Спосіб контролю якості з’єднань в процесі лазерного мікрозварювання термопар

Винахід відноситься до області контролю якості виробів, а саме, якості з'єднань при лазерній зварці робочих контактів ("гарячих" спаїв) термопар із тугоплавких матеріалів. Найбільш близьким по технічній суті до заявленого способу є спосіб контролю я кості з'єднань "гарячого" спаю, при якому контролюють опір готової (звареної) термопари, а наявність дефектів визначають по різкому збільшенні (викиду) опору під час термоудару, або по розриву кола термопари при її руйнуванні в момент термоудару. Недоліком вказаного способу є низькі технікоекономічні і метрологічні показники. Це випливає з того, що контрольна операція є додатковою, рознесеної в часі, стосовно технологічного процесу зварки термопари, вимагає обладнання для імітації термоудару. Крім того, динаміка зміни (осциляція) електроопору для термопар із тугоплавких матеріалів не може бути строго ідентифікована з дійсною дефектністю з'єднання. У цьому способі контролю допускається тільки один рівень бракування за ознакою "так-ні", який не дозволяє провести за результатами контролю строгий аналіз технології зварки робочого контакту ("гарячого" спаю) термопари. Задача винаходу - покращення комплексу показників контролю якості, а саме дешевизни, масовості (100% неруйнівних випробувань), однозначність результату, багаторівневість, корекція параметрів технологічного режиму зварки за результатами контрольних операцій. Суть винаходу полягає в тому, що робочі кінці термоелектродів, зібрані в скрутку з зазором, зварюють лазерним випромінюванням з одночасним вимірюванням величини ефективної термо-ЕРС, що генерується з зони розплаву за цикл імпульсивної дії випромінювання на матеріал термоелектродів, і порівнюють цю величину з базовими величинами ефективних термо-ЕРС допускового, приймального, або бракувального рівнів і розрахунковою величиною функціонального зв'язку ефективної термо-ЕРС І іехнологічних параметрів режиму лазерної мікрозварки. На фіг.1 дається функціональна схема пристрою для реалізації заявленого способу; на фіг.2 приведений графік залежності критерію працездатності виробу від ефективної термо-ЕРС із зонами багаторівневого контролю. Приклад конкретного виконання. Зібрані в скрутку з зазором термоелектроди А і Б укладають під джерелом лазерного випромінювання Дж. Система контролю складається з вимірчого посилювача 1, інтегруючого пристрою 2, блоку порівняння 3, блоку базових величин ефективних та розрахункових термо-ЕРС 4, блоку індикації 5, та пристрою запуску блоку порівняння 6. При опроміненні скрутки з зазором робочих кінців термоелектродів, внаслідок термоелектричних ефектів в зоні нагріву генерується миттєва термо-ЕРС, яка подається на вхід вимірчого посилювача, інтегрується за весь цикл тривання лазерного імпульсу інтегруючим пристроєм в ефективну величину згідно формули одержане ефективне значення подається на один вхід блоку порівняння, на другий вхід якого подається набір базових і розрахункових значень ефективних термо-ЕРС, результати порівняння виводяться на блок індикації. Пристрій запуску блоку порівняння 6 підключає блок базових величин ефективних та розрахункових термо-ЕРС до блоку порівняння 3 в момент подачі імпульсу випромінювання в зону зварювання. Оскільки значення ефективної термо-ЕРС однозначно визначає величину критерію працездатності виробу, функціональна залежність між ними може бути вираженою поліномом виду: графічна інтерпретація якого показана на фіг.2. Наявність трьох зон значень працездатності дозволяє оцінити якість за трирівневим контролем; допуск, приймання, брак. Наявність функціонального зв'язку термо-ЕРС параметри режиму лазерного зварювання дає можливість оцінити відтворюваність і точність підтримання технологічного режиму процесу зварювання. Як критерій працездатності виробу прийнято відношення ефективного значення електричного опору звареного взірця одержаного за цикл випробування зварного гарячого спаю термопари на зкручування до повного руйнування, до ефективного значення електричного опору середнього для окремих термоелектродів, при такому ж випробуванні, тобто Область зміни Таким чином, можна довести, що ефективні значення електричних опорів достатньо повно характеризують як електричні, так і механічні властивості зони зварювання. Відомо, що об'єм розплавленого в процесі зварювання матеріалу визначає рівень гальванічного зв'язку (чим більший переріз розплавленої зони, тим менший її перехідний електричний опір де питомий електричний опір матеріалу, та відповідно довжина та площа поперечного перерізу розплавленої зони). З другого боку, застосовані випробування на зкручування характеризуються тотожністю напруженого стану по всій довжині звареної термопари і незмінністю напруженого стану і при цьому дотичні напруження в поперечному перерізі можуть бути представлені так де умовний діаметр розплавленої зони; - крутний момент; - питомий кут закручування. Виходячи із навантаження при випробуваннях, можна відзначити, що вони чутливі не тільки до дефектності розплавленої зони (мікропорожнини, малий переріз і т.п.), але і до дефектності (розшарування) в самих термоелектродах або в зонах термічного впливу, які прилягають до розплавленої зони. Відомо, що із збільшенням площі поперечного перерізу розплавленої зони дотичні напруження в площині кручення будуть меншими і з'єднання може витримати більші крутні цикли. Однак, слід врахувати практично необхідну і достатню величину а отже, і рівень Особливістю лазерного зварювання проводів без присадкового матеріалу є те, що де - площа поперечного перерізу проводів. Це пов'язано як з локальним розплавленням термоелектродів, так і з виносом розплавленого матеріалу в газову фазу (випаровування) та виплесками. Робочі перерізи зварних виробів достатні, якщо вони складають 40 - 60% від площі поперечного перерізу основного металу. Практичні дослідження функціоналу для термопар із вольфрамренієвих термоелектродів ВР 5 і ВР 20 показали, що залежність (1) може бути подана у вигляді із коефіцієнтом множинної кореляції із графіка (фіг.2) випливає, що функціональні залежності на ділянках зростання і спаду можуть бути лінійно-кусково апроксимовані Таким чином, можна виділити бракувальний (частина висхідної і нисхідної гілок), допусковий (верхні частини висхідної і нисхідної гілок) та приймальний (горизонтальна площадка, рівні якості зварного з'єднання. Якщо має яскраво виражений мінімальний характер, то є лінійно зростаючою величиною. її поведінка прямо характеризує процеси, що відбуваються в зоні зварювання, із зростанням густини енергії випромінювання в точці нагріву зростає концентрація тепла в зазорі скрутки, інтенсифікуються процеси плавлення і наростає маса розплаву в зазорі скрутки. Це відповідає ростові При збільшенні енергії випромінювання зростає і частка матеріалу, що виноситься із розплаву в газову фазу подальший ріст енергії випромінювання порушує рівновагу і маса розплаву різко зменшується через виноси у вигляді виплесків та насичення газової фази. Результуюче значення поперечного перерізу розплавленої зони зменшується і, відповідно, зменшується величина Оскільки, як показано вище, однозначно залежить від густини енергії випромінювання, то термо-ЕРС стає функціонально зв'язаною з двома основними технологічними параметрами процесу зварювання - напругою зарядки накопичувана (що еквівалентна енергії випромінювання) і фокусною віддаллю (що еквівалентна площі опромінення). Для конкретного випадку зварювання термопар із вольфрамренієвих термоелектродів ВР 5 і ВР 20 ця залежність приймає вид: Отже, співставляючи одержані при зварюванні значення із розрахованими, можна оцінювати варіацію технологічних параметрів режиму зварювання. Оскільки замір відбувається в процесі зварювання, то часові затрати на контроль прямо включаються в цикл зварювання виробу. Крім того, вимірюється для кожного зварного з'єднання, чим досягається 100% неруйнівний контроль всієї партії виробів. Отже, високі техніко-економічні показники контролю, суміщеного в один цикл із зваркою, дають можливість досягти неперервного контролю за відтворюваністю процесу від зварки до зварки.