Способ регулирования процесса сварки тонкостенных изделий на повышенных скоростях

Способ регулирования процесса сварки тонкостенных изделий на повышенных скоростях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОЙ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

+

J а.-

";;ъ», /

М. »а ф (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 01.03.78 (21) 2585316/25-27 с присоединением заявки J% (23) Приоритет—

/10

Пзсударстввнный комитет до делам изобретений и открытий

1.791.

Опубликовано 25.06.80. Бюллетень ¹ 2

Дата опубликования описания 25.06.80 (? 2) Авторы изобретения

f0. П. Камаев н М. И. Уманский (7I) Заявитель

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

СВАРКИ ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ

HA ПОВЫШЕННЫХ СКОРОСТЯХ и = Q0åõð (— М r ), центре пятна. нагрева;

Изобретение относится к электродуговой сварке металлов неплавящнмся элементом.

Известен способ регулирования, основанный на контроле характеристик сварочной дуги как источника нагрева путем измерения тока и на5 пряжения сварочной дуги н вычисления мощности, вводимой в пятно нагрева, получают величину, которая используется для регулирования процесса сварки. Данный способ позволяет осуществить регулирование лишь по величине средней мощности, которая подводится к свариваемому изделию. При этом совершенно не учитывается закон распределения теплового потока по поверхности свариваемого изделия (1).

Однако геометрия сварного шва и качество сварного соединения тонкостенного изделия существенным образом зависят от того, каким образом распределена плотность теплового потока по пятну нагрева.

Цель изобретения — повышение качества регулирования процесса сварки тонкостенных изделий на повышенных скоростях за счет учета распределения плотности теплового потока по пятну нагрева.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве параметра регулирования используют значение частоты максимума мнимой частотной характеристики комплексного сопротивления обратно пропорциональное диаметру пятна нагрева, получаемого путем наложения на ток дуги малого гармонического возмущения переменной частоты, и измерения мнимой части комплексного сопротивления электрической дуги по переменным составляющим тока и напряжения с последующим определением частоты максимума мнимой частотной характеристики комплексного сопротивления..с

Тепловой поток в изделие от действия сварочной дути распределен обычно по закону, близкому к нормальному круговому где q — плотность теплового потока;

Q0 — максимальное значение теплового потока, достигаемое в

742064

10 где Й= «Л /а где Т = (T — То)/Тм

М

То = /i, ц-у/i!

=М

Р =Ч!/аа

Ч а

Fp -=ат/!2

Р,=а !2/Лт ч

r — текущее значение радиуса пятна нагрева;

М вЂ” коэффициент сосредоточенности теплоисточника.

При сварке тонкостенных изделий показатели сварного шва определяются как величиной интегрального теплового потока, так и его локальными характеристиками, в частности величиной сосредоточенности М, которая при заданном законе распределения определяет диаметр пятна нагрева. Следует отметить, что ни диаметр пятна нагрева, ни коэффициент сосредоточенности не могут быть определены в процессе сварки известными способами, что затрудняет управление процессом сварки, ухуд шает показатели сварного шва.

Предлагаемый способ регулирования основан на контроле коэффициента сосредоточенности по внешним электрическим характеристикам дуги постоянного тока.

Температурное поле в изделии при сварке описывается следующим уравнением — = Роехр(— 3 — C)

dT dT с! Т ОТ 2

dFo е,!с d32 ChP безразмерная температура; масштабная температура; температура окружающей среды; безразмерные пространственные координаты; характерный размер; безразмерная скорость сварки; скорость сварки; коэффициент температуропров одно сти; число Фурье (безразмерное время); число Померанцева; мощность теплоисточника; — коэффициент теплопроводности.

Типичные значения параметров технологического процесса имеют следующие величины: скорость сварки Ч от 0,05 до 0,5 м/с, толщина материала свариваемого изделия 0,2 — 1,0 мм характерный размер, в качестве которого удоб-1 -з но выбиРать М ° M = (1,5 — 3,0)10 М.ПРИ этих данных для стали,. коэффициент температуропроводности которой а = 0,5 10 М2/с, безразмерная скорость (число Пекле) лежит в пределах от 3 до 30. Это позволяет использовать для анализа решения уравнение (2) асимптотические разложения дня больших Рс.

Частотная характеристика температурного поля в центре пятна нагрева имеет вид .Я ьз „2

T«h = Ро — (1,— erf — ) ехр(— — ) (3)

2Р 2РС 4PС2

5 Мнимая часть частотной характеристики (3) может быть представлена следующим образом: ! Тй= — — о- - F(— ), (4)

Ре 2РС вЂ” безразмерная круговая частота, соответствующая

2 безразмерному времени Fp,.

F (z) =e 1 е dt, — интеграл вероятности.

-хГ т

Функция F(z) имеет максимум, по частоте

15 которого ы можно провести оценку постоянной временйтспловых процессов в пятне нарева 9т

0 = «У (5)

Или с учетом парамстрОВ тсхнологичсскОГО процесса:

1 (6) т,РЧМ

С другой стороны, величина постоянной

25 времени 0 может быть наидена по результатам измерения внешних электрических характеристик сварочной дуги при наложении на постоянный ток дуги малого (2 — 5% от значения сварочного тока) синусоидального возмущения.

3о Она определяется как величина, обратная частоте максимума мнимой частотной характеристики компмксного сопротивления сварочной дуги по переменной составляющей

2(I ) = и„(!ы)/!(!я), 35 где 0(М) — комплекстное значение переменной составляющей напряжения дуги;

i+i«h) — комплексное значение тока переменной составляющей тока

40 дуги.

При этом частота синусоидального возмущения выбирается таким образом, чтобы

0,1 < «19. < 10. Для указанных параметров технологического процесса круговая частота возмущения должна изменяться в пределах от

10 до 10 рад/с.

Обозначая через 0 -постоянную времени

Ч

Т нагрева изделия, определяемую экспериментально по результатам измерения переменных составляющих тока и напряжения дуги, получаем

8 =Sg (6)

ИЛИ . 3

М=1.— !— =! Ш, (7) п Ч1Э sr Ч

55 3 где « „— частота максимума L(i ), определяемая по результатам измерения переменных составляющих тока и. напряжения дуги.

5 742064

Диаметр пятна нагрева при сварке связан коэффициентом сосредоточенности соотношением

346 (8} н М а диаметр пятна нагрева (следовательно, и коэффициент сосредоточенности) зависит от длины дути.

Таким образом, изменяя длину дуги, можно стабилизировать значение коэффициента сосредоточенности теплоисточника, при дуговой сварке наплавляющимся электродом на постоянном токе.

На чертеже приведена схема для реализации данного способа.

Способ регулирования процесса сварки осу- 15 ществляется следующим образом.

Электрическая дуга 1 возбуждается и поддерживается между неплавящимся электродом 2 и свариваемым изделием 3. Постоянный ток сварки обеспечивается источником 4. Опреде- 20 ление средней мощности теплоисточника производится с помощью блока 5, на который поступае-. сигнал, пропорциональный току и напряжению дуги. Выходной сигнал блока 5 используется для управления источником 4 пи- 25 тания.

Для наложения малого синусондального возмущения переменной частоты используется модулятор 6 тока. На измеритель 7 мнимой частотной характеристики поступают перемен- 30 ные составляющие тока и напряжения дуги.

Блок 8 фиксации максимума мнимой частотной характеристики комплексного сопротивления сварочной дуги позволяет определить частоту cg . Выходной сигнал блока 8 используется для формирования управляющего воздействия на устройство 9 перемещения электрода

Для реализации предлагаемого способа управления источник питания поддерживает та- 40 кой ток дуги, чтобы обеспечить требуемое значение мощности P = Ul.

При отклонении величины Ul от установленного значения изменяется величина сварочного тока. 45

Отклонение величины коэффициента сосредоточенности теплоисточника от установленного значения корректируется за счет изменения длины дуги путем перемещения электрода по высоте относительно изделия. Сигнал, управляющий перемещением электрода, формируется с использованием величины с „, вырабатываемой блоком фиксации частоты максимума.

Предлагаемый способ позволяет осуществить регулирование процесса сварки тонкостенных изделий как по величине средней (интегральной) мощности, так и с учетом распределения плотности теплового потока но пятну нагрева, что необходимо при сварке на повышенных скоростях. Применение предлагаемого способа дает возможность обеспечить заданное распределение температуры по сечению сварного шва, следовательно, позволяет получить требуемые геометрические и механические характеристики сварного соединения и, в конечном счете, повысить качество сварного соединения.

Формула изобретения.

Способ регулирования процесса сварки тон-, костенных изделий на повышенных скоростях, при котором контролируют интегральные характеристики сварочной дуги путем измерения тока и напряжения дуги с последующим изменением мощности пятна нагрева, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения ка-. чества регулирования и стабилизации геометрических характеристик путем заданного распределения температуры по сечению шва, в качестве параметра регулирования используют значение частоты максимума мнимой частотной характеристики комплексного сопротивления обратно пропорциональное диаметру пятна нагрева, получаемого путем наложения на ток дуги малого гармонического возмущения пе ременной частоты, и измерения мнимой части комплексного сопротивления электрической дуги по переменным составляющим тока и напряжения, с последующим определением частоты максимума мнимой частотной характеристики комплексного сопротивления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Патент Франции 1Р 2235753, кл. В 23 К 9/00, 1975.

742064

Составитель Т. Тютченкова

Техред М.Петко Корректор Е. Папп

Редактор С. Патрушева,Заказ 3565/3

Тираж 1160 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4