Способ регулирования процессадуговой сварки

Способ регулирования процессадуговой сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1ц79373!

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.12.78 (21) 2701359/25-27 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 07.01.81 (51) M. Кл.

В 23 К 9/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.791.75 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. А. Букаров, Н. А. Фролова и Ю. С. Ищенко (71) Заявитель

®ПТБ (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДУГОВОЙ

СВАРКИ 0-4 38eerp

Изобретение относится к способам регулирования размеров проплавления при дуговой сварке стыковых соединений без разделки кромок неплавящимся электродом в среде защитных газов и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства.

В химическом, энергетическом машиностроении, авиа-, ракето-, судостроении и других отраслях народного хозяйства при сварке ответственных конструкций предьявляются повышенные требования к качеству швов, не допускаются непровары, черезмерные усиления шва в корне, наплывы ит.д.

В наибольшей степени перечисленным требованиям удовлетворяет дуговая сварка неплавящимся электродом в среде защитных газов и особенно получившая широкое распространение сварка импульсной дугой.

В этом случае сравнительно простое и дешевое оборудование позволяет сваривать соединения из аустенитных и легированных сталей, спецсплавов, магниевых, титановых и алюминиевых сплавов, обеспечивая высокие показатели сварных соединений.

Опыт показывает, что качество сварки стыковых соединений без разделки кромок, особенно неповоротных стыков труб, во многом зависит от точного фиксирования момента наступления сквозного провара в начале процесса, а при импульсной сварке в течение каждого импульса тока. При преждевременном включении перемещения

5 дуги или окончании импульса возможны непровары, а при задержке времени начала перемещения или окончания импульса черезмерное усиление шва, наплывы со стороны проплава.

10 Гарантированное и стабильное качественное проплавление стыкового соединения можно добиться при использовании систем автоматического регулирования проплавления, при которых параметры режима свар15 ки регулируют по сигналу о реальных значениях размеров проплавления.

Известен способ импульсной дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов соединений с буртом или

20 отбортовкой, при котором длительность импульса в процессе сварки регулируют путем отключения источника питания при достижении заданного напряжения на дуге, соответствующего полному оплавлению бур25 та и провару (11.

Недостатки этого способа заключаются в том, что, во-первых, необходимо выполнять бурт, так как при поверхностной дуге без бурта изменения напряжения незначительны, а, во-вторых, напряжение дуги зависит

793731

65 от многих неконтролируемых параметров режима (от обгорания неплавящегося электрода, состава защитного газа, наличия загрязнений на поверхности металла и т. д.).

Перечисленные факторы вызывают нестабильность сигнала о проваре, а следовательно, нестабильность качества сварного шва.

Известен способ контроля режима дуговой сварки плавящимся электродом, при котором определяют время между обрывами дуги и об окончании переходного процесса судят по увеличению пауз между обрывами, причем время, принимаемое за эталон, выбирают как среднестатическое, зависящее от марки электрода, металла и электрических параметров сварочной цепи (2).

Недостатки этого способа заключаются в том, что он применим лишь для плавящегося электрода и осуществляется при наличии обрывов дуги. Оба перечисленных фактора не допускаются при сварке ответственных конструкций.

Известен также способ автоматического регулирования процесса дуговой сварки, при котором сквозное проплавление стыкового соединения определяют с учетом вероятных колебаний параметров дуги, в частности по осредненным произведениям отклонений электрической мощности дуги, измеряемой с интервалом времени не менее времени колебаний жидкого металла сварочной ванны и не более времени существования ванны 13).

Однако этот способ применим при сварке проникающей дугой; при поверхностной дуге изменения мощности незначительны, а следовательно, точность определения сквозного провара низкая; изменения мощности могут возникнуть из-за обгорания электрода, изменения состава защитного газа, и т. д., что вызовет искажение сигнала и соответственно снизит точность определения сквозного провара.

Целью изобретения является повышение точности регулирования начала процесса при сварке стыковых соединений со сквозным проваром поверхностной дугой.

Для достижения этой цели в предлагаемом способе регулирования процесса дуговой сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом, при котором сквозное проплавление определяют с учетом вероятных отклонений параметров дуги, фиксируют меняющееся местоположение зоны активного пятна дуги с максимальной плотностью тока и сквозное проплавление определяют по моменту прекращения блуждания зоны активного пятна и расположению ее в центре ванны соосно электроду, регистрируя, например, максимальную интенсивность излучения одной линии, выделенной из спектра испаряемых металлов в

45 активном пятне или яркосветящуюся зону в пятне дуги.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 — местоположения яркосветящейся зоны активного пятна дуги при неполном (а) и сквозном (б) проплавлении стыкового соединения; на фиг. 3 — характерные кривые распределения интенсивности испарения металла в активном пятне, по крайней мере интенсивности излучения одной линии, выделенной из спектра испаряемых металлов в пятне.

Блок-схема содержит неплавящийся электрод 1, соединенный через блок 2 для регулирования параметров режима с минусовым полюсом источника питания 3, плюсовой полюс которого подключен к свариваемому металлу 4. В активном пятне 5 дуги

6 на свариваемом металле 4 выделяемое тепло расплавляет металл, образуя ванну

7. Излучение от зоны 8 с максимальной плотностью тока активного пятна 5 дуги 6 (яркосветящаяся зона с максимальной интенсивностью испарения металла) через световод 9, фокусирующую линзу 10 и светофильтр 11 попадает на фотоэлемент 12.

Фотоэлемент 12 одним концом заземлен, а другим связан с блоком 13, регистрирующим переменную составляющую излучения зоны 8. Блок 13 через усилитель 14 связан с блоком 2 для регулирования параметров режима.

На фиг. 2, а цифрой 15 обозначена твердая граница данной поверхности сварочной ванны 7, а на фиг. 2,б — 16 — граница ванны 7 газ — жидкость; на фиг. 3 — 17, 18, 19 — характерные кривые распределений интенсивности излучения одной из линий спектра испаряемого металла по поверхности пятна 5 в различные моменты времени.

На фиг. 1, 3 введены следующие обозначения:

Х,„ — направление скорости сварки;

1; — интенсивность излучения испаряемого металла;

d, — диаметр электрически активного пятна 5 дуги 6 на свариваемом металле 4; ть т,т " — времена наростания интенсивности излучения одной из линий спектра испаряемого металла при сканировании активного пятна 5, регистрируемые фотоэлементом 12 в различные моменты времени; т, т, т " — времена спада интенсивности излучения аналогично вышеописанному.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Между неплавящимся электродом 1 и свариваемым металлом 4 возбуждают дугу

6. Тепловая энергия, выделяемая в активном пятне 5, расплавляет металл, образуя

793731 ванну 7. Поскольку плотность жидкого металла р„меньше плотности твердого р„, то объем жидкого металла V превышает расплавленный объем твердого металла

V, т. е. Ч =V„p". Это приводит к

Рж тому, что поверхность ванны 7, соприкасаемая с дугой 6, принимает выпуклую форму (фиг. 2, а), которая под действием давления дуги 6 непрерывно меняет свою конфигурацию, вынуждая зону 8 максимальной плотности тока дуги 6 в пятне 5 менять свое местоположение (фиг. 2, а) . Кроме того, блужданию зны 3 способствуют конвективные потоки в ванне 7, которые, возникая в зоне 8, перемещают жидкий металл вглубь ванны 7, не соприкасаясь с твердой границей 15, вызывают интенсивное обратное движение жидкого металла. Тем самым создают благоприятные предпосылки для

«бурления» металла и, следовательно, неустойчивому местоположению зоны 8 в активном пятне 5.

Количество испаряемого с поверхности ванны металла прямо пропорционально плотности тока. Поэтому в зоне 8 максимальной плотности тока имеет место максимальная интенсивность испарения металла, выражающаяся, во-первых, ярким свечением этой зоны, а во-вторых, максимальной интенсивностью излучения испаряемых металлов, например, спектральных линий

FeI, FII, Мп1 и т. д. Излучение зоны 8 через световод 9 попадает на линзу 10, где осуществляют дополнительную фокусировку.

Сфокусированный луч пропускают через светофильтр 11, выделяющий из непрерывного спектра испаряемых металлов одну из линий, например линию Мп1 с длиной волны 4045, 82А. Таким образом, фотоэлемент

12 регистрирует интенсивность излучения спектральной линии МпI. При сканировании прианодной области дуги симметрично относительно оси электрода 1, т. е. активного пятна 5, световод 9 улавливает изменение интенсивности излучения этой линии в разные моменты времени по одной из приведенных на фиг. 3 кривых (17, 18, 19).

На выходе фотоэлемента 12 ток непрерывно изменяет свое значение от 0 до максимума. В блок 13 поступают непрерывно меняющиеся значения тока 1ь т. е. переменная составляющая интенсивности излучения зоны 8. При блуждании зоны 8 переменная составляющая излучения имеет неодинаковые времена нарастания т1 (т ") и спада т (т ") тока фотоэлемента 12 и блок 13 не пропускает этот сигнал, В момент прекращения блуждания зоны 8, а он, как было установлено, наступает при сквозном проваре, зона 8 занимает место в центре ванны 7 соосно электроду 1 (фиг. 2, б).

Этому способствует провисание и образование вогнутой поверхности ванны 7. При подобном местоположении зоны 8 распре5

65 деление излучения спектральной линии

МпI занимает симметричное относительно оси электрода 1 расположение, т. е. время т равно т . Блок 13 пропускает переменную составляющую тока, которую усиливает блок 14, а блок 2 выдает команду на начало перемещения электрода 1 или на прекращение тока в импульсе.

Помимо регистрации сквозного провара системой автоматического регулирования, работа которой описана выше, предлагаемый способ можно осуществить при управлении процессом сварки вручную. Это сделать можно следующим образом. При возбуждении дуги 6 и образовании активного пятна 5 на металле 4 визуально наблюдают за местоположением яркосветящей зоны

8 в пятне 5. В момент прекращения блуждания зоны 8 включают перемещение электрода 1. Наиболее заметно момент прекращения блуждания зоны 8 связан с моментом сквозного провара при дуговой сварке стыковых соединений в нижнем положении.

Пример. Способ осуществлен при аргоно-дуговой сварке неплавящимся электродом Hpïoâoðoòíûõ стыков труб размером

Я 34Х5,0 мм из стали 12Х18Н10Т. Предварительно стыки без разделки кромок собирали на прихватках и устанавливали в специальное приспособление. Сварку осуществляли трубосварочным автоматом ОДА-2С на режиме:

Сварочный ток 90 А

Длина дуги 1,0 мм

Диаметр вольфрамового электрода 3 мм

Угол заточки электрода 20

Диаметр притупления 0,5 — 0,6 мм

Расход аргона 5 л/мин

После возбуждения дуги 6 в нижнем положении визуально наблюдали за местоположением яркосветящейся зоны 8 в активном пятне 5 дуги 6. В первоначальный момент зона 8 блуждала по пятну 5 с частотой 3 4 Гц. Сварочная ванна 7 имела выпуклую форму и непрерывно меняла свою конфигурацию. По прошествии 25сек ванна 7 приняла вогнутую форму, зона 8 заняла симметричное относительно электрода 1 и ванны 7 положение, прекратила блуждание. В этот момент включали перемещение электрода 1 и начинали сварку со скоростью 4,5 м/час. После полного оборота электродом 1 стыка трубы дугу 6 выключали и осматривали сварной шов. Во всех случаях наблюдали стабильный провар по всему периметру стыка труб.

Предлагаемый способ регулирования процесса дуговой сварки позволил точно определить момент сквозного провара в начале процесса, избежать непроваров и черезмерного усиления шва в корне. При регистрации сквозного провара предлагаемым спо793731 собом было замечено, что в последующем процессе сварки значительно возрастала стабильность провара по всему периметру, особенно стыков труб с толщиной стенок более 3 мм. Это вероятно связано с тем, что предлагаемый способ позволяет точнее определить время окончания переходного процесса и установление квазистационарных размеров ванны. Кроме того, квазистационарные размеры ванны свидетельствуют 10 об установлении квазистационарных конвективных потоков в ванне, которые не в состоянии реагировать на случайные быстроменяющиеся условия или изменения параметров режима сварки. 15

Предлагаемый способ позволит также разработать систему автоматического регулирования проплавления металла при сварке стыковых соединений поверхностной дугой, в том числе при сварке импульсной 20 дугой. Применение импульсной дуги с автоматическим контролем провара позволит отказаться от послесварочного контроля, а это значительно снизит затраты на него.

Только при отказе от рентгеноконтроля эко- 25 номический эффект составит 100 — 1500тыс. руб. в год.

Формула изобретения

1. Способ регулирования процесса дуговой сварки в среде защитных газов неплавящпмся электродом, при котором определяют сквозное проплавление с учетом вероятных колебаний параметров дуги, отличающийсяя тем, что, с целью повышения точности регулирования начала процесса преимущественно при сварке в нижнем положении поверхностной дугой, фиксируют меняющееся местоположение зоны активного пятна дуги с максимальной плотностью тока и сквозное проплавление определяют по моменту прекращения блуждания зоны активного пятна и расположению ее в центре ванны соосно электроду.

2. Способ по п. 1, отлича ю щийся тем, что момент прекращения блуждания зоны активного пятна определяют по максимальной интенсивности излучения одной из линий, выделенной из спектра испаряемых металлов в активном пятне.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что момент прекращения блуждания зоны активного пятна определяют путем регистрации яркосветящейся зоны в пятне дуги.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство № 248108, кл. В 23 К 9/16, 1968

2. Авторское свидетельство № 590097, кл. В 23 К 9/00, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР № 508535, кл. В 23 К 9/10, 1974.

793731 Ъг. д

Составитель Г. Тютченкова

Техред В. Серикова

Корректор В. Ахрем

Редактор И. Гохфельд

Т11пография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2724(7 Изд. № 119 Тираж 1160 Подписное

НПО «Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4(5