Это полное руководство для всех, кто занимается контролем качества сварки. Оно охватывает такие темы, как основы инспекции сварных швов, принципы и правильное использование визуального контроля и неразрушающего контроля (MT/PT/RT/UT), типичные дефекты сварки и критерии их оценки, а также автоматизированный поточно-линейный контроль с использованием 3D-профилометров.
Руководство по инспекции сварных швов
Запросы об инспекции сварных швов
Что такое инспекция сварных швов?
В этом разделе приводится перекрестное сравнение различных методов контроля сварки на основе целевых объектов обнаружения, точности, скорости, стоимости и пригодности для автоматизации.
Определение и назначение инспекции сварных швов
Инспекция сварных швов — это ряд процессов, позволяющих подтвердить, соответствуют ли качество сварного шва требованиям проекта и стандартным критериям. Сварка считается «специальным процессом», и поскольку ее качество нельзя полностью оценить только по внешнему виду после завершения, качество обеспечивается путем комбинации нескольких методов контроля для каждого процесса.
Существует три основные цели инспекции сварных швов. Во-первых, обеспечение прочности, долговечности и безопасности конструкции. Во-вторых, обеспечение раннего обнаружения дефектов продукции и минимизация затрат на переделку. В-третьих, обеспечение прослеживаемости и накопление записей о качестве.
Инспекция сварных швов лежит в основе качества во всех отраслях обрабатывающей промышленности, включая автомобилестроение, производство металлоконструкций, сосудов под давлением, судостроение, монтаж технологических трубопроводов и производство электронных компонентов. В последние годы нехватка инспекторов и более жесткие требования к качеству привели к расширению использования 3D-профилометров и камер для автоматизации контроля сварных швов.
Четыре этапа инспекции сварных швов
Инспекция сварных швов выполняется на четырех этапах: перед сваркой, в процессе изготовления, после завершения и во время эксплуатации. Элементы, подлежащие контролю, и применимые методы контроля различаются на каждом этапе.
- 1 Предварительный контроль сварки — включает подтверждение основного материала, измерение формы разделки кромок, размеров и угла, а также проверку поверхности на наличие ржавчины, масел и грязи. Он также включает подтверждение пригодности сварочных материалов (стержней и проволоки) и температуры предварительного подогрева.
- 2 Контроль сварки в процессе производства — проверка состояния провара на первом слое (корневой проход). После удаления шлака проверьте каждый проход на предмет его формы, трещин, непроваров и шлаковых включений. Управление межслойной температурой также имеет важное значение.
- 3 Контроль после сварки — проверка формы валика, подреза, пор и формы усиления путем визуального контроля. При необходимости внутренние дефекты обнаруживаются с помощью RT и UT. Длина катета и толщина углового шва измеряются с помощью измерений размеров.
- 4 Эксплуатационный контроль — периодический контроль на наличие усталостных трещин, коррозионного растрескивания под напряжением и ползучести в процессе использования конструкции. Это проводится как обязательный регламентный контроль для заводов, мостов, сосудов под давлением и т. д.
Типы и особенности инспекции сварных швов
Инспекция сварных швов делится в целом на «визуальный контроль (поверхностный)» и «неразрушающий контроль (внутренний)». В этом разделе объясняются принципы, объекты обнаружения, преимущества и примечания для каждого метода.
Визуальный контроль (VT) — Поверхностный
Это самый базовый метод инспекции сварных швов. Инспектор использует невооруженный глаз, увеличительное стекло или контрольный шаблон для оценки внешнего вида валика сварного шва (формы, размеров и поверхностных дефектов). Это отправная точка для всех инспекций сварных швов, и она выполняется на всех этапах.
- Преимущества: не требуется специального оборудования, низкая стоимость, широкий спектр применения
- Примечание: зависит от квалификации инспектора, отсутствие количественной оценки, невозможность обнаружения внутренних дефектов
3D Автоматизированный визуальный контроль — Поверхностный
3D-профилометр (такой как серии LJ-X8000 или LJ-S8000) быстро захватывает форму поперечного сечения валика сварного шва и автоматически измеряет длину катета, толщину углового шва, высоту усиления, ширину валика и т. д. Он выполняет оценку «Годно/Брак» (OK/NG) на основе числовых критериев, исключая субъективность визуального контроля. В сочетании с роботом-манипулятором возможен 100% поточный контроль.
- Преимущества: количественная оценка, 100% контроль, прослеживаемость, высокая скорость и высокая точность
- Примечание: внутренние дефекты не могут быть обнаружены (требуется совместное использование с UT/RT)
Магнитопорошковый контроль (MT) — Поверхностный
Этот метод заключается в намагничивании ферромагнитного материала (например, стали) и обнаружении трещин на поверхности и непосредственно под ней путем притяжения к ним магнитных частиц. Использование флуоресцентных магнитных частиц позволяет визуализировать мелкие трещины в темноте, обеспечивая высокую чувствительность обнаружения.
- Преимущества: высокая чувствительность к трещинам на поверхности и непосредственно под ней, оценка в реальном времени
- Примечание: применим только к ферромагнитным материалам, невозможно определить глубину трещин, требуется размагничивание
Капиллярный контроль (PT) — Поверхностный
На поверхность наносится обладающая высокой проникающей способностью цветная (или флуоресцентная) жидкость, которая проникает в трещины за счет капиллярного эффекта. После удаления излишков жидкости пенетрант вытягивается на поверхность, визуализируя поверхностные трещины и микропоры. Он применим независимо от материала.
- Преимущества: применим практически ко всем материалам, простое оборудование
- Примечание: только для поверхностных дефектов; сушка и очистка требуют времени
Радиографический контроль (RT) — Внутренний
Рентгеновские или гамма-лучи излучаются на сварной шов, а разница в пропускании записывается на пленку (или цифровой детектор) для обнаружения внутренних дефектов. Он обладает высокой способностью обнаружения объемных дефектов, таких как газовые раковины и шлаковые включения, и предлагает отличную способность документирования.
- Преимущества: высокая чувствительность к внутренним объемным дефектам, объективность благодаря пленочной записи
- Примечание: требует управления радиационной безопасностью, плохое обнаружение плоских дефектов (трещин) и трудоемкий процесс получения изображений/проявления.
Ультразвуковой контроль (UT) — Внутренний
Ультразвуковые импульсы направляются в сварной шов, и эхо-сигналы (отраженные волны) от внутренних дефектов или нижней поверхности обнаруживаются для оценки наличия, расположения и размера дефектов. Он обладает высокой способностью обнаружения плоских дефектов, таких как трещины и непровары, и является очень безопасным, так как не использует радиацию.
- Преимущества: высокая чувствительность к плоским дефектам, безопасность из-за отсутствия использования радиации и применимость к толстым листам.
- Недостатки: плохое обнаружение сферических дефектов, зависимость от квалификации инспектора и худшая документируемость по сравнению с RT.
Типичные дефекты, подлежащие обнаружению при инспекции сварных швов
В этом разделе описаны типичные дефекты, которые могут возникать в сварных швах, их причины и эффективные методы контроля для их обнаружения.
Подрез — Поверхностный
Углубление канавочной формы, оплавленное в основной металл у края валика сварного шва. Вызывается чрезмерным сварочным током или скоростью. Оно становится источником концентрации напряжений и снижает усталостную прочность. Глубина и длина могут быть количественно измерены с помощью 3D-профилометра.
Наплыв — Поверхностный
Состояние, при котором металл шва перекрывает основной металл у края валика без сплавления. Возникает из-за недостаточного подвода тепла или чрезмерно низкой скорости сварки. Обнаруживается по углу края валика с помощью 3D-профилометра.
Ненадлежащее усиление шва – Поверхностный дефект
Состояние, при котором усиление является чрезмерным (концентрация напряжений) или недостаточным (недостаточная прочность). Допустимый диапазон высоты усиления указан в стандартах, таких как JASS 6. Высота может быть автоматически измерена для оценки «Годен/Не годен» с помощью профилометра.
Недостаточная длина катета – Поверхностный дефект
Состояние при тавровой сварке, когда длина катета ниже проектного значения. Прямая причина недостаточной прочности соединения. Обе длины катетов могут быть автоматически измерены для контроля допусков с помощью профилометра.
Поры/Свищи – Поверхностный/Внутренний дефект
Сферические полости, образованные газом, захваченным в металле шва во время затвердевания. Дефекты, выходящие на поверхность, могут быть обнаружены с помощью 3D-профилометра. Внутренние дефекты обнаруживаются методами радиографического (RT) или ультразвукового (UT) контроля.
Трещины в сварном шве – Поверхностный/Внутренний дефект
Включают горячие трещины во время затвердевания и холодные трещины после охлаждения. Один из самых опасных дефектов. Трещины, выходящие на поверхность, обнаруживаются 3D-профилометром или методом магнитопорошковой дефектоскопии (MT), в то время как UT эффективен для внутренних трещин.
Несплавление – Внутренний дефект
Состояние, при котором металл шва и основной материал или слои шва недостаточно сплавлены. UT является наиболее эффективным методом обнаружения. Обнаружение с помощью RT затруднено в зависимости от направления.
Непровар – Внутренний дефект
Неполное проплавление в корне шва. Обнаруживается методами UT/RT. Основными причинами являются недостаточный сварочный ток и плохая подготовка кромок.
Шлаковые включения – Внутренний дефект
Состояние, при котором шлак остается внутри металла шва. Высокая скорость обнаружения при использовании RT. Вызвано недостаточной межслойной очисткой при многослойной сварке.
Сравнение методов контроля сварных швов
В этом разделе приведено перекрестное сравнение различных методов контроля сварных швов на основе объектов обнаружения, точности, скорости, стоимости и пригодности для автоматизации.
Обнаружение поверхностных дефектов
3D-автоматизированный визуальный контроль (профилометр)
Отлично
Визуальный контроль (VT)
Отлично
Магнитопорошковая дефектоскопия (MT)
Отлично
Капиллярный контроль (PT)
Отлично
Радиографический контроль (RT)
Ограниченно
Ультразвуковой контроль (UT)
Ограниченно
Обнаружение внутренних дефектов
3D-автоматизированный визуальный контроль (профилометр)
Недоступно
Визуальный контроль (VT)
Недоступно
Магнитопорошковая дефектоскопия (MT)
Недоступно
Капиллярный контроль (PT)
Недоступно
Радиографический контроль (RT)
Отлично
Ультразвуковой контроль (UT)
Отлично
Количественное измерение размеров (длина катета, усиление и т. д.)
3D-автоматизированный визуальный контроль (профилометр)
Отлично - Автоматизированное измерение
Визуальный контроль (VT)
Ограниченно - Шаблон
Магнитопорошковая дефектоскопия (MT)
Недоступно
Капиллярный контроль (PT)
Недоступно
Радиографический контроль (RT)
Недоступно
Ультразвуковой контроль (UT)
Недоступно
Скорость контроля
3D-автоматизированный визуальный контроль (профилометр)
Отлично - Быстро
Визуальный контроль (VT)
Ограниченно
Магнитопорошковая дефектоскопия (MT)
Ограниченно
Капиллярный контроль (PT)
Недоступно - Медленно
Радиографический контроль (RT)
Недоступно - Медленно
Ультразвуковой контроль (UT)
Хорошо
Пригодность для поточной линии
3D-автоматизированный визуальный контроль (профилометр)
Отлично
Визуальный контроль (VT)
Недоступно
Магнитопорошковая дефектоскопия (MT)
Недоступно
Капиллярный контроль (PT)
Недоступно
Радиографический контроль (RT)
Недоступно
Ультразвуковой контроль (UT)
Ограниченно
100% контроль
3D-автоматизированный визуальный контроль (профилометр)
Отлично - 100%
Визуальный контроль (VT)
Недоступно - Выборочный контроль
Магнитопорошковая дефектоскопия (MT)
Недоступно - Выборочный контроль
Капиллярный контроль (PT)
Недоступно - Выборочный контроль
Радиографический контроль (RT)
Недоступно - Выборочный контроль
Ультразвуковой контроль (UT)
Ограниченно
Зависимость от инспектора
3D-автоматизированный визуальный контроль (профилометр)
Низкая (автоматизировано)
Визуальный контроль (VT)
Высокая
Магнитопорошковая дефектоскопия (MT)
Средняя
Капиллярный контроль (PT)
Средняя
Радиографический контроль (RT)
Средняя
Ультразвуковой контроль (UT)
Высокая
Прослеживаемость
3D-автоматизированный визуальный контроль (профилометр)
Отлично - Цифровая
Визуальный контроль (VT)
Ограниченно - Сложно записывать
Магнитопорошковая дефектоскопия (MT)
Ограниченно
Капиллярный контроль (PT)
Ограниченно
Радиографический контроль (RT)
Отлично - Пленка
Ультразвуковой контроль (UT)
Хорошо
Бремя управления безопасностью
3D-автоматизированный визуальный контроль (профилометр)
Не требуется
Визуальный контроль (VT)
Не требуется
Магнитопорошковая дефектоскопия (MT)
Низкое
Капиллярный контроль (PT)
Низкое
Радиографический контроль (RT)
Высокое (радиация)
Ультразвуковой контроль (UT)
Не требуется
Установка на робота
3D-автоматизированный визуальный контроль (профилометр)
Отлично - Компактный и легкий
Визуальный контроль (VT)
Недоступно
Магнитопорошковая дефектоскопия (MT)
Недоступно
Капиллярный контроль (PT)
Недоступно
Радиографический контроль (RT)
Недоступно
Ультразвуковой контроль (UT)
Ограниченно
Автоматизация визуального контроля обеспечивает наилучшую окупаемость инвестиций
Автоматизация контроля сварных швов с помощью 3D-профилометров
От визуального контроля сварных швов к поточной автоматизированной проверке с помощью 3D-профилометра. Это руководство объясняет, как одновременно решить проблемы нехватки инспекторов, вариативности качества и необходимости 100% контроля.
Почему автоматизация контроля сварных швов необходима сейчас?
Из-за старения и выхода на пенсию квалифицированных инспекторов количество персонала, способного выполнять визуальный контроль сварных швов, с каждым годом уменьшается. В то же время, с развитием электромобилей и усложнением автомобильных компонентов, количество точек сварки и строгость стандартов качества растут. Это привело к быстрому увеличению числа заводов, сталкивающихся со структурной проблемой «людей не хватает, а проверок стало больше».
Автоматизированный контроль сварных швов с помощью 3D-профилометров фундаментально решает эту проблему. Датчик фиксирует форму поперечного сечения сварного валика с помощью 3200 точек на профиль, автоматически измеряя такие значения, как длина катета, толщина шва, высота усиления, ширина валика и глубина подреза. Это обеспечивает количественный и высоковоспроизводимый контроль, который не зависит от опыта инспектора.
Процедура автоматизированного поточного контроля
- Установите датчик на робота или конвейер – Закрепите серию LJ-X8000 или LJ-S8000 на манипуляторе сварочного робота или на конвейере. Сканируйте валик в потоке сразу после сварки.
- Получайте 3D-профили поперечного сечения на высокой скорости – Фиксируйте форму поперечного сечения сварного валика на движущейся детали в режиме реального времени. Данные детализированы и плотны, до 3200 точек на линию.
- Автоматически измеряйте длину катета, толщину шва, усиление и т. д. – Автоматически рассчитывайте размерные значения для каждого элемента контроля из полученных данных профиля. Выполняйте оценку «Годен/Не годен» путем сравнения с установленными допусками.
- 100% запись и прослеживаемость – Все результаты контроля записываются в цифровом виде. Система обеспечивает комплексную поддержку: от автоматического отбраковывания деталей до обратной связи для корректировки условий сварки и накопления статистики качества.
Оптимальные 3D-профилометры для контроля сварных швов
Трехмерные профилометры KEYENCE имеют проверенную историю автоматизации визуального контроля сварных швов. Вы можете выбрать оптимальную серию в соответствии с объектом контроля и производственной линией.
Самая популярная серия для контроля сварных швов — 2D/3D лазерный профилометр серии LJ-X8000
Получает поперечные сечения сварного шва с ультравысоким разрешением данных: 3200 точек на профиль. Он одновременно и автоматически измеряет подрезы, усиление, катет и ширину шва для вынесения вердикта годности (OK/NG). Поддерживает 100% потоковый контроль сварки на высокоскоростных конвейерных линиях или при установке на руки роботов.
Благодаря собственной мультищелевой оптической системе он может получать стабильные профили даже на глянцевых металлических поверхностях или шероховатых поверхностях с налипшими брызгами. Он разработан с учетом устойчивости к специфическим условиям отражения сварных швов.
Посмотреть каталог
Не требует механизма сканирования, прост в установке — 3D лазерный датчик моментального снимка серии LJ-S8000
Эта серия унаследовала технологии серии LJ-X8000 и при этом ориентирована на простоту установки за счет исключения необходимости в движении. Она идеально подходит для модернизации в ограниченном пространстве или установки на небольших роботах. Она обеспечивает достаточную точность и скорость профилирования для автоматического измерения катета, толщины горловины и высоты усиления сварного шва.
Встроенные инструменты измерения позволяют легко настраивать программы измерения размеров по поперечным сечениям шва.
Посмотреть каталог
Примеры внедрения автоматизированного контроля сварных швов
Автоматизированный контроль сварных швов с использованием 3D-профилометров внедрен в самых разных отраслях промышленности, включая автомобилестроение, строительную технику, металлургию и электрооборудование.
Автомобильные детали — Для сварочных роботов
Оснащенный серией LJ-X8000, обеспечивает 100% контроль шва сразу после сварки.
Строительная техника
Потоковое количественное управление формами сварных швов на крупных компонентах.
Электронные компоненты
Компактная автоматизация визуального контроля лазерных сварных швов с помощью серии LJ-S8000.
Часто задаваемые вопросы о контроле сварных швов
Контроль сварных швов в целом делится на «визуальный контроль» и «неразрушающий контроль». Визуальный контроль включает в себя визуальный осмотр (VT) и трехмерный автоматизированный визуальный контроль. Неразрушающий контроль включает магнитопорошковый контроль (MT), капиллярный контроль (PT), радиографический контроль (RT) и ультразвуковой контроль (UT). В последние годы внедрение потокового автоматизированного визуального контроля с использованием 3D-профилометров стремительно развивается.
Он проводится в четыре основных момента: перед сваркой (проверка основного материала и разделки кромок), во время сварки (контроль первого слоя, контроль после удаления шлака), после завершения сварки (визуальный осмотр, неразрушающий контроль, измерение размеров) и после ввода конструкции в эксплуатацию (инспекция в процессе эксплуатации). На каждом этапе задачи контроля и применимые методы различаются.
Установите 3D-профилометр (такой как серия LJ-X8000 или LJ-S8000) на руку робота или конвейер, чтобы в потоковом режиме получать форму поперечного сечения сварного шва. Он автоматически измеряет катет, толщину горловины, высоту усиления, ширину шва, глубину подреза и т. д., а также выполняет оценку годности (OK/NG) путем сравнения их с заданными значениями.
Визуальный контроль зависит от опыта и квалификации инспектора, что легко приводит к расхождениям в оценках и пропуску дефектов, а также затрудняет количественную регистрацию. Автоматизированный контроль с помощью 3D-профилометра выполняет количественную оценку на основе числовых данных формы поперечного сечения, исключая различия между инспекторами и обеспечивая 100% контроль и цифровую прослеживаемость.
Автоматизированный визуальный контроль с помощью 3D-профилометра позволяет обнаруживать такие поверхностные дефекты, как подрез, наплыв, недостаточное/избыточное усиление, недостаточный катет шва, поры (на поверхности), трещины в сварном шве (на поверхности), смещение шва и брызги. Обнаружение внутренних дефектов, таких как непровар или неполное сплавление, требует совместного использования с UT и RT.
Пожалуйста, обращайтесь к нам для проведения тестовых измерений на реальных деталях, получения предложений по конфигурации систем контроля и многого другого.
- 2D/3D лазерный профилометр серии LJ-X8000
2D/3D лазерный профилометр
Серия LJ-X8000
- 3D лазерный датчик моментального снимка серии LJ-S8000
3D лазерный датчик моментального снимка
Серия LJ-S8000
