Способ регулирования процесса электродуговой сварки

Способ регулирования процесса электродуговой сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОЙИ ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«ii791478 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Зая ален о 11.04.78 (21) 2602519/25-27 с присоединением заявки K (23) П р нор итет (51)M. Кл.

В 23 К 9/00

В 23 К 9 »16

В 23 К 9/16

В 23 К 9/14 (53) УДК 621.791. .755 (088,8) 1ооудерстеенный комитет ао делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.12.80, Бюллетень М 48

Дата опубликовании описания 30 12 80 (72) Авторы изобретения

10. Н. Корнеев, В. А. Букаров, 10. С. Ищенко (7!) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ЭЛВктрОДУ1 свой СВАРКИ

Изобретение относится к способам регулирования размеров проплавления в процессе сварки, в особенности стыковых соединений, проникающей дугой и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства.

В химической, энергетической, авиа-, ракето5 строении, судостроительной и других отраслях народного ".îçÿéñòâà, где предъявляются повышенные требования к проплавлению металла, формированию шва, деформациям свариваемого то изделия.

В наибольшей степени перев»сле»»ные требования удовлетворяются при использовании сварки проникающей дутой. В этом случае прониканпе дуги на всю толщину свариваемого стыка обеспечивает равномерное введение тепла по толщине металла, меньший объем переплавляемого металла, большую производительность и лучшее качество сварки.

Опыт показывает, что качество сварки стыко- @ вых соединений, ocoGOHHo трубных конструкций, во многом зависит от точности фиксирования момента выхода факела дути с обратной стороны стыка. При преждевременном отключен тока или начале перемещения дуги возможен непровер, а при задержке времени отключения тока или начала перемещения дуги — наплыв и выброс металла во внутреннюю полость трубы.

Известен способ определения момента выхода факела дуги с обратной стороны стыка путем регистрации тока, проходящего между стыком н регистрирующим стержнем, устанавливаемым под ним (11.

Этот способ непригоден при сварке стыков труб в монтажных условиях, когда доступ во внутреннюю полость затруднен.

Известен также способ регулирования сварочного процесса по»»эх»ене»п»ю утла наклона выходящего со стороны проплава факела дуги с использованием фотоэлемента (2, 3, 4).

Недостаток способа аналогичен недостаткам описанного способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению являет. ся способ регулирования процесса электродуговой сварки по интенсивности светового излучения зоны сварки, при котором момент сквозного проникания дуп» определяют по появле3 791478 нию низкочастотной переменной составляющей излучения с увеличенной амплитудой (5).

Недостатки этого. способа следующие.

Близкое расположение фотодатчика к дуге приводит к нагреву фотоэлемента и частому выходу его из строя.

Значение сигнала существенно зависит от ориентации фотоэлемента относительно столба дуги и возникающие флуктуации ее искажают сигнал.

t0

Необходимость измерения в зоне со строго определенной плошадью приводит к искажению сигнала фотоэлемента при загрязнении светового окна световода, что в итоге не позволяет получить высокое качество сварных швов.

Целью изобретения является повышение качества сварных швов путем повышения точности определения момента сквозного проникания дуги и обеспечения дистанционного управления процессом сварки.

Это достигается тем, что в способе регулирования процесса электродуговой сварки по интенсивности излучения зоны сварки, при котором момент сквозного проникания дуги определяют по появлению низкочастотной переменной составБ ляющей излучения с увеличенной амплитудой, в качестве переменной составляющей используют электромагнитные волны с частотой 10—

1Pз

Для повышения точности определения момен30 та сквозного проникания дуги при сварке стыковых соединений. частоту электромагнитных волн определяют из условия: где Ь вЂ” толщина металла, см;

q — максимальный удельный теплоm вой поток дуги в кал/см .

Х вЂ” коэффициент теплопроводности 1g в кал(град с см;.

T„„температура плавления металла, С.

На фиг. 1 представлена блок-схема устрой-тва для осуществления способа; на фиг. 2 а, б, в, r, - последовательные . этапы процесса взаимодействия плазмы дуги с металлом при сквозном проплавлении стыковых со; единений; на фиг. 3 — осциллограмма, отражающая взаимодействие плазмы дуги с металлом в различные моменты импульса тока; на фиг. 4 — зависимость частоты электромагнитных волн от материала и глубины провара (толщнны металла). устройство состоит иэ сварочной горелки 1, соединенной через устройство (блок) 2 для регулирования параметров режима с минусовым полюсом источника 3 питания, плюсовой полюс которого подключен к свариваемому изделию 4..4

Излучаемые плазменной дугой 5 электромагнитные волны 6 попадают на магнитнуюантенну 7, связанную с блоком 8 усиления. Блок 8 уси- ления через блок 9 регистрации частоты и амплитуды сигнала соединен с блоком 10 управления, который в свою очередь подключен к устройству (блок) 2 для регулирования параметров режима, На фиг. 2, 3 и 4 обозначено следующее: Т, — амплитуда и период колебания электромагнитных волн в начале импульса тока, что соответствует моменту, показанному на фиг. 2, б. Т2 — амплитуда и период колебания электромагнитных волн в про,цессе проплавления, см,фиг. 2,в;

33Ò вЂ” амплитуда и период колебания сигнала в момент сквозного проплавления (см. фиг. 2,г); — длительность импульса тока;

t — время протекания процесса;

4 — амплитуда электромагнитных волн в момент сквозных проникновений при настройке колебательного контура в резонанс с частотой генерируемых электромагнитных волн; б — толщина свариваемого материала (глубина провара);

l — область, в которой отсутствует проплавление металла;

II — область проплавления металла на различную глубину;

Ill — область, в которой наступает прожог при сквозном и некачественное формирование шва при несквозном проплавлении стыковых соединений.

Способ осуществляют следующим образом.

Возбуждают дугу 5 между изделием 4 и горелкой 1. Тепловая мощность дежурной дуги не обеспечивает заметного проплавления металла (см. фиг. 2, а), и амплитуда электромагнитных волн б очень мала (фиг. 3, а). Т.е. режим дуги 5 лежит в области 1 (см. фиг. 4).

Затем накладывают импульс тока, что приводит к существенному увеличению тепловой мощности дуги. В результате чего начинает расти глубина проплавления (фиг. 2, г) до сквозного проникания. Опыты показали, что углубление плазмы в металл осуществляется неравномерно: периодически за углублением следует закрытие канала в сварочной ванне и выход плазмы на ее поверхность. Подобная дискретность проплавления металла вызывает дискретное формоизменение столба дуги, а.это. в свою очередь приводит к возникновению электромагнитных волн б, излучаемых плазмой. Экспе., 791478 т = 10с— и

,=33 Гц—

49

Описываемый способ регулирования сварочного процесса позволил разработать надежную дистанционную систему автоматического регулирования по глубине проплавления металла. Значительно возросла точность регистрации проникания дуги на всю толщину свариваемого металла независимо от помех эа счет ориентации датчика на дугу, изменения его температуры и т.д. В дальнейшем этот способ может быть использован при плазменной, электроннолучевой и лазерной сварке, так как во всех перечисленных способах возникают электромагнитные волны из-за дискретного характера проплавления металла. Регистрация момента выхода источника тепла со стороны проплава во всех перечисленных способах улучшит качество сварки в начале шва, что является сушественной проблемой в настоящее время. Использование этих методов сварки стыков труб значительно повыриментально было установлено, что с увеличением глубины проплавления, возрастает ампли туда а и уменьшается частота электромагнитных волн 6, Генерируемые плазмой дути электромагнитные волны 6 регистрирует магнитная антенна 7, и сигнал поступает в блок 8.

Усиленный сигнал поступает в блок 9, где фильтры, настроенные на вполне определенную частоту, соответствующую заданной глубине проплавления, обеспечивают прохождение в блок 10 сигнала указанной частоты. В блоке

10 сравнивают амплитуду поступившего сигнала и эталонного. В зависимости от их рассогласования регулируют параметры режима сварки. На основе обработки опытных данных и излучения динамики проплавления металла дутой была получена эмпирическая формула связывающая частоту f электромагнитных волн с максимальным удельным тепловым потоком дуги q толщип1 ной (глубиной) 5 проплавляемого металла и

его теплофизическими свойствами P. — коэффициент теплопроводности, Т вЂ” темдература пл плавления металла). Представленные на фиг. 4 графики позволяют в системе координат f — Б разграничить три области:

1 — область, в которой отсутствует заметное проплавление металла;

I I — ооласть нормального проплавления;

l I! — область некачественного формирования шва и прожогов. Поэтому при выборе частоты электромагнитных волн, регистрируемых блоком 9, необходимо учитывать физическую возможность осуществления требуемого проплавления металла дутой в соответствии с областями I, ll, Ill. Кроме того, как было установлено, при обеспечении проплавления,металла глубиной (толщиной), близкой к lмм,,частота электромагнитных волн резко возрастает и приближается к частоте радиоволн. В то же время на этих частотах резко возрастает уровень радиопомех, что не позволяет достоверно определять необходимые размеры проплавления, Опыты показали, что пропорциональность частоты электромагнитных волн глубине (толшине) проплавления соблюдается до значений частот

10 Гц. Значительно уменьшается точность оцз ределения глубины (толщины) проплавления, во-первых, с увеличением абсолютных значений ее, а во-вторых, с уменьшением регистрируемой частоты электромагнитных волн. Экспериментально было установлено, что регистрируемая частота электромагнитных волн ие должна быть менее 10 Гц. При меньших частотах ошибка в определении глубинь1 (толщины) проплавления металла превышает 50 — 60%, что является неприемлемым для систем автоматического регулирования (CAP) При сварке стыковых соединений прочикаюшей дутой можно значительно повысить точность регистрации момента сквозного проника ния дуги путем настройки антенны 7 на резонансную частоту, определяемую по формуле

9чп ф-(0 . В этом случае в 2 — 3

М, раза (фиг. 3, г — пунктирная линия) щ возрастает амплитуда регистрируемых электромагнитных волн, а это в свою очередь повышает работоспособность CAP.

Пример осуществления способа.

Способ осуществлен при импульсной аргоино1 дуговой сварке проникающей дугой стыковых соединений толщиной 3 и 4 мм из стали

12Х18Н10Т. Сварку осуществляли на. следующем режиме.

3и = 380 А — ток в импульсе; щ 3 = 20 А — ток дежурной дуги;

= 3 мм — длина дУги;

= 3 мм — диаметр вольфрамового электрода;

9 = 20 — угол заточки электрода;

2$ dH =0,5 мм диаметр притупления эгектрода; длительность паузы; регистрируемая частота электромагнитных волн для толщи30 ны свариваемого металла 3 мм;

f =24 Гц — то же, для толщины 4 мм.

При сварке металла толщиной 3 мм регистрировали частоту 33 Гц, в момент сквозного проникновения дуги амплитуда регистрируемого сигнала возрастала в 3 раза, что позволило бло3% ку 10 точно регистрировать выход факела дуги со стороны проплава, а блоку 2 прерывать импульс тока. Аналогично происходило при сварке стыковых соединений толщиной 4 мм

79)478 сит производительность изготовлении трубных конструкций.

В среднем при применении проникаюшей импульсной и плазменной дуги для сварки стыков труб изобретение позволит поднять производительность, не снижая качества, в 2 — 3 раза.

Это, в свою очередь, снизит затраты защитного газа, уменьшит количество необходимого для определенного объема работ сварочного оборудования, Формула изобретения

1. Способ регулирования процесса электродуговой сварки по интенсивности излучения зоны сварки, при котором момент сквозного прони: а.гия дуги определяют по появлению низкочастотной переменной составляющей излучения с увеличенной амплитудой, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения качества сварных швов путем повышения точ. ности определения момента сквозного проникания дуги и обеспечения дистанционного управления процессом сварки, в качестве. переменной составляющей используют электромагнитные волны с частотой 10 — 10 Гц.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю ш к и с я тем, что, с целью повышения точности определения момента сквозного проникания дуги при сварке стыковых соединений, частоту электро5 магнитных волн определяют иэ условия

+m (

IT7 толщина металла в см, максимальный удельный тепловой поток дуги в кал/см . с;

Х вЂ” коэффициент теплопроводности в кал/град с см;

Т вЂ” температура плавления металла, С.

15 Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе

1. Steffens Н. 0. "Automatic control for

plasma are Welding noith constant Peyhole

diametr йelding Jonrnal N б, 1972., щ 2. Патент США N 3496327, кл. 219 — 127, 1968.

3. Патент GIIA Р 3335254, кл. 219 — 60, 1965.

4. Патент США И 3602683, кл. 219-121, 25 . 1969.

5. Авторское свидетельство СССР по заявке

У 2359167, кл. В .23 К 9/10, 1976.

791478

1гч

Составитель Г, Квартальнова

Редактор Т, Морозова Техред M. Табакович

Корректор О. Билак

Заказ 9350/11 Тираж 1160 Поднисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобрете кй и открытий

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

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