СПОСОБ ДВУХДУГОВОЙ СВАРКИ Российский патент 1997 года по МПК B23K9/08 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при двухдуговой сварке на повышенных скоростях длинномерных стыков, в частности труб.

Известен способ сварки длинномерных стыков с автоматическим регулированием глубины проплавления [1] В этом способе используют одну сварочную горелку, позади которой на определенном расстоянии от нее выбирают на сварном шве контролируемое сечение, замеряют его ширину и в этом же сечении измеряют температуру в центре поверхности шва. Поддержание постоянной глубины проплавления осуществляют воздействием на ток с учетом разницы измеренной и расчетной величин ширины шва.

Этот способ обеспечивает стабильную глубину проплавления кромок, но не позволяет получить качественный сварной шов, особенно при повышенных скоростях сварки, из-за действия технологических возмущений, которые приводят к возникновению дефектов формы в виде подрезов и грата.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ двухдуговой сварки [2] при котором первой дугой проплавляют на требуемую глубину кромки заготовки, а второй дугой, помещенной в квадрупольное магнитное поле, создаваемое магнитной системой, переплавляют наружный слой сварного шва. При этом силовые линии квадрупольного магнитного поля, перпендикулярные оси шва, направлены против часовой стрелки при горении дуги на прямой полярности.

Недостаток прототипа заключается в том, что при повышенной скорости сварки не исключаются также дефекты формы шва, как недопустимые величины грата и нестабильность глубины проплавления, так как вторая горелка имеет величину сварочного тока, значительно меньшую, чем первая горелка и обладает проплавляющей способностью, достаточной только для переплава тонкого поверхностного слоя шва. С помощью внешнего квадрупольного магнитного поля, создаваемого магнитной системой на второй горелке, происходит лишь заглаживание подрезов, образовавшихся после первой горелки, но влияния второй горелки на снижение грата и на величину глубины проплавления не происходит.

Изобретение позволяет повысить производительность сварочного процесса и качество сварного шва путем повышения стабильности проплавляющей способности дуги и предотвращения образования внутреннего грата при повышенной скорости сварки.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе двухдуговой сварки, при котором первой дугой проплавляют на требуемую глубину кромки заготовки, второй дугой, помещенной в квадрупольное магнитное поле, составляющие силовых линий которого, перпендикулярные оси шва, направлены против часовой стрелки при горении дуги на прямой полярности, переплавляют наружный слой, первую дугу также помещают в квадрупольное магнитное поле и автоматически корректируют величину тока в обмотках магнитной системы в зависимости от разности измеренного и расчетного значений коэффициента сосредоточенности теплового потока дуги в направлении оси OY. Коэффициент сосредоточенности и силу тока в обмотках магнитной системы определяют по нижеприведенным формулам


измеренный коэффициент сосредоточенности теплового потока дуги по оси OY (фиг.1);
расчетный коэффициент сосредоточенности теплового потока дуги по оси OY;
l_n измеренная величина ширины шва, мм;
I сварочный ток, (А);
расчетная величина тока в обмотках магнитной системы,(А), определяемая из выражения

l_g длина дуги, (мм) l_m расстояние от полюсов магнитной системы до изделия, мм;
V скорость сварки, мм/с;
S толщина сварочного стыка, (мм).

Заявленная совокупность существенных признаков в известных технических решениях не обнаружена, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

В источниках научно-технической и патентной информации не обнаружено технических решений, содержащих признаки, аналогичные отличительным признакам заявленного технического решения. Следовательно, оно имеет изобретательский уровень.

На фиг. 1 представлена схема влияния магнитного поля на расплав сварочной ванны; на фиг.2 -схема осуществления способа.

При размещении первой горелки в квадрупольном магнитном поле, создаваемом магнитной системой, в процессе сварки скрещенные электрическое и внешнее магнитное поля создают в расплаве сварочной ванны вертикальные объемные электродинамические силы, направленные противоположно гравитационным силам, т. е. создают условия пониженной гравитации (фиг.1). Объемная плотность электродинамических сил или сила Лоренца F_z равна электронному произведению плотности тока I_x в сварочной ванне и магнитной индукции внешнего квадрупольного магнитного поля B_y, т. е. F_z J_x(195)B_y. Причем все три величины взаимно перпендикулярны, что позволяет предотвратить образование внутреннего грата на повышенных скоростях сварки.

Одновременно с ростом тока в обмотках магнитной системы в процессе сварки возрастают плотности тока и мощности. При этом имеет место уменьшение площади анодного пятна при сварке, что ведет к увеличению проплавляющей способности дуги, регулирование которой осуществляется исходя из допустимого значения величины внутреннего грата. В конечном счете это приходит к повышению стабильности проплавляющей способности дуги.

Влияние магнитного поля на распределение тепловой энергии дуги в зоне сварки в направлении оси OY выражено через коэффициент сосредоточенности теплового потока дуги К_ТУ.В зависимости от разности осуществляется управление величиной грата путем автоматического регулирования тока в обмотках магнитной системы, причем система автоматического регулирования позволяет достигать величены грата, равного нулю, при ΔK_ТУ, равном нулю.

Регулированием величины тока в обмотках магнитной системы от отдельного источника обеспечивается изменение индукции внешнего квадрупольного магнитного поля и соответственно изменение величены грата на повышенных скоростях сварки.

В соответствии со схемой осуществления способа (фиг. 2), при котором перед сваркой осуществляют контроль толщины ленты толщиномером 1, сформированную трубную заготовку 2 перемещают со скоростью V через последовательно расположенные горелки 3 и 4.

В горелке 3, питаемой от управляемого сварочного выпрямителя 5 и размещенной в квадрупольном магнитном поле, создаваемом магнитной системой 6, питаемой в свою очередь постоянным током от регулируемого источника 7, возбуждается дуга 8, которая расплавляет кромки трубной заготовки, образуя сварной шов 9.

Во второй горелке 4, питаемой от сварочного выпрямителя 10 и размещенной также в квадрупольном магнитном поле, создаваемом магнитной системой 11, питаемой от источника постоянного тока 12, возбуждается вторая сварочная дуга 13, которая переплавляет наружный слой сварного шва и устраняет подрезы и другие дефекты внешней стороны шва.

Процесс сварки контролируется датчиками скорости 14, напряжения дуги 15, тока сварки 16, телевизионным датчиком 17, изменяющим ширину шва, и пирометром 18, измеряющим температуру металла сварного шва. Сигналами с датчиков 1, 14-18, поступающими в вычислительное устройство 19 с учетом констант, хранящихся в блоке памяти 20, определяются величины управляющих воздействий по току сварки и току в обмотках магнитной системы.

Пример. Сформированные заготовки прямошовных труб ⊘ 38 толщиной 2 мм из стали 08Х18H10Т сваривали на стане 10-60 АДС. В качестве источников питания использовали управляемые сварочные выпрямители. Для первой дуги применяли горелку 1ГHА-630-11, рассчитанную на номинальный сварочный ток 630 А, в сочетании с четырехполюсной магнитной системой. Расстояние между дугами 300 мм. При этом диаметр вольфрамового электрода ВЛ 5 мм, угол заточки 60^o и диаметр притупления 0,5 мм. Двухдуговую сварку (см. фиг.1) проводили на номинальной скорости сварки V= 3,2 м/мин (при штатной скорости V 2 м/мин), сварочном токе на первой горелке I 510 А, напряжении на первой дуге U_д116,5 В, токе в катушках магнитной системы на первой горелке i_мс1 2,1 А, длине дуги 3 мм. На второй горелке постоянные значения сварочного тока I₂ 320 А, напряжение U_д2 20 В, длина второй дуги 4 мм, вылет электрода из сопла до 1 мм; в обмотках магнитной системы постоянное значение тока i_мс2= 0,8 А. Устройство обеспечивало бесперебойную работу сварочного оборудования в течении 4 ч с последующей заменой электродов. За это время ток i_мс1 изменялся на 0,4 А.

В результате удалось получить ровную поверхность сварного шва, плавное сопряжение его с основным металлом и полностью исключить грат. Полученная форма шва соответствует требованиям ГОСТ 11068-81, а показатели механических свойств сварных швов не уступает аналогичным показателям сварных швов, полученных по штатной технологии.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при двухдуговой сварке на повышенных скоростях длиномерных тонкостенных стыков, в частности труб. Сущность изобретения: при размещении обеих горелок в квадратном поле первой дугой проплавляют свариваемые кромки на требуемую глубину, автоматически регулируя проплавляющую способность дуги, исходя из допустимого значения величины внутреннего грата, представленную в формуле изобретения математическими зависимостями, а второй дугой переплавляют наружный слой сварного шва. Способ позволяет повысить производительность и качество сварки путем повышения стабильности проплавляющей способности дуги и предотвращения образования внутреннего грата. 2 ил.

Способ двухдуговой сварки, при котором первой дугой проплавляют на требуемую глубину свариваемые кромки заготовки, а вторую дугу, переплавляющую наружный слой сварного шва, помещают в квадрупольное магнитное поле, составляющие силовых линий которого, перпендикулярные оси шва, направлены против часовой стрелки при горении дуги на прямой полярности, отличающийся тем, что первую дугу помещают в квадрупольное магнитное поле, величину индукции которого корректируют в процессе сварки путем автоматического регулирования тока в обмотках магнитной системы посредством управления источником постоянного тока в зависимости от разности ΔK_TУ измеренного и расчетного значений коэффициента сосредоточенности теплового потока дуги и каждое из значений коэффициента определяют зависимостями


где е_и измеренная величина ширины шва, мм;
I сварочный ток, А;
расчетная величина тока в обмотках магнитной системы, определяемая из выражения

где l_д длина дуги, мм;
V скорость сварки, мм/с;
S толщина свариваемого стыка, мм.