Оборудование и инжиниринг в сфере неразрушающего контроля и испытаний
Контроль температуры в процессе автоматической сварки
Замена ручной сварки роботизированной является одной из тенденций современною промышленного производства. Качество сварных соединений при автоматизированном процессе зависит от того, как роботы адаптируются к изменениям параметров свариваемых материалов, сварочной аппаратуры и геометрической конфигурации процесса сварки. Флуктуации многих параметров считаются случайными, поэтому контроль в реальном времени и активное воздействие на процесс сварки может повысить качество сварных швов. Термин "активный" применительно к таким системам означает либо управление параметром сварки, либо подсветку с помощью искусственного источника, например лазера. Пассивные устройства могут работать либо по отражению, либо по собственному излучению материалов в зоне сварки.
Многие из активных оптических устройств чувствительны к профилю поверхности свариваемых материалов впереди сварочной ванны; их эффективность ограничена определенной временной задержкой между моментом контроля и моментом сварки. Этого недостатка лишены пассивные пирометрические системы, которые измеряют температуру в зоне сварочной ванны. Геометрическая форма сварочной ванны, абсолютные значения температуры и степень симметрии температуры непосредственно связаны с параметрами влияющими на качество сварки, а именно с позиционированием сварочного узла.
Возможности устройств видимого и ближнего ИК диапазона ограничены измерением температуры самой ванны и близлежащих участков, а также наличием сильной помехи со стороны сварочной дуги, имеющей температуру от 10000 до 15000 К; поэтому разработаны устройства контроля более низких температур свариваемых материалов, работающие в средневолновом ИК-диапазоне Численный анализ процесса сварки, показали, что сигналы управления процессом сварки могут быть получены на основе измерения температуры вдоль определенной линии, расположенной впереди зоны сварки перпендикулярно движению сварочной головки.
Этот вывод позволяет избежать использования дорогостоящих тепловизоров, ограничившись точечными или линейно-сканирующими пирометрами. Техническое исполнение таких пирометров чаще всего связано с использованием ИК-световодов, которые способны выдерживать воздействие агрессивной среды в зоне сварки и передавать ИК-излучение к фотоприемнику, расположенному на некотором расстоянии. В простых пирометрах измеряют температуру основного металла на фиксированном расстоянии впереди края сварочной ванны, что поставляет информацию о ширине ванны и, косвенно, о глубине проплавления.
Наиболее эффективны сканирующие системы с дискретным измерением температуры. Длина световода в этом случае достигает 5 м, причем сканирование осуществляют путем разделения оптоволоконного пучка на отдельные волокна, каждое из которых визирует определенную точку на линии сканирования. При этом наилучшая отстройка от помех имеет место, когда пирометрический датчик, будучи размещенным в одном корпусе со сварочной головкой, визирует поверхность по нормали
Оптимально на наш взгляд использование одновременно 8 фотоприемников (спектральный диапазон 2-2,5 мкм, уровень измеряемых температур около +500 °С), что обеспечит скорость сканирования до 50 строк в секунду при пространственном разрешении 1 мм.
(статья написана на основании данных опубликованных в справочники «Неразрушающий контроль» под общей редакцией В.В. Клюева)