СПОСОБ ОЦЕНКИ СТАБИЛЬНОСТИ ГОРЕНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ Российский патент 1996 года по МПК B23K31/12 B23K9/73 

Изобретение относится к области ручной дуговой сварки покрытыми электродами и может быть использовано для оценки стабильности горения сварочной дуги для электродов любой марки.

Известен способ оценки стабильности горения сварочной дуги, основанный на определении среднего значения длины дуги в момент ее разрыва [1] Причиной недостижения технического результата в данном аналоге является существенное искажение значений разрывной длины дуги при вертикальном положении электрода, когда некоторые капли расплава не успевают оторваться от торца электрода.

Наиболее близким к предлагаемому является способ оценки стабильности горения сварочной дуги, который принимается за прототип [2]
По способу Мазеля А. Г. колебания сварочного тока оценивают по количеству коротких замыканий в единицу времени. Характер переноса металла и изменение сварочного тока изучают при помощи скоростной киносъемки теневым методом, совмещенной с осциллографированием. Причиной недостижения технического результата в способе Мазеля А. Г. является сложность обработки осциллограмм и большая неточность результатов в связи с этим. Кроме того, киносъемке переноса металла мешает втулка из покрытия, образующаяся на торце электрода. Вследствие этого в известном способе приходилось искусственно удлинять дугу, что нарушает нормальный перенос металла и, следовательно, искажает данные о стабильности горения дуги.

Задача изобретения создание методики точной экспресс-оценки стабильности горения дуги при сварке покрытыми электродами на постоянном токе и количественного критерия оценки свойств электродов, основанного на характеристиках горения дуги.

Технический результат повышение точности и уменьшение времени оценки стабильности горения дуги при сварке покрытыми электродами.

Технический результат достигается тем, что процесс горения электрода и перенос металла контролируется системой измерения амплитудно-временных параметров переменной составляющей сварочного тока
Отличительными признаками предлагаемого способа, по сравнению с прототипом, является то, что переменная составляющая сварочного тока усиливается, выделяется огибающая импульсов этой переменной составляющей, после чего определяется амплитуда огибающей. По измеренным значениям амплитуды огибающей колебаний сварочного тока оценивают проводимость межэлектродного промежутка и, следовательно, горения сварочной дуги.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 и 3 приведены результаты измерения амплитуды колебаний переменной составляющей сварочного тока для электродов на базе марки МР-З, различающихся составoм (соответственно варианты А и В ).

Способ реализуется следующим образом: источник питания 1. включенный на жесткую характеристику, вырабатывает ток, который обеспечивает горение дуги 2 при сварке плавящимся электродом 3 по изделию 4. Ток дуги, проходя через шунт 5, формирует на нем падение напряжения, пропорциональное сварочному току. Напряжение со сварочного шунта 5 подается на вход усилителя 6 сварочного тока, который выделяет переменную составляющую. Сигнал с выхода усилителя 6 подается на вход амплитудного детектора 7, на выходе которого образуется огибающая сигнала, и после амплитудного детектирования фиксируется цифровым вольтметром 8.

Переменная составляющая сварочного тока представляет собой последовательность импульсов длительностью 20-50 мс и частотой следования порядка 10 Гц. Эти импульсы являются следствием изменения сопротивления межэлектродного промежутка в результате динамических процессов, связанных с переносом металла с плавящегося электрода в сварочную ванну. Детектирование переменной составляющей сварочного тока осуществляется с целью выделения огибающей импульсов. Амплитуда огибающей импульсов позволяет с высокой точностью оценить стабильность процесса горения сварочной дуги. Минимальная амплитуда и минимальная частота огибающей импульсов переменной составляющей сварочного тока соответствуют наиболее стабильному процессу горения дуги.

Опробование способа осуществляли при сварке плавящимися электродами марок МР-3, О3С-4 диаметром 4 мм пластин из стали Ст.3 толщиной 5 мм с использованием следующего оборудования: сварочный автомат типа АДС-1000-2 системы АРНД, источник питания ВДУ-506-УЗ с жесткой характеристикой, балластный реостат РБ-300-1, цифровой вольтметр В7-16. Кроме того, использовали усилитель постоянного тока с полосой пропускания 0,5.50000 Гц и коэффициентом усиления Ку 60, а также амплитудный детектор с постоянной времени детектирования порядка 10^-1c.

Параметры режима сварки были следующими: сварочный ток 135 А, напряжение дуги 22 В, скорость сварки 19 мм/сек.

Результаты измерения амплитудно-временных характеристик горения дуги для двух электродов на базе состава МР-3 представлены на фиг.2 и 3 в виде гистограмм амплитуды колебаний переменной доставляющей сварочного тока.

Статистическая обработка результатов измерения амплитуды огибающей импульсов переменной составляющей сварочного тока заключалась в определении математического ожидания и дисперсии плотности вероятности огибающей колебаний Р(х). Кроме того, вычисляли коэффициенты асимметрии и эксцесса этой функции для оценки близости экспериментального распределения к нормальному.

Для вычисления математического ожидания М и дисперсии Д использовали следующие статистические формулы:


где N число измерений параметра Xi.

Для вычисления коэффициента асимметрии А, который характеризует скошенность графической функции распределения плотности вероятности, использовали формулу:

Коэффициент эксцесса, вычисленный по формуле:

характеризует степень остроты пика кривой Р(Х) в сравнении с функцией нормального распределения.

Статистические характеристики M, D, A и Е распределения амплитуды для указанных электродов А и В приведены на фиг.2 и 3 соответственно.

Для электрода А зафиксировано низкое значение математического ожидания и дисперсии, а также незначительное отклонение функции распределения от нормальной по параметрам А и Е. Процесс горения дуги этого электрода характеризуется устойчивоcтью, малым разбрызгиванием, дуга не плавает.

Для электрода В получены высокие значения математического ожидания и дисперсии, а также отрицательное значение эксцесса. Горение дуги этого электрода нестабильно, образуется втулка из покрытия на торце электрода, повышено разбрызгивание.

Таким образом, анализ результатов измерения амплитудно-временных характеристик горения сварочной дуги, зафиксированных с помощью предлагаемой методики, позволил установить количественные критерии оценки стабильности горения дуги и ионизирующей способности электродов на базе марки МР-3.

При среднестатистическом значении амплитуды переменной составляющей сварочного тока в интервале до 7А процесс горения устойчивый, без разбрызгивания; от 7 до 10А процесс горения дуги малоустойчивый, дуга плавает, повышается разбрызгивание, образуются козырьки из покрытия: свыше 10 А процесс нестабильный, дуга горит жестко, образуются втулки из покрытия, высокое разбрызгивание.

Таким образом, предлагаемый способ измерения амплитудно-временных параметров переменной составляющей сварочного тока позволяет с высокой точностью, без нарушения нормального переноса металла оценить стабильность горения сварочной дуги. ЫЫЫ2

Использование: для оценки стабильности горения дуги электродов любой марки. Сущность способа: оценка стабильности горения дуги заключается в том, что в сварочном токе выделяют переменную составляющую, которую затем амплитудно детектируют. После этого измеряют амплитуду полученного детектированного сигнала. Стабильность горения сварочной дуги оценивают по измеренному значению амплитуды детектированного сигнала. Способ измерения амплитудных параметров переменной составляющей сварочного тока позволяет с высокой точностью, без нарушения нормального переноса металла, а также с минимальными затратами времени оценить стабильность горения сварочной дуги. 3 ил.

Способ оценки стабильности горения сварочной дуги, включающий измерение параметров сварочного тока, отличающийся тем, что в сварочном токе выделяют переменную составляющую, которую затем амплитудно детектируют и измеряют амплитуду полученного детектированного сигнала, а стабильность горения сварочной дуги оценивают по измеренному значению указанной амплитуды, находящемуся в обратно-функциональной зависимости от оцениваемой стабильности горения сварочной дуги.