Устройство для электродуговой сварки (варианты), способ подвода расплавленного металла из подаваемой сварочной проволоки в сварочную ванну (варианты)

Патент 2211752

Авторы

Классы МПК

Реферат

Изобретения относятся к сварке и могут найти применение при сварке трубопроводов. Сварку ведут путем нанесения расплавленного металла из подаваемой сварочной проволоки в сварочную ванну в соединении или раскрытом корне шва между двумя расположенными рядом кромками свариваемых деталей. Соединение или корень шва вытянут в направлении линии сварки и образован сходящимися боковыми стенками. Устройство содержит контактный держатель с отверстием для подачи проволоки, импульсный источник питания для подачи сварочного тока на проволоку по мере того, как проволока выходит из отверстия для подачи по направлению к соединению или корню шва. Величина подачи проволоки определяет выбег электрода между контактным держателем и сварочной ванной. Устройство имеет схему для определения длины выбега и средства управления для регулирования сварочного тока как функции определенной длины выбега. Способ нанесения металла из подаваемой сварочной проволоки в сварочную ванну между расположенными рядом свариваемыми деталями заключается в подаче сварочного тока на проволоку, подаваемую по направлению к варочной ванне, определении длины выбега проволоки и регулировании сварочного тока как функции длины выбега. Изобретение позволяет получить качественную сварку трубопроводов. 9 c. и 73 з.п. ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к области электродуговой сварки, в частности к способу и устройству для электродуговой сварки, которые особенно применимы для использования при сварке трубопроводов, главным образом во время прохода корня шва в соединении с раскрытым корнем шва.

Устройство для электродуговой сварки короткозамкнутого типа известно в данной области техники как сварочная установка STT, фирмы Lincoln Electric Company, Кливленд, Огайо и описана в качестве уровня техники в патенте США 5001326. В нем используется высокочастотный импульсный источник питания, предпочтительно инвертор. Инвертор может использоваться в различных сварочных установках, однако наиболее типичная сварочная установка описана в патенте США 5351175.

Устройство для электродуговой сварки STT фирмы Lincoln Electric Company, Кливленд, Огайо, используется для сварки трубопроводов, когда расплавленный металл из подаваемой сварочной проволоки подводится в сварочную ванну, образованную у раскрытого корня шва между двумя расположенными рядом торцами смежных секций трубопровода. Соединение с раскрытым корнем шва проходит вокруг трубопровода по кольцевой линии, которая может иметь небольшие осевые отклонения. Соединение между секциями трубопровода образовано сходящимися стенками, оканчивающимися преимущественно параллельными стенками, расположенными на расстоянии друг от друга с образованием разделяющего зазора, известного как раскрытый корень шва. Зазор между торцами секций трубопровода, или листов, не является фиксированным расстоянием, поэтому сварочное устройство по мере продвижения вокруг раскрытого корня шва проходит через зазор, имеющий различную величину. Как описано в патенте 5001326, сварочное устройство STT имеет контактный держатель, через который подаваемая проволока проходит таким образом, что сварочный ток может быть направлен через держатель к проволоке и затем в расплавленную ванну, образованную между торцами секций трубопровода. Эта ванна перекрывает зазор с образованием корневого валика во время операции сварки трубопроводов. В устройстве для сварки STT используется высокочастотный источник питания для создания определенной формы волны тока короткого замыкания. Эта частота относится к рабочей частоте источника питания, а не к частоте сварочного процесса. Выбег электрода в зоне сварки представляет собой расстояние между контактным держателем и сварочной ванной. Так как зазор между торцами листов, образованных смежными секциями трубопровода, изменяется, ванна, образованная при первом проходе электродуговой сварки в ходе операции сварки трубопровода, меняет форму. Это изменение создает определенные проблемы в процессе сварки трубопроводов.

Как описано в патенте США 5001326, задачей высокочастотного импульсного источника питания, известного как устройство для электродуговой сварки STT, является поддержание постоянного объема шарика расплавленного металла на конце электрода по мере подачи проволоки по направлению к расплавленной ванне. В этом более раннем патенте описывается, каким образом система управления STT может быть использована для обнаружения и измерения реальной активной мощности, образующей шарик расплавленного металла на конце электрода. Эта активная мощность устанавливается для выбега электрода и поддерживается от одного цикла сварки к другому. Так как выбег электрода изменяется, то сварочный ток регулируется для поддержания постоянной активной мощности, исходя из предварительно установленной эталонной активной мощности, полученной в начале операции сварки. В этом случае во время каждого цикла сварки создается шарик постоянного размера. Если при использовании устройства для электродуговой сварки STT сварочный ток не меняется для компенсации изменений в выбеге электрода, меняется частота закорачивания. Эта изменяющаяся частота представляет собой не частоту импульсов источника питания, а является частотой создания короткого замыкания в сварочном шве. По мере того, как уменьшается выбег электрода, уменьшается объем расплавленного металла в шарике расплавленного металла и немного уменьшается длина дуги. Это уменьшение в размере шарика расплавленного металла вызывает уменьшение времени между короткими замыканиями в ходе операции сварки. Это увеличивает частоту закорачивания, которая определяется числом коротких замыканий в единицу времени. И наоборот, если выбег электрода увеличивается, нагрев электрода увеличивается. Если регулировка тока отсутствует, объем расплавленного металла на конце подающейся проволоки увеличивается. В результате слегка увеличивается длина дуги с соответствующим увеличением времени между короткими замыканиями, что уменьшает частоту закорачивания в сварочной установке. Изменение частоты во время использования STT для сварки трубопроводов не используется в качестве измеряемого параметра.

STT используется для сварки трубопроводов для обеспечения возможности ручного контроля за глубиной проплавления и нагревом в ванне, однако это не решает проблему, которая на практике имеет место при изменениях в ширине зазора во время наложения первого валика в соединении с раскрытым корнем шва. В патенте США 5001326 рассматривается процедура измерения выбега во время использования устройства для сварки STT с целью ее применения для поддержания заданного размера шарика. Когда электрод или сварочная проволока находятся в состоянии короткого замыкания, падение напряжения вдоль закороченного электрода измеряется и записывается. Значение сварочного тока во время этого измерения является по существу фиксированным. Следовательно, определенное или измеренное напряжение прямо пропорционально выбегу сварочной проволоки. Это измеренное напряжение выбега усредняется по нескольким циклам и затем сохраняется в памяти, например в конденсаторе. Согласно этому патенту сохраненное значение умножается на пиковое значение тока во время последующих циклов сварки. Результатом этого умножения является измерение активной мощности во время каждого цикла сварки. Вычисленная активная мощность сохраняется в памяти, например, в конденсаторе и называется "эталонной активной мощностью". Эта эталонная активная мощность получается в начале процесса сварки на основе отрегулированного выбега, после чего эталонная активная мощность используется для сравнения с мгновенной активной мощностью. Управляющая компьютерная программа поддерживает мгновенную активную мощность на уровне эталонной. Эта общая схема управления, как показано в патенте США 5001326, используется для поддержания фиксированного объема расплавленного металла на конце проволоки по мере того, как она подается по направлению к ванне во время состояния короткого замыкания, без учета изменений в выбеге. В патенте не рассматривается изменение выбега во время процесса сварки для управления процессом. В патенте не рассматривается изменение нагрева, созданного во время отдельного прохода. Выбег подаваемой проволоки используется для поддержания постоянной активной мощности во время плавления провлоки в сварочном цикле.

Использование высокочастотного импульсного источника питания в таком устройстве, как устройство STT для электродуговой сварки трубопроводов, хорошо известно. Однако при образовании корневого валика во время первого прохода в соединении с раскрытым корнем шва между секциями трубопровода источник питания не может автоматически компенсировать изменения в зазоре между секциями. Когда зазор широкий, ванна расплава протекает через зазор. Если зазор узкий, ванна не проникает в зазор. Таким образом, требуется ручная наладка с вытекающими отсюда изменениями. Существует необходимость управления сварочной операцией во время наложения первого валика в соединении с раскрытым корнем шва, относящемся к типу, встречающемуся при сварке трубопроводов или сварке толстых листов.

Устройство для сварки STT фирмы Lincoln Electric Company является устройством для электродуговой сварки с короткими замыканиями, которая работает от высокочастотного импульсного контура для создания кривой тока, которая показана на фиг. 4 патента США 5001326. Это устройство для сварки имеет коммерческий успех, однако не обладает возможностями устройства для сварки постоянного напряжения, в которой температура сварочной ванны может контролироваться простым изменением выбега проволоки или выбега электрода. Это является ограничением устройства для сварки при создании кривой тока STT. Следовательно, температура ванны, как важный фактор в сварке трубопроводов, при использовании устройства для сварки STT регулируется наладкой или предварительной установкой сварочных токов. Даже при этом ограничении устройство для сварки STT лучше сварки при постоянном напряжении, которая создает излишний нагрев ванны.

Изобретение направлено на создание устройства и способа наложения первого валика в соединении с раскрытым корнем шва в процессе сварки листов, в частности при сварке трубопроводов. Эти способ и устройство используют высокочастотный импульсный источник питания, предпочтительно устройство для сварки STT фирмы Lincoln Electric Company. Изобретение будет описано с конкретной ссылкой на этот тип устройств для электродуговой сварки при использовании корневого валика при сварке трубопроводов, однако изобретение понимается более широко и может быть применено с другими устройствами для электродуговой сварки, используемыми для прохода раскрытого корня шва, такого как первый проход между торцами толстых листов и торцами секций трубопровода. Изобретение может также использоваться при последующих проходах соединения с раскрытым корнем шва.

Согласно изобретению устройство для электродуговой сварки автоматически компенсирует изменения в интервале зазора. Эта регулировка не поддерживает постоянную активную мощность, как описано в патенте США 500/326. В этом патенте описывается одно высокочастотное сварочное устройство, известное как устройство для сварки STT, а также содержит схему для измерения выбега сварочной проволоки во время процесса сварки. Способность измерять выбег во время процесса сварки в устройстве STT не используется, но используется в предпочтительном варианте согласно изобретению. Изменения в зазоре, которые встречаются на практике при наложении первоначального корневого валика в процессе сварки трубопровода, могут определяться при помощи мгновенного выбега. При сварке соединения с раскрытым корнем шва, имеющего зазор, который изменяется по ширине, ванна расплавленного металла может протекать через зазор, если он широкий. Это физическое явление приводит к увеличению выбега проволоки. Такой выбег может быть обнаружен при помощи схемного решения, проиллюстрированного в данном патенте США. Конечно, для измерения мгновенного выбега с различными высокочастотными источниками питания могут быть использованы свои схемы. Если зазор слишком узок, первоначальный корневой валик не проникает в зазор. Вылет уменьшается. Этот уменьшенный вылет определяется схемным решением, как это показано в патенте США, при использовании процесса с коротким замыканием. Таким образом, настоящее изобретение представляет общую концепцию измерения мгновенного вылетa для определения зазора между свариваемыми кромками в процессе сварки. Измерение вылета определяет изменения, которые необходимо осуществить в нагреве ванны. Поэтому при узком зазоре сварочный ток увеличивается, а при широком зазоре сварочный ток уменьшается.

Кроме того, согласно уровню техники известно устройство для электродуговой сварки плавящимся электродом, имеющее средство для перемещения подаваемой проволоки поперек соединения или раскрытого корня шва и приспособление для смены направления проволоки на обратное (SU 1235681 А1, В 23 К 9/09, 07.06.1984).

Известен также способ подвода расплавленного металла сварочной проволоки в сварочную ванну в соединение или корень шва между двумя рядом расположенными деталями, вытянутыми по линии сварки и образованными сходящимися стенками, при котором сварочный ток подают на проволоку ("Сварка в машиностроении", т. 1, под редакцией Ольшанского, М., Машиностроение, 1978, с. 228-230, 148-149).

И наконец, известен способ подвода расплавленного металла из подаваемой проволоки в сварочную ванну, при котором проволоку расплавляют при помощи источника питания и создают сигнал вылета, пропорциональный длине вылета проволоки (RU 2049621 C1, В 23 К 9/173, 10.12.1995).

Главной задачей изобретения является создание устройства и способа контроля нагрева ванны расплава в процессе сварки раскрытого корня шва путем определения вылета элетрода и регулирования тока для изменения нагрева сварочной ванны. Эта задача решает проблему, создаваемую изменениями зазора в открытом корне соединения.

Еще одной задачей изобретения является создание устройства и способа, как описано выше, которые автоматически компенсируют изменения в зазоре соединения с раскрытым корнем шва при сварке первого корневого прохода, особенно в операции сварки трубопроводов.

Следующей задачей изобретения является создание устройства и способа, как описано выше, которые позволяют сварочной головке, несущей электрод, отслеживать соединение с раскрытым корнем шва между торцами двух листов или секций трубопровода, без учета контура или линии соединения.

Другой задачей изобретения является создание устройства и способа, как описано выше, которые могут быть легко реализованы для компенсации различных профилей из различных зазоров в сварке соединений и раскрытым корнем шва, а также определенных сварочных проходов после первого корневого прохода.

Еще одной задачей изобретения является создание устройства и способа, как описано выше, которые особенно применимы с высокочастотным импульсным источником питания и конкретно с источником питания с формой волны импульса сварочной установки STT.

Следующей задачей изобретения является создание вышеописанных устройства и способа дуговой сварки с короткими замыканиями, в которых можно менять температуру ванны простым изменением выбега проволоки.

Еще одной задачей изобретения является создание вышеописанных устройства и способа, которые используются со сварочным процессом с короткими замыканиями, как описано в патенте США 5001326.

Решение вышеуказанных задач осуществляется в устройстве для электродуговой сварки путем подвода расплавленного металла из подаваемой сварочной проволоки в сварочную ванну соединения или раскрытого корня шва, вытянутыми в направлении линии сварки и образованными сходящимися боковыми стенками, между двумя расположенными рядом свариваемыми деталями, содержащем контактный держатель с отверстием для подачи проволоки по направлению к соединению или корню шва, импульсный источник питания для подачи сварочного тока на проволоку, выходящую из отверстия для подачи, с величиной подачи проволоки, определяющей вылет сварочной проволоки между контактным держателем и сварочной ванной, за счет того, что оно содержит схему для определения длины вылета сварочной проволоки и средства управления для регулирования сварочного тока как функции определенной длины вылета сварочной проволоки.

Кроме того, упомянутая задача изобретения решается в другом варианте устройства для электродуговой сварки путем подачи расплавленного металла подаваемой проволоки в сварочную ванну в соединении, образованном сходящимися боковыми стенками или раскрытом корне шва между двумя расположенными рядом свариваемыми деталями, содержащего средства для перемещения подаваемой проволоки поперек соединения или раскрытого корня шва и приспособление для смены направления перемещения проволоки на обратное, за счет того, что оно снабжено схемой измерения для определения длины вылета проволоки или для создания сигнала вылета, пропорционального вылету проволоки, а приспособление для смены направления перемещения проволоки на обратное выполнено с возможностью смены направления при достижении определенного вылета заданного нижнего значения на каждой из боковых стенок или при уменьшении определенной длины вылета проволоки до заданного значения на границе соединения или раскрытого корня шва.

Указанная задача решается также в устройстве для электродуговой сварки путем подачи расплавленного металла подаваемой проволоки в сварочную ванну за счет того, что оно имеет схему для создания сигнала вылета, пропорционального длине вылета проволоки, и приспособление для регулирования нагрева в сварочной ванне в зависимости от сигнала вылета.

В еще одном варианте устройства для для электродуговой сварки путем подачи расплавленного металла подаваемой проволоки в сварочную ванну, содержащего устройство с короткими замыканиями, выполненное с возможностью создания сварочного тока различных уровней, пропускаемого через проволоку в течение последовательных сварочных циклов, каждый из которых включает состояние образования дуги, во время которого проволока находится на расстоянии от сварочной ванны с формированием шарика расплавленного металла на конце проволоки, и состояние короткого замыкания, во время которого шарик расплавленного металла на конце проволоки сначала вступает в контакт с ванной и затем переносится от проволоки в ванну под воздействием образования шейки, отрывающей расплавленный шарик от проволоки, указанная выше задача решается за счет того, что устройство имеет контактный держатель с отверстиеми для подачи проволоки с величиной подачи, определяющей вылет проволоки между контактным держателем и сварной ванной, средства для изменения вылета во время состояния короткого замыкания в сварочных циклах и средствах для регулирования сварочного тока в зависимости от вылета для управления нагревом ванны.

В следующем варианте устройства, устройстве для электродуговой сварки путем подачи расплавленного металла подаваемой проволоки в сварочную ванну в раскрытом корне шва между двумя расположенными рядом свариваемыми деталями, вытянутом вдоль линии сварки и образованным сходящимися стенками, оканчивающимися преимущественно параллельными стенками, расположенными на расстоянии друг от друга с образованием зазора, содержащего контактный держатель с отверстием для подачи проволоки с величиной подачи, определяющей вылет проволоки между контактным держателем и сварочной ванной, электродуговое сварочное устройство с короткими замыканиями, выполненное с возможностью создания сварочного тока различных уровней, пропускаемого через проволоку в течение последовательных сварочных циклов, каждый из которых включает состояние образования дуги, во время которого проволока находится на расстоянии от сварочной ванны, с формированием шарика расплавленного металла на конце проволоки, и состояние короткого замыкания, во время которого шарик расплавленного металла на конце проволоки сначала вступает в контакт с ванной и затем переносится от проволоки в ванну под воздействием образования шейки, отрывающей расплавленный шарик от проволоки, вышеуказанная задача решается за счет того, что устройство имеет средства для определения частоты сварочных циклов и средства для регулирования сварочного тока для поддержания частоты на заданном значении.

Еще один вариант выполнения устройства для электродуговой сварки с подводом расплавленного металла из подаваемой проволоки в сварочную ванну отличается тем, что оно содержит схему контроллера для создания сигнала вылета проволоки, пропорционального длине вылета проволоки, и средства управления выходным сигналом установки в соответствии с сигналом вылета.

Кроме того, вышеуказанные задачи решаются также в способе подвода расплавленного металла сварочной проволоки в сварочную ванну в соединение или раскрытый корень шва между двумя рядом расположенными деталями, вытянутыми по линии сварки и образованными сходящимися стенками, при котором на проволоку подают регулируемый сварочный ток, который отличается тем, что определяют длину вылета проволоки и регулируют сварочный ток как функцию длины вылета.

Вышеуказанная задача решается также во втором варианте выполнения способа подвода расплавленного металла из подаваемой сварочной проволоки в сварочную ванну в соединении или раскрытом корне шва, образованными сходящимися боковыми стенками между двумя расположенными рядом свариваемыми деталями, при котором в процессе сварки подаваемую проволоку перемещают поперек соединения или корня шва, за счет того, что определяют длину вылета проволоки или создают сигнал вылета, пропорциональный вылету проволоки, или создают сигнал вылета, пропорциональный вылету проволоки, и меняют направление перемещения проволоки на обратное при достижении заданного нижнего значения вылета проволоки на каждой из боковых стенок или при уменьшении длины вылета до заданного значения на границе соединения или раскрытого корня шва.

И наконец, указанная задача решается также в третьем варианте способа подвода расплавленного металла из подавемой проволоки в сварочную ванну, при котором в процессе сварки проволоку расплавляют при помощи источника питания и создают сигнал вылета, пропорциональный длине вылета проволоки, за счет того, что расплавляют проволоку при помощи импульсного источника питания и управления выходным сигналом источника питания в соответствии с сигналом вылета или регулируют нагрев сварочной ванны обратно пропорционально сигналу вылета.

При использовании измерения вылета изобретение может быть применено для реализации определенной схемы сварки соединения. Если используется процесс зигзагообразной сварки, в котором сварочная проволока перемещается поперек зазора в то время, когда процесс сварки происходит в продольном направлении зазора, вылет электрода изменяется по мере того, как проволока подходит к расходящимся стенкам, образующим соединение. Таким образом, измерение вылета представляет информацию, касающуюся положения сварочной головки, по мере того, как она перемещает электрод в поперечном направлении в процессе сварки раскрытого корня шва. Более общим определением изобретения является использование измеренного вылета во время сварочного процесса для контроля параметров этого процесса. Контролируемыми параметрами, если перечислить в качестве примера два, являются сварочный ток или направление сварочной головки.

Настоящее изобретение находит особенное применение для сварки трубопроводов, где измерение вылета предоставляет информацию об изменениях зазора в раскрытом корне шва и/или этом самый небольшой будет на внешней границе соединения. Когда электрод достигает одной границы соединения, он меняет направление на обратное, чтобы двигаться к другой границе. Выбег электрода сначала увеличивается, а затем уменьшается. Использование информации о выбеге управляет механизмом сварочной головки путем подачи сигнала, когда поперечное перемещение электрода или сварочной головки должно быть остановлено и изменено на обратное по направлению. Такое действие создает зигзагообразную траекторию хода сварочной головки во время операции сварки и делает возможным отслеживание соединения.

При использовании информации о выбеге установка электродуговой сварки согласно изобретению автоматически определяет изменения в зазоре, которые могут вызвать нежелательные профили валика. Кроме того, регистрируются положения электрода вне соединения в поперечном направлении относительно наклонных или расходящихся боковых стенок соединения для смены направления на обратное в соответствующей дозиии. Эти две отдельные функции основаны на измерении выбега. Измерение выбега может быть осуществлено при помощи схемы, выбор которой диктуется выполняемым процессом сварки. В процессе с использованием короткого замыкания, показанном в патенте США 5001326, описана соответствующая схема для измерения выбега между держателем электрода и расплавленным металлом сварочной ванны.

Настоящее изобретение используется как в полуавтоматических, так и в автоматических операциях сварки. С использованием изобретения может быть изменена энергия сварочного процесса или нагрев при сварке. Путем изменения выбега электрода во время перемещения сварочной головки вдоль соединения, может меняться нагрев в выбранных местах соединения. Например, при сварке соединения с помощью роботизированной сварочной установки, если геометрия соединения такова, что в определенном месте требуется больший или меньший нагрев, выбег электрода изменяется для регулирования нагрева в ходе операции сварки. Такое использование изобретения не обязательно требует изменения управляющих настроек сварочной установки. Настройки остаются фиксированными, но в целях управления изменяется требуемая длина выбега. Согласно другому варианту применения изобретения, выбег используется для отслеживания шва во время одного сварочного прохода, в результате перемещение сварочной головки фактически контролируется при помощи линии соединения. Линия, пересекаемая сварочной головкой, в одном проходе вдоль соединения сохраняется в памяти. Последующие сварочные проходы роботизированного сварочного оборудования повторяют линию, запомненную во время первого прохода. Таким образом, последующие проходы сварочной установки следуют запомненной линии первого валика.

Основным отличительным признаком изобретения является измерение выбега электрода во время операции сварки в процессе сварки раскрытого корня шва. Значение выбега контролирует ток во время плазменного этапа сварочной операции путем либо контроля максимального тока, дежурного тока, либо обоих токов. Разумеется, в соответствии с определенным выбегом электрода может контролироваться интегрированное значение тока, используемого во время плазменного этапа цикла сварки STT. В сварочной установке STT измерения выбега могут также быть произведены при помощи частоты закорачивания в сварочной установке. Путем измерения частоты закорачивания в процессе сварки с использованием STT создается сигнал, характеризующий выбег электрода. Таким образом, другим отличительным признаком изобретения является измерение частоты закорачивания в ходе операции сварки с короткими замыканиями и изменение тока дуговой сварки с целью поддержания приблизительно постоянной частоты закорачивания.

Согласно настоящему изобретению предлагается устройство для электродуговой сварки с подачей расплавленного металла из подаваемой сварочной проволоки в сварочную ванну в раскрытом корне шва между двумя расположенными рядом деталями. Эти детали могут быть концами секций трубопровода, что является предпочтительным вариантом использования настоящего изобретения. Соединение определяет линию сварки и образуется сходящимися стенками, оканчивающимися преимущественно параллельными стенками, находящимися на расстоянии друг от друга с образованием зазора в корне соединения. Устройство для сварки включает контактный держатель с отверстием для подачи проволоки. Импульсный источник питания подает сварочный ток на проволоку по мере того, как проволока выходит из отверстия по направлению к раскрытому корню соединения во время наложения первого валика в сварочной операции. Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения импульсный источник питания представляет собой сварочную установку STT, имеющую форму волны, которая описана в патенте США 5001326. Подаваемая проволока определяет выбег электрода между контактным держателем и сварочной ванной. В соответствии с изобретением определяется длина выбега, и сварочный ток регулируется как функция от длины выбега. Предпочтительно эта функция является обратной зависимостью, при которой увеличение выбега приводит к уменьшению тока или нагрева ванны. При использовании сварочной установки STT источник питания представляет собой установку для дуговой сварки с короткими замыканиями, имеющую различные уровни тока, которые чередуются между состоянием закорачивания и состоянием существования дуги или плазмы. Во время образования дуги контролируется нагрев сварного соединения, а во время состояния закорачивания с использованием соответствующей схемы, предпочтительный вариант которой показан в патенте США 5001326, измеряется выбег.

Основным отличительным признаком является изобретение выбега и использование этого измерения для контроля нагрева в сварочной ванне. В качестве другого варианта применения изобретения выбег используется для контроля других параметров в процессе сварки.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения выбег измеряется мгновенно и используется в программе микропроцессора для выбора требуемой формы волны тока из справочной таблицы, при помощи математического вычисления с использованием ПЗУ, ОЗУ или ППЗУ или другого алгоритма. Выходные данные справочной таблицы, ПЗУ, ОЗУ, ППЗУ или программного алгоритма затем используются в программируемом усилителе рассогласования для сравнения с реальным током, который может быть интегрированным значением всего тока за период сварочного цикла, для регулирования сварочного тока до требуемого уровня, обусловленного замеренным выбегом. Регулировка тока изменяет форму волны STT путем изменения пикового тока, дежурного тока и т.д.

Согласно еще одному аспекту изобретения предлагается способ ввода расплавленного металла из подаваемой сварочной проволоки в сварочную ванну в соединении с раскрытым корнем шва между двумя расположенными рядом свариваемыми кромками плоских листов или концов секций трубопровода. Раскрытый корень шва вытянут по линии сварки и образован сходящимися стенками, оканчивающимися преимущественно параллельными стенками, расположенными на расстоянии друг от друга с образованием зазора. Способ включает подачу сварочного тока на проволоку при помощи высокочастотного импульсного источника питания по мере того, как проволока подается по направлению к зазору в раскрытом корне, с первоначальным определением длины выбега проволоки, и затем регулирование сварочного тока как функции длины выбега. Предпочтительная реализация этого способа включает использование функции, в которой выбег и ток имеют обратную зависимость. Когда выбег увеличивается, ток уменьшается. Подобным же образом, когда выбег уменьшается, ток увеличивается. Эта концентрация используется для компенсации различий в зазоре вдоль соединения в процессе сварки с раскрытым корнем шва, таком как первый проход в процессе сварки трубопроводов.

Согласно другому отличительному признаку способа определенный выбег электрода используется для смены на обратное направление перемещения сварочной головки, несущей держатель сварочной проволоки и перемещения по зигзагообразной траектории. Эта концепция используется после наложения корневого валика. При использовании этой особенности изобретения длина выбега определяется по мере того, как сварочная головка, несущая проволоку, перемещается в первоначальном направлении поперек соединения. Когда определенный выбег находится на заданном сниженном уровне, поперечное направление перемещения проволоки меняется на обратное. Эта смена повторяется на противоположной границе соединения, так что электрод совершает возвратно-поступательное движение поперек соединения. Эта особенность изобретения имеет чрезвычайное преимущество, когда зазор или раскрытие корня шва увеличивается или уменьшается или когда линия соединения не является регулярной. При использовании этой, особенности изобретения сварочная головка отслеживает реальную линию соединения. Такое отслеживание соединения не обеспечивается, когда поперечное движение сварочной головки автоматически меняется на обратное в фиксированной позиции без учета геометрии соединения.

Согласно еще одному отличительному признаку изобретения сварочная установка с короткими замыканиями, создающая кривую тока STT, модифицируется для измерения выбега и последующего регулирования сварочного тока для изменения температуры ванны. Это является важным изменением, в результате которого сварочная установка STT с низким нагревом при помощи регулирования температуры ванны путем простого изменения выбега проволоки может работать подобно установке дуговой сварки на постоянном напряжении.

Согласно еще одному признаку изобретения сварочная проволока, используемая в устройстве и способе сварки, является электродом с сердцевиной из флюса. Следовательно, во время операции сварки трубопроводов не требуется защитный газ. Это является преимуществом для отдаленных географических областей, где обычно выполняется сварка трубопроводов.

Главной задачей изобретения является создание устройства и способа контроля нагрева ванны расплава в процессе сварки раскрытого корня шва путем определения выбега электрода и регулирования тока для изменения нагрева сварочной ванны. Эта задача решает проблему, создаваемую изменениями зазора в открытом корне соединения.

Другой задачей изобретения является создание устройства и способа, как описано выше, которые могут быть легко реализованы для компенсации различных профилей из различных зазоров в сварке соединений с раскрытым корнем шва, а также определенных сварочных проходов после первого корневого прохода.

Нже изобретение поясняется более подробно на примерах выполнения, представленных на чертежах, где на фиг. 1 показана монтажная блок-схема источника питания, использованного при реализации изобретения, который аналогичен источнику питания, описанному в патенте США 5001326; фиг. 1А - блок-схема предпочтительного варианта выполнения изобретения, где высокочастотный импульсный источник питания представляет собой инвертор, описанный в патенте США 5351175.

фиг. 1В - схематический эскиз электрода с сердцевиной из флюса, который может быть использован в предпочт