-destructive testing of resistance spot welding: liquidpenetrant, optical, eddy current, magnetic, electrical, thermal, radiation and acoustic. We briefly discuss the advantages and disadvantages of the each method and ways of their development. Special attention is paid to analysis capabilities of ultrasonic method with different control techniques, sounding schemes and types of converters. It is shown that still n important issue is to increase the reliability of control of the unsafe defect of resistance spot welding — lack of fusion. Although these goals may use the majority of methods described in the article, but the existing limitations in each method does not allow us to guarantee reliable detection of this defect. So perspective is the use of multiple simultaneous non-contact methods for control of lack of fusion and development of the best ways to analyze the data for each method. Possible disadvantage of this approach is to increase the control time, but it can be minimized by developing the right strategy of the entire complex of measurement. Accordingly, recommendations for choice of methods for control of resistance spot welding and proposed an approach to creation of the automated control system using several methods simultaneously.
 
Key words: nondestructive testing, resistance spot welding, ultrasound, reliability
 
Поступила в редакцию 20.09.2012
Опубликовано 06.03.2013
 
1. Кочергин К. А. Контактная сварка. — Л.: Машиностроение, 1987. — 240 с.
2. Чулошников П. Л. Контактная сварка. — М.: Машиностроение, 1977. — 144 с.
3. Климов А. С. Контактная сварка. Вопросы управления и повышении стабильности качества. — М.: Физматлит, 2011. — 216 с.
4. Сварка. Резка. Контроль. Справ. В 2-х т. Т. 2 / Н. П. Алешин, Г. Г. Чернышов, А. И. Акулов и др. // Под общ. ред. Н . П. Алешина, Г. Г. Чернышова. — М.: Машиностроение, 2004. — 480 с.
5. Гуляев А. И. Технология и оборудование контактной сварки. — М: Машиностроение, 1985. — 254 с.
6. Connie R., Warren P. Inspecting RSW electrodes and welds with laser-based imaging // Welding J. — 2007. — 86, № 2. — P. 38–45.
7. Development of an automatic weld surface appearance inspection system using machine vision / Lin Sanbao, Fu Xibin, Fan Chenglei, et.al. // China weld. — 2009. — № 3. — P. 74–80.
8. Rethmeier M., Brauser S., Weber G. Potential of optical strain field measurement for the characterization of the properties of resistance-spot-welded joints // Welding and Cutting. — 2011. — № 1. — P. 48–52.
9. Francis D., Tatam R. P., Groves R. M. Shearography technology and applications: a review // Measurement Sci. And Technology. — 2010. — 21, № 10. — 29 p.
10. Findeis D., Gryzagoridis J., Asur E. Phase unwrapping applied to portable digital shearography [Электрон. ресурс] // CD-Proc.: IV Pan American conf. for Non Destructive Testing: 22–26 Oct. 2007, Buenos Aires, Argentina.
11. Методика, технология и аппаратура ширографического неразрушающего контроля материалов и элементов конструкций / Л. М. Лобанов, В. А. Пивторак, Е. М. Олейник, И. В. Киянец // Техн. диагностика и неразруш. контроль. — 2004. — № 3. — С. 25–28.
12. Оперативна діагностика зварних точкових з’єднань методом електронної ширографії з використанням механічного та термічного навантаження / Л. М. Лобанов, В. А. Півторак, . В. Киянець та ін. // Неруйнівний конт роль та технічна діагностика: Мат. 7-ї Нац. наук.-техн. конф. і виставки, 20–23 лист. 2012. — Київ, 2012. — С. 378–382.
13. Технология и оборудование контактной сварки: Уч. Для машиностр. вузов / Б. Д. Орлов, А. А. Чакалев, Ю. В. Дмитриев и др. // Под общ. ред. Б. Д. Орлова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1986. — 352 с.
14. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т. II. Технология и оборудование. Справ. изд. / Под ред. В. М. Ямпольского. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1996. — 574 с.
15. Дерун Е. Н. Вихретоковый контроль точечных сварнях соединений. — Старая Русса: СПК (филиал) НовГу им. Ярослава Мудрого, 2010. — 142 с.
16. Пат. 2029295 РФ, МПК6 G01N27/83. Способ магнитного контроля точечных сварных соединений / С. Ф. Мельников, В. П. Березиенко, И. В. Королев, В. Л. Искров. — Заявл. 19.07.1992; опубл. 20.02.1995. — 3 с.
17. A magnetic sensor array for spot welding quality monitor / Wang Rui, Luo Zhen, Shan Ping et al. // China Welding. — 2010. — 19, № 3. — P. 70–73.
18. A New Perspective on Magnetic Field Sensing / M. J. Caruso, T. Bratland, C. H. Smith, R. Schneider // Sensors Magazine. — 1998. — 15, № 12. — P. 34–46.
19. Дубов А. А., Колокольников С. М. Проблемы контроля качества сварки и их решение на основе метода магнитной памяти металла // Технология машиностроения. — 2005. — № 4. — С. 43–47.
20. ГОСТ Р ИСО 24497-1–2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Ч. 1. Термины и определения. — Взамен ГОСТ Р 52081-2003; Введ. 01.12.2010. — М.: Стандартинформ, 2010. — 7 с.
21. О проблемах применимости метода магнитной памяти металла при контроле напряженно-деформированного состояния металлоконструкций / М. Б. Аркулис, М. П. Барышников, Н. И. Мишенева, Ю. И. Савченко // Дефектоскопия. — 2009. — № 8. — С. 10–12.
22. Куликов В. П., Болотов С. В. Магнитно-тепловой метод контроля сварных соединений, полученных контактной точечной сваркой // Свароч. пр-во. — 2003. — № 9. — С. 16–20.
23. Магнитооптическая дефектоскопия изделий и соединений из ферромагнитных сталей / Ю. С. Агалиди, С.В. Левый, В.А. Троицкий, Ю. Н. Посыпайко // Неруйнівний контроль та технічна діагностика: Матеріали 6-ї Нац. наук.-техн. конф. і виставки, 9–12 червня 2009. — Київ, 2009. — С. 63–66.
24. Пат. 2159426 РФ, МПК7 G01N27/82, G01N27/83. Способ магнитооптического контроля изделия / С. В. Левый, Ю. С. Агалиди. — Заявл. 25.10.1999; опубл. 20.11.2000. — 7 с.
25. Банов М. Д. Технология и оборудование контактной сварки: уч. для студ. учр. сред. проф. образования. — 3-е изд., стер. — М.: Издат. центр «Академия», 2008. — 224 с.
26. Пат. Германии 102006057802.3, МПК8 G01N 25/72 (2006.01). Verfahren und Prufsystem zur zerstorungsfreien Prufung von Materialverbindungen, insbesondere von Widerstandsschweibverbindungen / A. G. Daimler, Beyer Roland, Bohmisch Mathias et al. — Заявл. 06.12.06; опубл. 18.10.07. — 18 с.
27. Пат. Германии 102007050005.1, МПК8 G01N 25/72 (2006.01). Verfahren und Prufsystem zur zerstorungsfreien Prufung von Materialverbindungen, insbesondere von Widerstandsschweibverbindungen / Daimler AG, Greiner Glaudia. — Заявл. 17.10.07; опубл. 23.04.09. — 19 с.
28. Analysis of effective nugget size by infrared thermography in spot weldment / J. H. Song, H. G. Noh, S. M. Akira et al. // International Journal of Automotive Technology. — 2004. — 5, № 1. — P. 55–59.
29. Сакагами Т. Измерение термоупругих напряжений с помощью инфракрасной термографии // Ж-л япон. свароч. об-ва. — 2003. — 72, № 6. — С. 51–55.
30. Термосенсорная диагностика и управление качеством соединений при контактной сварке / П. П. Архипов, А.Ф. Керемжанов, Н. Г. Ефименко и др. // Сварщик. — 2002. — № 5(27). — С. 50–51.
31. Зуев В. М., Табакман Р. Л., Удралов Ю. И. Радиографический контроль сварных соединений. — СПб.: Энергоатомиздат, 2001. — 148 с.
32. Меньшиков Г. А. Опыт и перспективы использования методов контроля точечной контактной сварки при производстве изделий ответственного назначения // Сварка и контроль-2004 / Матер. Всерос. с межд. участием науч.техн. конф., посвященной 150-летию со дня рождения Н. Г. Славянова: Теория сварки, 17–20 мая 2004. — Пермь, 2004. — С. 324–327.
33. Григорченко С. А., Капустин В. И. Классификация дефектов при автоматизированном радиографическом контроле сварных соединений // Дефектоскопия. — 2009. — № 9. — С. 73–87.
34. Фомин А. А., Жизняков А. Л. Оценка качества сварнях соединений по многомасштабному образу рентгенограмм // Тяжелое машиностроение. — 2010. — № 6. — С. 19–23.
35. Fr. Stefan The evolution of weld inspection in the automotive industry // Welding J. — 2009. — 88, № 8. — P. 52–53.
36. Гугунов А. А., Кривов А. В., Хайруллин Т. В. Эффективность применения УЗ контроля качества соединений контактной точечной сварки кузовов автомобилей в ОАО АВТОВАЗ // Матер. Всерос. науч.-техн. конф.: Современные проблемы повышения эффективности сварочного производства, 15–17 ноября 2006. — Тольятти, 2006. — С. 24–27.
37. Исследование и внедрение технологии УЗК качества точечной сварки кузовов автомобилей LADA в ОАО «АВТОВАЗ» / А. В. Новиков, Р. Р. Хакимьянов, В. В. Григорович, А. В. Семеренко // В мире неразруш. контроля. — 2009. — № 2(44). — С. 66–69.
38. Rivas S., Servent R., Belda J. Automated spot weld inspection in the automotive industry [Электрон. ресурс]. — http://www.ndt.net/article/wcndt2004/html/automotive/408 _rivas/408_rivas.htm.
39. Donald J. Spinella, John R. Brockenbrough, Joseph M. Fridy Trends in Aluminum Resistance Spot Welding for the Auto Industry // Welding J. — 2005. — 84, № 1. — P. 34– 40.
40. Ермолов И. Н., Ланге Ю. В. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Т. 3. Ультразвуковой контроль / Под ред В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 2004. — 864 с.
41. Martin O., Lopez M., Martin F. Artificial neural networks for quality control by ultrasonic testing in resistance spot welding // J. of Materials Processing Technology. — 2007. — 183, № 2-3. — P. 226–233.
42. Пат. США 7516022B2; МПК8 G06F 17/40, G06F 19/00, G01B 17/00, G01B 21/32. Method and system for assessing quality of spot welds. / Lee Hsu-Tung, Maev Roman Gr., Maeva Elena Yu, Titov Serguei. — Заявл. 29.09.06; опубл. 07.04.09. — 27 с.
43. Бигус Г. А., Травкин А. А. Неразрушающий контроль сварных соединений, выполненных контактной сваркой // Матер. 17-й Междунар. конф. «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики», 5–9 окт. 2009. — Ялта, 2009. — С. 122–124.
44. Семеренко А. В. Ультразвуковой контроль качества точечной сварки // В мире неразруш. контроля. — 2003. — № 2(20). — С. 43–44.
45. Бобовников И. Н., Семеренко А. В. Опыт применения УЗ методов оценки качества точечной сварки (на примере «Машиностроительного завода» г. Электросталь) / // Там же. — 2004. — № 2 (24). — С. 52–54.
46. Vural M., Akkus A. The ultrasonic testing of the spot welded different steel sheets // J of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. — 2006. — 18, № 1-2. — P. 247–250.
47. Doyum A. B., Sonat M. Ultrasonic Examination of Resistance Spot Welds [Электрон. ресурс]. — http://www.ndt.net/ article/dgzfp03/papers/p01/p01.htm.
48. Werner Roye. Ultrasonic Testing of Spot Welds in the Automotive Industry [Электрон. ресурс]. — http://www.spotweldtesting. com/schweisspunktpruefung.de/english/sd_298_en.pdf.
49. Цапенко В. К., Куц Ю. В. Основи УЗ неруйнівного контролю: Підруч. — Київ: НТУУ «КПI», 2010. — 448 с. 50. Ториуми Н., Хиросэ Н. Оборудование для дефектоскопи точечных швов «Nugget Viewer» // Технологии сварки (Welding Technology). — 2010. — № 10. — С. 51–54.
51. Пат. США US2005/0132809A1, МПК7 G01N 9/24. Methods for ultrasonic inspection of spot and seam resistance welds in metallic sheets and a spot weld examination probe system (SWEPS) / Marvin F. Fleming, Jack P. Clark. — Заявл. 12.01.2005; опубл. 23.01.2005. — 19 с.
52. Пат. 47248 України, МПК (2009) В06B 3/00. Ультразвуковий концентратор / Р. М. Галаган, В. К. Цапенко, А. Г. Протасов, О. С. Василенко; № u2009 07366; заявл. 13.07.2009; опубл. 25.01.2010.
53. Сварка в машиностроении: Справ. В 4-х т. Т. 4 / Под ред. Ю. Н. Зорина. — М.: Машиностроение, 1979. — 512 с.
54. Takada Hajime, Hirose Tomoyuki. An ultrasonic method for testing spot-welds // JFE Technical Report. — 2007. — № 10. — P. 26–30.
55. Пат. США 7021143 В2, МПК8 G01N 29/26. Cylindricallyrotating ultrasonic phased array inspection method for resistance spot welds / Cameron J. Dasch. — Заявл. 11.12.2003; опубл. 04.04.2006. — 11 с.
56. Семеренко А. В., Пепеляев А. В. Использование фазированных решеток для УЗ контроля точечной сварки // Сварка и диагностика. — 2009. — № 6. — С. 49–53.
57. Бобров С. В. Методы и технология неразрушающего контроля качества точечной сварки // MEGATECH: Новые технологии в промышленной диагностике и безопасности. — 2012. — № 3. — С. 56–67.
58. Малинка А. В. Изучение и прием УЗ колебаний под заданным углом при электромагнитно-акустическом методе // Дефектоскопия. — 1970. — № 5. — С. 16–20.
59. Сучков Г. М. Современные возможности ЭМА дефектоскопии // Там же. — 2005. — № 12. — С. 24–39. 60. Пат. США № 4449029, МПК8 В23К 11/24. Acoustic wave spot welder adaptive control / Herman A. Nied. — Заявл. 09.05.1983; опубл. 15.05.1984 — 7 с.
61. Vogt G. Inline-process and quality control of spotweds of car bodies — Ultrasonic sensors integrated in resistance welding electrodes // 17th World conf. on nondestructive testing: conf. proc., 25–28 Oct. 2008. — Shanghai, China, 2008. — P. 1–6.
62. Пат. 3824377 США: МПК7 H 03k 21/34. Acoustic emission spot welding controller / Kenneth R. Notvest. — Заявл. 10.05.72; опубл. 16.07.74 — 9 с.
63. ASTM E751-07. Standard Practice for Acoustic Emission Monitoring During Resistance Spot—Welding [Электрон. ресурс] // Annual Book of ASTM Standards. — http://www.astm.org/Standards/E751.htm.
64. Kek T., Polajnar I., Grum J. Analysis of AE during resistance spot welding // The 10th Intern. conf. of the Slovenian Society for Non-Destructive Testing «Application of Contemporary Non-Destructive Testing in Engineering», Sept. 1–3, 2009. — Ljubljana, Slovenia, 2009. — P. 243–250.
65. Chaos analysis of acoustic emission signals in spot welding process / Luo Zhen, Wang Rui, Shan Ping, Dong An // China Welding. — 2009. — 18, № 1. — P. 73–78.
66. Adaptive health monitoring concepts for spot—welded and weld—bonded structural joints / V. Giurgiutiu, Craig A. Rogers, Yuh Jin Chao et al. // ASME Intern. Mechanical Engineering Congress and Exposition, Nov. 16–21, 1997. — Dallas, TX, 1997. — P. 1–6.
67. Алешин Н. П., Щербинский В. Г. Радиационная, ультразвуковая и магнитная дефектоскопия металлоизделий: Учеб. для ПТУ. — М.: Высш. шк., 1991. — 271 с.
68. Каневский И. Н., Сальникова Е. Н. Неразрушающие методы контроля: Уч. пос. — Владивосток: Изд-во ДВГТУ,2007. — 243 с.
69. Шахматов М. В., Ерофеев В. В., Коваленко В. В. Работоспособность и неразрушающий контроль сварных соединений с дефектами. — Челябинск: ЦНТИ, 2000. — 227 с.
70. Сварка и резка в промышленном строительстве. В 2 т. Т. 2 / Б. Д. Малышев, Е. К. Алексеев, А. Н. Блинов и др. / Под ред. Б. Д. Малышева. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1989. — 400 с.