Опыт применения дифракции Фраунгофера для измерения зазора в стыке сварного соединения

Ширина зазора в стыке сварного соединения оказывает значительное влияние на его размеры, структуру и механические свойства. Несоответствие ширины зазора нормативным значениям приводит к таким дефектам сварного соединения, как прожоги и непровары. Традиционные методы измерения ширины зазора, в том числе сварочные шаблоны, не обеспечивают необходимой точности для малых зазоров (менее 1 мм), широко применяемых при сварке неплавящимся электродом, электронно-лучевой и лазерной сварке. Рассмотрена проблема точного бесконтактного измерения малых зазоров в сварных соединениях. В качестве пути ее решения предложено использовать явление дифракции Фраунгофера на зазоре. Для экспериментальной проверки возможности применения метода собрана оптическая установка с лазером НГ-2П. Измерения проведены в диапазоне зазора 0,10…0,58 мм на образцах однопроходных стыковых соединений без скоса кромок типа С2 толщиной 3 мм (ГОСТ 14771–76) и типа С7 толщиной 6 мм (ГОСТ 14771–76). Показано, что метод обеспечивает удовлетворительную точность: относительная ошибка определения ширины зазора по сравнению с таковой контрольных измерений микроскопом не превышала 26,5 %, а в 80 % случаев результаты микроскопии попали в доверительный интервал дифракционных измерений. Основными ограничениями применения метода являются искажение дифракционной картины для толстого (более 6 мм) металла из-за отражения луча от поверхности стенок зазора и трудности измерения ширины зазоров менее 0,1 мм, связанные с точностью позиционирования элементов измерительной установки. Установлено, что смещение кромок сварного соединения в пределах, регламентируемых ГОСТ 14771–76, не оказывает влияния на точность измерения ширины зазора исследованным методом. Сделан вывод о практической возможности применения метода в системах автоматического управления технологическими процессами и при проведении научных исследований влияния ширины зазора и параметров режима на формирование швов.
EDN: YXOMNB, https://elibrary/yxomnb

Литература

[1] Wang Z., Chen H., Zhong Q. et al. Recognition of penetration state in GTAW based on vision transformer using weld pool image. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2022, vol. 119, no. 7–8, pp. 5439–5452, doi: http://doi.org/10.1007/s00170-021-08538-6

[2] Ferdinandov N., Gospodinov D., Ilieva M. et al. Effect of the root gap on the structure and properties of high strength steel S700MC welds. KEM, 2021, vol. 890, pp. 201–208, doi: http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.890.201

[3] Jang G.B., Kim H.K., Kang S.S. The effects of root opening on mechanical properties, deformation and residual stress of weldments. Weld. J., 2001, no. 3, pp. 80–89.

[4] ГОСТ 14771–76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Москва, Изд-во стандартов, 1980. 56 с.

[5] ГОСТ 8713–79. Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Москва, Изд-во стандартов, 1982. 63 с.

[6] Öberg A.E., Wikstrand S., Mattsson V. Impact of gaps on resource efficiency in heavy welding industry. 6th Swedish Production Symposium, 2014. URL: https://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/240909/local_240909.pdf (дата обращения: 15.10.2025).

[7] Öberg A.E., ?strand E. Improved productivity by reduced variation in gas metal arc welding (GMAW). Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2017, vol. 92, no. 1–4, pp. 1027–1038, doi: https://doi.org/10.1007/s00170-017-0214-4

[8] Сварочный шаблон WG1. rktm.ee: веб-сайт. URL: http://rktm.ee/rus/welding-gauge.html (дата обращения: 15.07.2025).

[9] Jenkins F.A., White H.E. Fundamentals of optics. McGraw-Hill, 2001. 768 p.

[10] Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 4. Оптика. Москва, Наука, 1980. 751 с.

[11] Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Москва, Высшая школа, 1972. 368 с.