RU2006025C1

RU2006025C1 - Eddy current method of inspection of quality of welds and device for its implementation

Info

Publication number: RU2006025C1
Application number: SU904888993A
Authority: RU
Inventors: Е.Н. Дерун; П.О. Сердюк
Original assignee: Дерун Евгений Николаевич; Сердюк Павел Олегович
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: nondestructive testing of articles. SUBSTANCE: increased reliability of inspection is achieved thanks to fixing of phases of voltages introduced into eddy current converter under resonance mode of its inter action with weld. These values of phases are identified with the use of computer with magnitudes obtained in advance by standard samples with different quality of welding. EFFECT: increased reliability of inspection. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано в авиационной, машиностроительной и судостроительной отраслях промышленности для дефектоскопии сварных соединений из немагнитных металлов и их сплавов. The invention relates to non-destructive testing and can be used in the aviation, engineering and shipbuilding industries for defectoscopy of welded joints of non-magnetic metals and their alloys.

Известен способ контроля качества сварных соединений, заключающийся в том, что вихретоковый преобразователь (ВТП), включенный в колебательный контур и питаемый гармоническим напряжением переменной частоты, приводят в электромагнитное взаимодействие с контролируемым объектом, измеряют частоту и амплитуду напряжения на контуре при резонансном режиме его работы и по измеренным величинам с помощью логических операций И и ИЛИ распознают амплитудно-частотные характеристики, однозначно определяющие различное качество сварки [1 и 2] . There is a method of controlling the quality of welded joints, which consists in the fact that the eddy current transducer (ETC), included in the oscillating circuit and fed by a harmonic voltage of variable frequency, is brought into electromagnetic interaction with the controlled object, the frequency and amplitude of the voltage across the circuit are measured during its resonant operation and the measured values using logical operations AND and OR recognize the amplitude-frequency characteristics that uniquely determine the different quality of welding [1 and 2].

Известно устройство для контроля качества сварных соединений, реализующее способ и содержащее генератор качающейся частоты, колебательный контур с ВТП, подключенный к выходу генератора, каналы измерения амплитуды и частоты, подключенные к колебательному контуру, преобразователя аналог-код и блок логической обработки сигналов, подключенный входами к выходам каналов измерения амплитуды и частоты через соответствующие преобразователи аналог-код [2] . A device is known for controlling the quality of welded joints, which implements a method and comprising a oscillating frequency generator, an oscillatory circuit with an ECP connected to the output of the generator, amplitude and frequency measurement channels connected to the oscillatory circuit, an analog-code converter and a signal processing unit connected by inputs to the outputs of the channels for measuring the amplitude and frequency through the corresponding analog-code converters [2].

Недостатком известного способа и устройства его осуществления является невысокая достоверность определения качества сварки. Это обусловлено амплитудной нестабильностью генератора качающейся частоты и разбросами электрофизических и геометрических параметров (удельной электрической проводимости и толщины) свариваемых деталей, а также параметров, характеризующих качество сварки (размер литой зоны, глубина проплавления деталей, дефекты различных видов). The disadvantage of this method and device for its implementation is the low reliability of determining the quality of welding. This is due to the amplitude instability of the oscillating frequency generator and the scatter of electrophysical and geometrical parameters (electrical conductivity and thickness) of the parts being welded, as well as parameters characterizing the quality of welding (cast zone size, penetration depth of parts, defects of various kinds).

Вследствие этого амплитудно-частотные характеристики из линий вырождаются в полосы. Кроме того, в процессе проведения контроля ВТП, как правило, может устанавливаться на поверхность объекта контроля с любым значением зазора выбранного диапазона. Все это приводит к тому, что в процессе контроля можно получить такие значения амплитуды и частоты, на которые не настроен ни один из логических элементов И и ИЛИ, что снижает достоверность контроля. As a result, the amplitude-frequency characteristics of the lines degenerate into bands. In addition, in the process of monitoring the ECP, as a rule, can be installed on the surface of the control object with any gap value of the selected range. All this leads to the fact that in the control process it is possible to obtain such values of amplitude and frequency that not one of the logical elements AND and OR is configured, which reduces the reliability of the control.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля. The purpose of the invention is to increase the reliability of control.

Это достигается тем, что согласно вихретоковому способу контроля качества сварных соединений, заключающемуся в том, что ВТП, включенный в колебательный контур и питаемый гармоническим напряжением переменной частоты, приводят в электромагнитное взаимодействие с контролируемым объектом, измеряют частоту и амплитуду напряжения на контуре при резонансном режиме его работы и качество сварного соединения определяют по измеренным величинам, снимают с помощью контрольных образцов фазово-частотные характеристики сварных соединений разного качества в выбранном диапазоне изменения зазора, определяют по данным статистических измерений на контрольных образцах допустимые диапазоны изменения фазы и частоты выходного напряжения колебательного контура от допустимых диапазонов разброса параметров, характеризующих качество сварки, электрофизических и геометрических параметров свариваемых деталей в выбранном диапазоне изменения зазора, измеряют фазы вносимых напряжений колебательного контура и качество сварки регламентируют по измеренным частотам и фазам. This is achieved by the fact that according to the eddy current method for controlling the quality of welded joints, which consists in the fact that the ECP, included in the oscillating circuit and fed by a harmonic voltage of variable frequency, is brought into electromagnetic interaction with the controlled object, measure the frequency and amplitude of the voltage on the circuit in the resonant mode work and the quality of the welded joint is determined by the measured values, phase-frequency characteristics of welded joints of different quality in the selected range of variation of the gap, determine, according to statistical measurements on the control samples, the permissible ranges of phase and frequency of the output voltage of the oscillatory circuit from the acceptable ranges of variation of parameters characterizing the quality of welding, electrophysical and geometric parameters of the welded parts in the selected range of variation of the gap, measure the phase voltage of the oscillatory circuit and the quality of welding is regulated by the measured frequencies and phases.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - фазово-частотные характеристики колебательного контура с ВТП при контроле сварных соединений разного качества с учетом допустимых диапазонов разброса параметров, характеризующих качество сварки, и электрофизических и геометрических параметров соединяемых деталей; на фиг. 2 - участок фазово-частотной характеристики при контроле сварного соединения. In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in FIG. 2 - phase-frequency characteristics of the oscillatory circuit with the ECP when controlling welded joints of different quality, taking into account the permissible ranges of variation of the parameters characterizing the quality of welding, and the electrophysical and geometric parameters of the parts being joined; in FIG. 2 - plot phase-frequency characteristics when controlling the welded joint.

Устройство состоит из управляемого функционального генератора 1, колебательного контура 2 с заключенным в него вихретоковым преобразователем (ВТА) 3, экстрематора 4, частотомера 5, канала 6 измерения фазы, двух преобразователей аналог-код 7 и 8 и вычислительного блока 9. The device consists of a controlled functional generator 1, an oscillatory circuit 2 with an enclosed eddy current transducer (BTA) 3, an extremator 4, a frequency counter 5, a channel 6 for measuring the phase, two analog-code converters 7 and 8, and a computing unit 9.

Выход генератора 1 присоединен к колебательному контуру 2, элементом которого является ВТП 3, сигнальному входу частотомера 5 и опорному входу канала измерения фазы 6. Колебательный контур 2 подключен к сигнальному входу канала измерения фазы 6 и входу экстрематора 4, выход которого соединен с управляющими входами частотомера 5 и вычислительного устройства 9. Выходы частотомера 5 и канала 6 присоединены к входам преобразователей аналог-код 7 и 8, выходы преобразователей 7 и 8 - к входам вычислительного блока 9. Управляющий выход вычислительного блока 9 соединен с управляющим входом генератора 1. The output of the generator 1 is connected to the oscillatory circuit 2, the element of which is VTP 3, the signal input of the frequency meter 5 and the reference input of the phase 6 measurement channel. The oscillation circuit 2 is connected to the signal input of the phase 6 measurement channel and the input of the extremator 4, the output of which is connected to the control inputs of the frequency meter 5 and computing device 9. The outputs of the frequency counter 5 and channel 6 are connected to the inputs of the analog-code converters 7 and 8, the outputs of the converters 7 and 8 are connected to the inputs of the computing unit 9. The control output of the computing eye 9 is connected to the control input of oscillator 1.

Колебательный контур 2, элементом которого является ВТП 3, питается от управляемого функционального генератора 1. Напряжение, снимаемое с колебательного контура 2, проступает на вход экстрематора 4 и сигнальный вход канала 6 измерения фазы. На опорный вход канала 6 измерения фазы подается напряжение с генератора 1. Выходное напряжение экстрематора 4 подается на управляющие входы частотомера 5 и вычислительного блока 9. На сигнальный вход частотомера 5 подается напряжение с выхода генератора 1. Выходное напряжение частотомера 5 поступает на вход одного преобразователя аналог-код 7. Выходное напряжение канала 6 подается на вход другого преобразователя аналог-код 8. Выходные цифровые коды преобразователей 7 и 8 поступают на входы блока 8. Управляющий сигнал, вырабатываемый вычислительным блоком 9, поступает на управляющий вход генератора 1. Oscillating circuit 2, the element of which is VTP 3, is powered by a controlled functional generator 1. The voltage taken from the oscillating circuit 2, flows through the input of the extremator 4 and the signal input of the channel 6 of the phase measurement. The voltage from the generator 1 is supplied to the reference input of the phase measuring channel 6. The output voltage of the extremator 4 is supplied to the control inputs of the frequency meter 5 and the computing unit 9. The voltage from the output of the generator 1 is supplied to the signal input of the frequency meter 5. The output voltage of the frequency meter 5 is input to the input of one converter -code 7. The output voltage of channel 6 is supplied to the input of another converter analog-code 8. The output digital codes of converters 7 and 8 are fed to the inputs of block 8. The control signal generated will calculate lnym unit 9 is supplied to the control input of oscillator 1.

Фазово-частотные характеристики колебательного контура с ВТП для сварных соединений различного качества следующие (см. фиг. 2). The phase-frequency characteristics of the oscillatory circuit with ECP for welded joints of various quality are as follows (see Fig. 2).

Фазово-частотные характеристики представляют собой полосы. Это объясняется тем, что измеряемые фаза и частота зависят от зазора между ВТП и поверхностью контролируемого объекта, различного качества сварки (нормальное соединение, соединение с заниженным размером литой зоны, соединение с дефектом типа "слипание" и т. п. ), разброса электрофизических и геометрических параметров (удельной электрической проводимости и толщины) свариваемых деталей, параметров, характеризующих качество сварки (размера литой зоны, глубины приплавления свариваемых деталей, различных размеров разных видов дефектов и т. п. ). The phase-frequency characteristics are bands. This is explained by the fact that the measured phase and frequency depend on the gap between the ECP and the surface of the controlled object, different welding qualities (normal connection, connection with an underestimated cast zone size, connection with a defect of the type “sticking”, etc.), the spread of electrophysical and geometrical parameters (electrical conductivity and thickness) of the parts to be welded, parameters characterizing the quality of the weld (size of the cast zone, the depth of weldment of the parts to be welded, various sizes of various types of defects, etc. )

Как известно, для каждого вида качества сварки ГОСТ устанавливает свои допустимые диапазоны разброса параметров, характеризующих качество сварки. ГОСТ также вводит допустимые разбросы по параметрам свариваемых деталей. As you know, for each type of welding quality, GOST sets its allowable ranges of variation in parameters characterizing the quality of welding. GOST also introduces permissible variations in the parameters of welded parts.

Из изложенного следует, что для обеспечения возможности однозначного распознавания различного качества сварки, кроме фазово-частотных характеристик, определяемых наборами фаз и частот, необходимо учитывать допустимые диапазоны изменения фазы и частоты от допустимых диапазонов разброса параметров, характеризующих качество сварки и свариваемых деталей. В связи с этим необходимо иметь контрольные образцы сварных соединений различного качества с допустимыми диапазонами разбросов параметров, характеризующих качество сварки и свариваемых деталей, с помощью которых на основе статистических измерений определяются фазово-частотные характеристики и допустимые диапазоны изменения фазы и частоты. Полученные данные вводятся в вычислительный блок 9. It follows from the foregoing that, in order to enable unambiguous recognition of various welding qualities, in addition to phase-frequency characteristics determined by sets of phases and frequencies, it is necessary to take into account the permissible ranges of phase and frequency changes from the permissible ranges of variation of parameters characterizing the quality of welding and the parts being welded. In this regard, it is necessary to have control samples of welded joints of various quality with acceptable ranges of variation of parameters characterizing the quality of welding and parts to be welded, with which phase-frequency characteristics and allowable ranges of phase and frequency changes are determined on the basis of statistical measurements. The data obtained are entered into the computing unit 9.

С учетом изложенного устройство работает следующим образом
ВТП 3 устанавливают на сварное соединение. В зависимости от качества сварки изменяются параметры преобразователя: его активное сопротивление и индуктивность. Вследствие этого изменяются собственная резонансная частота колебательного контура 2 и фаза выходного напряжения. В начальный момент измерений управляемый функциональный генератор 1 вырабатывает напряжение строго определенной частоты. На этой частоте каналом 6 измерения фазы всегда производится измерение фазы выходного напряжения колебательного контура 2. По окончании процесса измерения фазы и преобразования ее в цифровой код с помощью преобразователя 8 и записи этого кода в вычислительном блоке 9 последнее вырабатывает управляющий сигнал, который запускает генератор 1 на режим качания частоты. Это качание частоты происходит до наступления резонанса. В этот момент экстрематор 4 вырабатывает управляющий сигнал, который запускает частотомер 5 на измерение частоты генератора 1 и через вычислительный блок 9 переключает генератор 1 на режим генерации резонансного значения частоты. Резонансная частота измеряется частотомером 5 и после преобразования ее в цифровой код с помощью преобразователя 7 вводится в вычислительный блок 9.In view of the above, the device operates as follows
ECP 3 is installed on a welded joint. Depending on the quality of welding, the parameters of the converter change: its active resistance and inductance. As a result of this, the natural resonance frequency of the oscillatory circuit 2 and the phase of the output voltage are changed. At the initial moment of measurement, the controlled functional generator 1 generates a voltage of a strictly defined frequency. At this frequency, the phase measurement channel 6 always measures the phase of the output voltage of the oscillating circuit 2. At the end of the phase measurement process and converting it into a digital code using the converter 8 and writing this code to the computing unit 9, the latter generates a control signal that runs the generator 1 on frequency sweep mode. This frequency sweep occurs before resonance. At this moment, the extremator 4 generates a control signal that starts the frequency counter 5 to measure the frequency of the generator 1 and through the computing unit 9 switches the generator 1 to the mode of generating a resonant frequency value. The resonant frequency is measured by the frequency counter 5 and after converting it to a digital code using the Converter 7 is entered into the computing unit 9.

Измеренные значения фазы и частоты и введенные заранее их значения подвергают обработке в вычислительном блоке 9. С помощью вычислительного блока 9 определяется принадлежность измеренного значения частоты и фазы сварному соединению с известным качеством сварки в выбранном диапазоне изменения зазора. The measured phase and frequency values and their predefined values are processed in the computing unit 9. Using the computing unit 9, the measured frequency and phase values belong to a welded joint with a known welding quality in the selected range of the gap.

Таким образом, благодаря тому, что в предлагаемом способе и устройстве его осуществления распознавание фазово-частотной характеристики, однозначно определяющей качество сварки, производится с учетом допустимых диапазонов разброса параметров качества сварки и свариваемых деталей при любом значении зазора выбранного диапазона его изменения, а также вследствие замены измерения нестабильной амплитуды на измерение стабильной фазы, повышается достоверность контроля. (56) Авторское свидетельство СССР N 1478110, кл. G 01 N 27/90, 1988. Thus, due to the fact that in the proposed method and device for its implementation, the recognition of the phase-frequency characteristic that uniquely determines the quality of welding is made taking into account the acceptable ranges of variation in the parameters of the quality of welding and the parts being welded for any gap value of the selected range of its change, as well as due to replacement measuring unstable amplitude to measure the stable phase, increases the reliability of control. (56) Copyright certificate of the USSR N 1478110, cl. G 01 N 27/90, 1988.

Авторское свидетельство СССР N 1652893, кл. G 01 N 27/90, 1989. USSR author's certificate N 1652893, cl. G 01 N 27/90, 1989.

Claims

1. Eddy current method for controlling the quality of welded joints, which consists in the fact that the eddy current transducer is introduced into interaction with a controlled welded joint, in the resonant mode of operation of this transducer, the frequency of the supply voltage and the amplitude of the applied voltage are recorded, which determine the quality of welding, characterized in that, in order to increase the reliability of control, samples are made of materials with various electrophysical properties, they are welded of various quality, according to th fixed welded joints insertion phase voltages with preselected gaps between the transducer and the eddy current weld and the obtained values of phase tolerances regulate the frequency and phase that define weld quality.

2. Eddy current device for monitoring the quality of welded joints, containing a oscillating frequency generator, an oscillating circuit with an eddy current transducer connected to the generator output, two measuring channels connected to this circuit, one of which is made in the form of a series-connected extremator, frequency meter and analog-to-code converter , and a logical signal processing unit, connected by inputs to the indicated channels, characterized in that, in order to increase the reliability of control, the second measuring channel l is made in the form of a phase measurement channel connected by a signal input to the output of the oscillating circuit, a reference input to the output of the generator, and the logical signal processing unit is made in the form of a computing unit connected by a control output to the control input of the oscillating frequency generator.