Обеспечение качества сварных швов - это использование технологических методов и действий для проверки или обеспечения качества сварных швов и, во вторую очередь, для подтверждения наличия, расположения и покрытия сварных швов. [ оригинальное исследование? ] В производстве сварные швы используются для соединения двух или более металлических поверхностей. Поскольку эти соединения могут испытывать нагрузки и усталость в течение срока службы продукта , есть вероятность, что они могут выйти из строя, если не будут созданы в соответствии с надлежащими спецификациями.
Испытания и анализ сварных швов
Методы испытаний и анализа сварных швов используются для обеспечения качества и правильности сварного шва после его завершения. Этот термин обычно относится к испытаниям и анализу, направленным на качество и прочность сварного шва, но может относиться к технологическим действиям по проверке наличия, положения и протяженности сварных швов. [ необходима цитата ] Они делятся на деструктивные и неразрушающие методы. Несколько примеров разрушающего контроля включают испытания на макротравление, испытания на разрыв углового шва, испытания на поперечное растяжение и испытания на управляемый изгиб. [1] К другим разрушающим методам относятся испытания кислотным травлением, испытание на обратный изгиб, испытание на разрыв при растяжении, испытание на разрыв зазубрины и испытание на свободный изгиб. [2] Неразрушающие методы включают флуоресцентные испытания на проницаемость, магнитофлюксные испытания, вихретоковые (электромагнитные) испытания, гидростатические испытания, испытания с использованием магнитных частиц, методы, основанные на рентгеновских и гамма-лучах, а также методы акустической эмиссии. [2] Другие методы включают определение феррита и твердость. [2]
Методы визуализации
Рентгеновский
Рентгеновский контроль сварных швов может быть ручным, выполняться инспектором на основе рентгеновских изображений или видео или автоматически с использованием машинного зрения . [3]
Визуализация в видимом свете
Инспекция может быть ручной, проводимой инспектором с использованием оборудования для визуализации или автоматизированной с использованием машинного зрения . [ необходимая цитата ] Поскольку сходство материалов между сварным швом и заготовкой, а также между исправными и дефектными участками обеспечивает небольшой внутренний контраст, для последнего обычно требуются другие методы, нежели простая визуализация. [ необходима цитата ]
Один (деструктивный) метод включает микроскопический анализ поперечного сечения сварного шва. [4]
Ультразвуковые и акустические методы
В ультразвуковом контроле используется принцип, согласно которому разрыв в сварном шве изменяет распространение ультразвукового звука через металл. Одним из распространенных методов является ультразвуковой контроль с одним датчиком, предполагающий интерпретацию оператором экрана осциллографического типа. [5] Другой вид чувствует с помощью двумерного массива ультразвуковых датчиков. [5] Обычные методы, методы фазированной решетки и времяпролетной дифракции (TOFD) могут быть объединены в одном тестовом оборудовании. [6]
Методы акустической эмиссии контролируют звук, создаваемый нагрузкой или изгибом сварного шва. [2]
Тестирование точечной сварки на отслаивание
Этот метод включает в себя разрыв сварного шва и измерение размера оставшегося сварного шва. [5]
Мониторинг сварных швов
Методы контроля сварного шва используются для обеспечения качества и правильности сварного шва в процессе сварки. Этот термин обычно применяется к автоматическому мониторингу для целей качества сварных швов и, во вторую очередь, для целей управления технологическим процессом, таких как визуальное управление роботом. [ необходима цитата ] Визуальный контроль сварных швов также выполняется во время процесса сварки . [ необходима цитата ]
В области применения в автомобилях мониторинг сварных швов направлен на обеспечение улучшений качества, долговечности и безопасности транспортных средств - с экономией средств за счет предотвращения отзывов и устранения значительной части системных проблем с качеством, возникающих из-за неоптимальной сварки. [ необходима цитата ] Контроль качества автоматической сварки в целом может сократить время простоя производства и снизить потребность в доработке и отзыве продукции.
Системы промышленного мониторинга способствуют повышению производительности и сокращают затраты на металлолом. [7]
Встроенная когерентная визуализация
Встроенная когерентная визуализация (ICI) - это недавно разработанный интерферометрический метод, основанный на оптической когерентной томографии [8], который используется для обеспечения качества сварки лазерным лучом в замочную скважину , метода сварки, который набирает популярность в различных отраслях промышленности. ICI работает, направляя маломощный широкополосный источник света по тому же оптическому пути, что и основной сварочный лазер. Луч входит в замочную скважину сварного шва и отражается обратно в головную оптику нижней частью замочной скважины. Интерференционная картина создается путем объединения отраженного света с отдельным лучом, прошедшим путь на известное расстояние. Затем эта интерференционная картина анализируется для получения точного измерения глубины замочной скважины. Поскольку эти измерения производятся в режиме реального времени, ICI также может использоваться для управления глубиной проникновения лазера с помощью измерения глубины в цепи обратной связи, которая модулирует выходную мощность лазера.
Метод нестационарного термического анализа
Переходный термический анализ используется для решения ряда задач оптимизации сварных швов. [9]
Метод обработки подписного изображения
Обработка изображений подписи (SIP) - это технология анализа электрических данных, собранных в процессе сварки. Приемлемая сварка требует точных условий; изменения условий могут сделать сварной шов неприемлемым. SIP позволяет идентифицировать сварочные дефекты в режиме реального времени, измерять стабильность сварочных процессов и позволяет оптимизировать сварочные процессы.
Разработка
Идея использования электрических данных, анализируемых с помощью алгоритмов, для оценки качества сварных швов, произведенных в роботизированном производстве, возникла в 1995 году в результате исследования доцентом Стивена Симпсона из Сиднейского университета сложных физических явлений, происходящих при сварке дуг. Симпсон понял, что способ определения качества сварного шва может быть разработан без окончательного понимания этих явлений. [10] [11] [12] В разработке участвовали:
- метод обработки блоков дискретизированных данных путем обработки их как сигнатур фазового портрета с соответствующей обработкой изображения. Обычно выборочные данные сварочного напряжения и тока за одну секунду собираются в процессе импульсной сварки GMAW или сварки короткой дугой . Данные преобразуются в двухмерную гистограмму, и выполняются операции обработки сигналов, такие как сглаживание изображения. [13]
- метод анализа сварочных сигнатур, основанный на статистических методах социальных наук, таких как анализ главных компонентов . Взаимосвязь между сварочным напряжением и током отражает состояние процесса сварки, и изображение сигнатуры включает эту информацию. Количественное сравнение сигнатур с использованием анализа главных компонентов позволяет распространять сигнатурные изображения, позволяя обнаруживать [14] и идентифицировать неисправности [15] . Система включает алгоритмы и математику, подходящие для анализа сварки в реальном времени на персональных компьютерах, а также многомерную оптимизацию определение неисправностей с использованием экспериментальных данных сварки. [16] Сравнение изображений сигнатур от момента к моменту в сварном шве дает полезную оценку того, насколько стабильным является процесс сварки. [17] [18] Зондирование «сквозь дугу» путем сравнения изображений сигнатур при изменении физических параметров процесса приводит к количественным оценкам, например, положения сварного шва. [19]
В отличие от систем, которые регистрируют информацию для последующего изучения или используют рентгеновские лучи или ультразвук для проверки образцов, технология SIP анализирует электрический сигнал и обнаруживает неисправности, когда они возникают. [20] Блоки данных из 4000 точек электрических данных собираются четыре раза в секунду и преобразуются в изображения подписи. После обработки изображений статистический анализ сигнатур обеспечивает количественную оценку процесса сварки, выявляя его стабильность и воспроизводимость, а также обеспечивая обнаружение неисправностей и диагностику процесса. [14] Аналогичный подход, использующий гистограммы напряжения и тока и упрощенную статистическую меру расстояния между сигнатурными изображениями, был оценен исследователями из Университета Осаки для сварки вольфрамовым электродом в инертном газе (TIG). [21] [22]
Промышленное применение
SIP обеспечивает основу для системы WeldPrint , которая состоит из внешнего интерфейса и программного обеспечения на основе механизма SIP и полагается только на электрические сигналы. Он спроектирован таким образом, чтобы он не подвергался вмешательству и был достаточно прочным, чтобы выдерживать жесткие условия промышленной сварки. Первый крупный покупатель технологии, GM Holden [23] [24] [25], предоставил обратную связь, которая позволила усовершенствовать систему таким образом, чтобы повысить ее промышленную и коммерческую ценность. Усовершенствования в алгоритмах, включая оптимизацию нескольких параметров для серверной сети, за последние пять лет привели к повышению эффективности обнаружения неисправностей на порядок. [ когда? ]
WeldPrint для дуговой сварки стал доступен в середине 2001 года. Около 70 единиц было развернуто с 2001 года, около 90% из них использовалось в цехах компаний-производителей автомобилей и их поставщиков. В число промышленных пользователей входят Lear (Великобритания) , Unidrive, GM Holden, Air International и QTB Automotive (Австралия). Установки были сданы в аренду австралийским компаниям, таким как Rheem, Dux и OneSteel, для оценки сварки и улучшения процессов.
Программа WeldPrint получила награду Brother Business Software of the Year (2001); в 2003 году эта технология была удостоена первой австралийской премии Питера Доэрти за инновации в размере 100 000 австралийских долларов ; [26] [27] и WTi, дочерняя компания Сиднейского университета, получила Сертификат достижений AusIndustry в знак признания разработки. [ необходима цитата ]
SIP открыл возможности для исследователей использовать его в качестве инструмента измерения как в сварке [28], так и в смежных дисциплинах, таких как строительная инженерия. [29] Возможности исследования открылись в применении биомониторинга внешних ЭЭГ , где SIP предлагает преимущества в интерпретации сложных сигналов [30]
Сопоставление сварных швов
Картирование сварных швов - это процесс присвоения информации о ремонте сварного шва или стыке, чтобы упростить идентификацию процессов сварки, производства (сварщики, их квалификация, дата сварки), качества (визуальный осмотр, неразрушающий контроль, стандарты и спецификации) и прослеживаемости (отслеживание сварные соединения и отливки, происхождение сварочных материалов). Картирование сварного шва также должно включать графическую идентификацию, чтобы обозначить номер сварного шва на производственном чертеже или ремонте отливки. Военная, ядерная и коммерческая отрасли промышленности обладают уникальными стандартами качества (например, ISO , CEN , ASME , ASTM , AWS , NAVSEA ), которые определяют процедуры и спецификации сварных швов, как в металлическом литье, в котором дефекты удаляются и заполняются с помощью GTAW (TIG). сварка) или SMAW (сварка штучной сваркой), или изготовление сварных соединений, которые в основном включают GMAW (сварка MIG).
Смотрите также
- Сварочный дефект
- Робот-сварка
- Управление безопасности трубопроводов и опасных материалов
Рекомендации
- ^ http://www.esabna.com/us/en/education/knowledge/weldinginspection/Destructive-Testing-of-Welds.cfm Разрушающее испытание сварных швов, проводимое ESAB [ ненадежный источник? ]
- ^ а б в г http://www.angelfire.com/my/welding/test.html [ ненадежный источник? ]
- ^ Объяснение промышленной радиографии https://www.epa.gov/radtown/industrial-radiography
- ^ http://www.clemex.com/pdf/reports/WeldingAnalysis692.pdf Анализ сварки - отчет об анализе изображения № 692, Clemex Technologies Inc. [ ненадежный источник? ]
- ^ a b c http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/109/2/j92den.pdf Анализ точечных сварных швов с помощью 2D ультразвуковых массивов Журнал исследований Национального института стандартов и технологий Том 109, номер 2, март –Апрель 2004 г. А. А. Денисов, С. М. Шакарджи, Б. Б. Лофорфд, Р. Гр. Маев Дж. М. Пай
- ↑ On-Site Ultrasonics, Marc-Antoine Blanchet, Quality Magazine, апрель 2012 г., страницы 6-7 (раздел NDT)
- Перейти ↑ Sun, AS (2001). «Частотно-временной анализ сигнатуры лазерной сварки». Труды SPIE . 4474 . п. 103. DOI : 10,1117 / 12,448639 . «Надежные методы мониторинга необходимы для поддержания высокого уровня контроля качества при лазерной сварке. В промышленных процессах системы мониторинга позволяют быстро принимать решения о качестве сварного шва, обеспечивая высокую производительность и снижая общие затраты из-за брака».
- ^ https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-39-21-6217 Автоматическая лазерная сварка и фрезерование с inline-когерентной визуализацией на месте. Авторы: PJL Webster, LG Wright, Y. Ji, CM Galbraith , А. В. Кинросс, К. Ван Влак и Дж. М. Фрейзер
- ^ http://www.ansys.net/ansys/papers/ARTICLE1.pdf Переходный термический анализ электродов для точечной сварки, выполненный К.С. Йунгом и П.Х. Тортоном, Дополнение к журналу сварки , Американское общество сварки и Совет по исследованиямв области сварки ,январь 1999 г.
- ↑ Simpson SW и Gillespie P (1998) «Текущий мониторинг сварочных процессов - коммерческий успех», Australasian Welding Journal , 43 , 16-17
- ^ Simpson SW, Измерение качества сварки, WIPO PCT WO9845078 (1998); US 6288364 (2001); Австралия 741965 (2002); Европа (14 стран) 1007263 (2003 г.); Канада 2285561 (2004); Южная Корея 0503778 (2005)
- ^ Simpson SW, Оценка сварки, WIPO PCT WO0143910 (2001); Австралия 763689, США 6660965 (2003); Канада 2393773 (2005); PA: Япония, 2001-545030 (2001); Китай 00817251.X, Южная Корея 2002-7007624, Индия IN / PCT / 2002/00740 2002), Бразилия PI0016401-1, EU 00984649.4 (2002)
- ^ Simpson SW (2007) «Сигнатурные изображения для обнаружения дефектов дуговой сварки», Science & Technology of Welding and Joining , 12 (6) , 481–86
- ^ a b Simpson, SW (2007) "Статистика сигнатурных изображений для обнаружения дефектов дуговой сварки", Science & Technology of Welding and Joining , 12 (6) , 557–64
- ↑ Simpson SW (2008) «Идентификация неисправностей при дуговой сварке металлическим газом с помощью подписи изображений», Science & Technology of Welding and Joining , 13 (1) , 87–96
- ^ Simpson SW, "Статистика сигнатурных изображений для обнаружения дефектов дуговой сварки", Science & Technology of Welding and Joining , 12 (6) , 557–64, 2007
- ^ Simpson SW (2008) «Стабильность изображения подписи и перенос металла при дуговой сварке металлическим электродом в газе», Наука и технология сварки и соединения , 13 (2) , 176–83
- ^ Simpson SW (2009) "Автоматизированное обнаружение неисправности в газовой дуговой сварки металла с фирменными изображениями", Australasian Welding Journal - Welding Research Supplement , 54 , 41-47
- ↑ Simpson SW (2008) «Сквозное зондирование дуги при газовой дуговой сварке с использованием изображений подписи», Science & Technology of Welding and Joining , 13 (1) , 80–86
- ^ Австралийская выставка технологий - Инновации в сварочных технологиях
- ^ Мацубар Т, Terasaki Н, Отсука Н и Komizo Y (2010) «Разработка методы сварки мониторингарежиме реального времени» (бумага RAJU-VE1), Труды визуальный_режима JW2010
- ^ «Как настроить сварщика тигля» .
- ^ «Холден заказывает отмеченную наградами технологию сварки методом оттиска», Techwatch , Price Waterhouse Coopers, 12 (6) , 2002,
- ^ «Холден покупает отмеченную наградами технологию сварки с оттиском», Australian Technology Showcase http://www.techshowcase.nsw.gov.au/ Новости и события (2002)
- ^ «Университетский прибор для проверки сварных швов, который будет использовать Холден», Австралийский журнал инноваций , 3–5 / 02 , 29
- ^ "Яркие искры объединяют усилия, чтобы получить Приз Доэрти", Австралийская (национальная газета) - Приложение к высшему образованию , 2 апреля 2003 г.
- ^ * «Weldprint Wins Award» . Инновации . Радио Австралии . 11 мая 2003 . Проверено 19 января 2011 года .
- ↑ Nguyen NT, Mai YW, Simpson SW и Ohta A (2004) «Аналитическое приближенное решение для источника тепла с двойным эллипсоидом в конечной толстой пластине», Welding J , 83 , 82s
- ^ The LH и Hancock GJ (2005) "Прочность сварных соединений листовой стали G450", J Struct Eng , 131 , 1561
- ^ "Технология автомобильного завода имеет медицинский дополнительный доход", UniNews , USyd, 34 (1) , 1 (2002)
дальнейшее чтение
- ISO 3834-1: «Требования к качеству сварки плавлением металлических материалов. Критерии выбора соответствующего уровня требований к качеству» 2005 г.)
- ISO 3834-2: «Требования к качеству сварки плавлением металлических материалов. Всеобъемлющие требования к качеству» (2005 г.)
- ISO 3834-3: «Требования к качеству сварки плавлением металлических материалов. Стандартные требования к качеству» (2005 г.)
- ISO 3834-4: «Требования к качеству сварки плавлением металлических материалов. Элементарные требования к качеству» (2005 г.)
- ISO 3834-5: «Требования к качеству сварки плавлением металлических материалов. Документы, с которыми необходимо подтверждать соответствие требованиям качества ISO 3834-2, ISO 3834-3 или ISO 3834-4»
- ISO / TR 3834-6: «Требования к качеству сварки плавлением металлических материалов. Руководство по внедрению ISO 3834» (2007 г.)