Способ дуговой механизированной сварки модулированным током

Способ дуговой механизированной сварки модулированным током

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: для дуговой механизированной сварки модулированным током преимущественно в защитных газах. Сущность изобретения: напряжение сварки в паузе повышают от Уик до ипк 0.8 0,8Ueo, где IW - напряжение в конце импульса, Un - напряжение в конце паузы, Uco - заданное напряжение естественного обрыва дуги при неподвижном плавящемся электроде. Длительность паузы при этом поддерживают согласно выражению ,ОЗЗгКф , где Гкф - длительность охлаждения слоя шлака на поверхности валика шва до температуры, при которой шлактеряет электропроводимость. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5l)s В 23 К 9/173

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4917515/08 (22) 11.03.91 (46) 23.02,93. Бюл. N. 7 (71) Институт электросварки им. Е,О.Патона (72) В.С.Сидорук, Д.А,Дудко, С.И.Горшков, А.К.Захаров и Ю.Г,Мосенкис (73) Институт электросварки им. Е.О,Патона . (56) Вагнер В.И. Оборудование и способы сварки пульсирующей дугой. — M,: Энергия;

1980, с. 37, 72.. (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ МОДУЛИРОВАННЫМ . ТОКОМ

Изобретение относится к технике дуговой механизированной сварки модулированным током, преимущественно в защитных газах, и может быть использовано в машиностроении, судостроении, строи. тельстве и пр.

Известен способ сварки с шаговым перемещением головки, уменьшаемым в паузе синхронно с уменьшением скорости подачи электрода. При этом напряжение сварки в . паузе также уменьшают. B импульсе процесса эти параметры соответственно увеличивают. Недостаток способа заключается в низком качестве получаемых швов, т.к; сварочная ванна характеризуется повышенной глубиной при малой ее ширине. Эти явления происходят по причине нехватки мощности в паузе процесса сварки.

Цель изобретения — повышение устойчивости процесса и улучшение формирования шва при сварке в защитных газах. Цель достигается путем повышения напряжения в паузе от О„до 0„, 0,80е,, где UH —

„„ Ц „„1797539 А3 (57) Использование: для дуговой механизированной сварки модулированным током преимущественно в защитных газах. Сущность изобретения: напряжение сварки в паузе повышают от О к до Unx 0,8 О,BUeo, где U>< — напряжение в конце импульса, Un<— напряжение в конце паузы, U

Отличие предлагаемого способа заключается в пределах изменения напряжения сварки в паузе (ниже нижнего, принятого в известном изобретении) и во временном интервале паузы (меньше нижнего предела, принятого в известном изобретении), Способ позволяет вести сварку модулированным током с периодически изменяемой в широких пределах скоростью подачи плавя1797539

25

35

3 щегося электрода без обрывов дуги на протяжении всего сварочного цикла.

Возможны два варианта сварки по предлагаемому способу. Согласно первому варианту длительность горения стационарной дуги при напряжении сварки 0>< равна нулю. В этом случае длительность паузы строго ограничена длительностью переходного периода увеличения напряжения сварки от 0 » до 0>< (синхронного с 10 уменьшением скорости подачи плавящегося электрода). Здесь скорость подачи плавящегося электрода может быть уменьшена до нуля. Во втором варианте длительность горения стационарной дуги больше нуля — ее значение поддерживают в зависимости от технологических целей. B. обоих вариантах дугу не прерывают, На фиг.1 показаны значения сварочного тока и напряжения в соответствии с положением вольт-амперных характеристик BAX источника тока и вольт-амперных характеоистик Ч,; сварочной головки на различных промежуточных этапах перехода от импульса к паузе при сварке по известному изобретению; на фиг,2 — то же при сварке по предлагаемому изобретению; на фиг.3— циклограммы скорости подачи плавящегося электрода V<, напряжения сварки U и сварочного тока 1 при сварке по известному изобретению; на фиг.4- то же прй сварке по предлагаемому изобретению.

Как следует из фиг.t, при сварке по известному изобретению параметры в импульсе соответствуют точке Аи с координатами: 4 и 0н, В этой точке пересекаются кривые вольт-амперной характеристики источника питания ВАХ и вол ьт-ампернай характеристики сварочной головки VeH, Это означает, что параметры. режима сварки р импульсе 1и и U< достигаются благодаря установлению скорости подачи плавящегося электрода (соответствующая вольт-амперная характеристика сварочной головки обозначена тем же символом) и напряжения холостого хода источника питания U», которому соответствует вольт-амперная характеристика источника питания ВАХ и(в данном случае:она принята пологопадающей, что определяется элект- 50 рической схемой источника. Возможны и другие вольт-амперные характеристики источника). После того, как наступил сигнал перехода к паузе; скорость подачи электрода уменьшается, что на схеме 1 отражено 55 рядом кр>ивйх вольт-амперных характеристик саарочной головки Vej, Чег и т.д. до VeI.

Каждому значению последовательно уменьшаемой скорости подачи плавящегося электрода соответствует последовательно же „ увеличиваемое напряжение сварки U>, Uz u т.д, до 0п, 0л может быть равно Uep (отмечено на фиг.1 пунктирной линией) или составлять 0,9Ueo.. При сварке по известному изобретению скорость подачи плавящегося электрода может быть уменьшена ниже VeI вплоть до нуля и .поддерживаться равной нулю до тех пор, пока не произойдет обрыв дуги при напряжении Ue . В дальнейшем пауза может продолжаться в течение (0,0330,9) i

Uxx через значения 0хх1, Uxxg... до значения Uxxn, соответствующего 0е>. Повторное . возбуждение дуги при сварке по известному изобретению в случае использования в качестве защитной среды сварочного флюса не представляет труда и происходит, как описано выше, Согласно предлагаемому способу (фиг.2) в импульсе дуга горит на режиме: ток .

1и (при скорости подачи электрода Ve<) и напряжение U>, что обеспечивается напряжением холостого хода источника Uxx>. Режиму в импульсе соответствует. точка Аи пересечения кривых вольт-амперных характеристик сварочной головки Ve>< и источника питания Uxx<. Здесь и на последующих этапах перехода к режиму в паузе динамика процесса такая >ке, как и при сварке по известному изобретению: скорость подачи электрода последовательно уменьшается через значения VeI, Че2,...Чек а напряжение сварки соответственно увеличивается: U<, 02...UI путем увеличения напряжения холостого хода источника питания. Отличие предлагаемого способа сварки от известноm имеет место на стадии окончания перехода от режима импульса к режиму паузы; переходный процесс заканчивается в тот момент, когда напряжение сварки О становится равным 0,80е> или меньше этого значения — в зависимости от выбранного предварительно предельного значения напряжения сварки в паузе Un<. По сути, при сварке по первому варианту предлагаемого способа .пауза сокращается до длительности переходного периода повышения найряжения от Оик до 0пк и в отличие от прототипа здесь отсутствует период, когда дуга обрывается и шлак охлаждается до температуры, соответствующей интервалу охлаждения шлака -(0,033-0,9) г,ф. Поскольку при сварке по предлагаемому способу обрыв дуги исключен, процесс сварки в паузе существует в интервале 0

При сварке по второму варианту предлагаемого способа длительность паузы превыша1797539

10

25 ет длительность переходного периода и мо- . жет продолжаться столько, сколько требуется по технологии (как правило; до достижения заданной ширины шва), однако и в этом случае процесс существует во временном интервале 0 <х < 0,033 х,ф . В . отличие от известного изобретения оба варианта предлагаемого способа сварки не допускают обрыва дуги.

На фиг.3 показана циклограмма параметров режима при сварке по известному изобретению, когда дугу обрывают, а длительность паузы хп устанавливают больше длительности переходного периода

Leep повышения напряжения от Оик до UnK °

Принят случай, когда Оп = Ueo. В момент tI подается сигнал на увеличение скорости подачи че плавящегося электрода и умень-. .шение напряжения сварки U. ve увеличива. ется (фиг.3а) от нуля до чеи (в момент tz). а напряжение сварки уменьшается к этому

МОМЕНту От Олх до О К (фИГ.ЗВ). В МОМЕНТ касания концом электрода слоя шлака возникает сварочный ток, который лавинообразно возрастает; а s момент возбуждения дуги возникает импульс тока амплитудой Q (фиг.3с). После выравнивания скоростей подачи и плавления электрода протекает стационарный процесс сварки с параметрами U>< и IH. На кривой тока (фиг.3с} этому процессу соответствует пилообразная кривая, средняя линия которой параллельна оси х . В момент tg подается сигнал на уменьшение скорости подачи плавящегося электрода и увеличение напряжения сварки

О. Скорость подачи электрода уменьшается от Yew до нуля .(момент t4), а напряжение сварки увеличивается до Ол», которое в дан. ном,случае равно Uep. B момент обрыва дуги напряжение между электродом и изделием становится равным напряжению холостого хода иСточника 4хи, а сварочный ток — нупе. Ilo истечении заданного периода паузы в момент t5 подается сигнал на увеличение

: скорости подачи плавящегося электрода и уменьшение напряжения сварки. Цикл модуляции параметров режима сварки повто. ряется.

Для случая сварки модулированным током Ilo известному изобретению в защитных газах кривые тока на фиг.3с показаны пунктирными линиями. При этом алгоритм модуляции сохранен как для сварки под флюсом. В этом случае процесс горения ду. ги нестабилен. После замыкания электрода на иэделие возникает импульс тока большой амплитуды А, в результате чего электрод может расплавиться взрывообразно, как плавнйй предохранитель. После этого следует повторный импульс тока В и короткий период горения дуГИ С ПОСЛЕДУЮЩИМ естественным обрывом.

Циклограмма параметров режима предлагаемого способа отражает фиг.4. Здесь в момент t> поступает сигнал на увеличение в импульсе скорости подачи плавящегося электрода и уменьшение напряжения сварки. Поскольку в паузе дуга горит (на режиме: напряжение U><, ток Ь), возбуждения дуги не требуется. За период между моментами

tI u tz происходит увеличение скорости подачи плавящегося электрода от ver до чен и . уменьшение напряжения сварки От U>< до

О„(фиг.4в). Сварочный ток при этом возрастает от 1л до l (фиг.4с} —. в соответствии с увеличением скорости подачи электрода

Между моментами tz I4 ta происходит стационарное горение дуги на режиме:

Длительность импульса х, поддерживается в зависимости от технологических целей: например, если требуется увеличить глубину провара, хп повышается, если необходимо увеличить ширину шва при малой глубине провара — хи снижается. В момент тз подается сигнал на снижение скорости подачи электрода и увеличение напряжения сварки. Этот процесс происходит в промежуток времени i«p между моментами тз и

t4. На фиг.4 приведен случай, когда в паузе скорость подачи электрода уменьшают до нуля(это происходит в момент t4). До момента ц электрод неподвижен (фиг.4а),:но дуга продолжает гореть, при этом напряжение сварки увеличивается от U«po V«< О,BVeo.

В момент t5, когда напряжение сварки становится равным установленному напряжению Оп, подают сигнал на включение подачи электрода и уменьшение напряжения сварки. Если будет допущено увеличение напряжения сварки более установленного Un — до Ueo (пунктирная линия на фиг.4в), то может произойти обрыв дуги (фиг.4с — ток уменьшается до нуля). В этом случае повторное возбуждение дуги

45 затруднено: возникают импульсы тока амплитудой А, В (пунктирные кривые на фиг. 4с), сопровождаемые взрывом плавящегося электрода как плавкого проводника. Следовательно, для устойчивости процесса необ-.

50 ходимо соблюдать условие Олк < 0.8Uep.

Сварку по второму варианту осуществляют следующим образом: устанавливается скорость подачи электрода чеп, адекватная

НаПРЯЖЕНИЮ СВаРКИ Опк, ПРИ ЭТОМ Чеп МожЕТ

55 быть многократно меньше ч и.

Для осуществления предлагаемого способа сварки по первому варианту в электрическую схему сварочного аппарата необходимо включить задатчик Олк, датчик

1797539

Таблица 1 сварочного напряжения, компаратор и усилитель. Способ сварки по второму варианту можно осуществлять на сварочном аппарате, подготовленном для сварки по основному изобретению.

П р и м е., р 1. Выполняли сварку стыковых швов в углекислом газе по второму варианту предлагаемого способа- сварки.

Сваривали металлические пластины из стали СтЗСп толщиной 6 мм, зазор между свариваемыми кромками составлял 2 мм.

Применяли сварочный полуавтомат А-547У в комплекте с блоком модуляции конструкции ИЭС им. Е.О.Патона (макет), источник сварочйого тока — выпрямитель ВДУ-506.

Использовали сварочную проволоку Св08Г2С диаметром 1,2 мм. Режим сварки .представлен в табл.3.

Экспериментально установлено, что напряжение естественного обрыва в паузе равно 42 В. Режим 1 выполнен по известному изобретению, здесь Опк .0,90ео. При таком повышенном напряжении в паузе (38

В) качество шва ухудшилось из-за повышенного разбрызгивания, пористости (вследствие ослабления защиты металлической ванны от воздуха) и нескольких обрывов дуги, происходивших в результате случайных

Формула изобретения

Способ дуговой механизированной сварки модулированным током с уменьшением сварочного напряжения в паузе, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения устойчивости процесса и улучшения формирования шва при сварке в защитных газах, напряжение сварки повышают от

0ик до Опк < 0 80ео где Uw — напряжение в отклонений дуга сварки (увеличивалась длина дуги).

При сварке по режиму 2 процесс горения дуги протекал устойчиво, поры отсутст5 вуют, Поскольку в паузе дугу не прерывали, слой:шлака на поверхность валика в паузе не образовался, поэтому длительность может быть принята бесконечно боль10 шой, поэтому справедливо неравенство

0

15: От режима 2, принятого в примере 1, расчетный режим отличается тем, что дли. тельность паузы равна длительности переходного периода между импульсом и паузой, стационарного дугового процесса в

20 паузе нет, Этот вариант несколько производительнее второго варианта.

Поскольку в паузе дуга не прерывалась, слой шлака на поверхности шва не образовался, поэтому длительность паузы физиче25 ски не может быть равна какой-либо доли

t0,033 têô верно..конце импульса, U« — напряжение в конце . паузы, Ugp — напряжение естественного обрыва дуги при неподвижном плавящемся электроде. при этом длительность паузы поддерживают в пределах 0

Vc М/Ч

l0, А

0пк, 8

0,8 за

0,2

350

150

М ежима

1797539

Таблица 2

1797539

1797539 а! геп

Редактор С.Кулакова

Заказ 661 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101.

Уед лк

Составитель В,Сидорук

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И. Шулла