СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ Российский патент 2008 года по МПК B23K11/04 

Предлагаемое техническое решение относится к области контактной стыковой сварки оплавлением и может быть использовано при сварке самых различных деталей на машинах, оборудованных гидравлическим приводом оплавления и осадки свариваемых деталей, например железнодорожных рельсов.

При контактной стыковой сварке оплавлением важным фактором, определяющим качество получаемых сварных соединений является устойчивость протекания этапа оплавления деталей. Принято считать устойчивым такой процесс оплавления, при котором нет перерывов в протекании тока и коротких замыканий свариваемых деталей. При коротких замыканиях деталей их оплавление прекращается и происходит чаще всего локальный нагрев металла на отдельных участках торцов, сопровождающийся их перегревом (С.И.Кучук-Яценко, В.К.Лебедев, «Контактная стыковая сварка непрерывным оплавлением» Киев, «Наукова думка», 1976, стр.48). Наличие коротких замыканий деталей на этапе оплавления, особенно в конечный его период может приводить к образованию дефектов типа окисных плен и «линз» в сварном соединении.

Известен способ контроля процесса контактной стыковой сварки оплавлением, при котором во время сварки деталей регистрируют такие параметры, как сварочное напряжение, ток, скорость перемещения и припуск (С.И.Кучук-Яценко, «Контактная стыковая сварка оплавлением» Киев, «Наукова думка», 1992, стр.115-116). По этим параметрам, прямо или косвенно влияющим на качество соединений, в каждом конкретном случае может быть установлено поле допусков отклонения их величин от заданных. Регистрируя эти параметры и сравнивая их с заданными, можно сразу же после выполнения сварки прогнозировать ее качество. Такой способ контроля получил название операционного и широко используется для контроля качества соединений, выполненных контактной сваркой.

Из изложенного выше видно, что при использовании данного способа можно пассивно лишь после окончания сварки делать заключение о качестве полученного соединения без возможности активного вмешательства в ход сварочного цикла. В результате, например при сварке железнодорожных рельсов в длинномерные плети при обнаружении отклонений параметров от заданных значений сварное соединение бракуют, останавливают работу сварочной линии, вырезают бракованное сварное соединение, после чего работу сварочной линии возобновляют. Очевидно, что на анализ зарегистрированных параметров и вырезку бракованного соединения расходуется определенное время, а значит снижается производительность работы сварочного и вспомогательного оборудования.

Известен способ контроля и регистрации параметров процесса сварки, выбранный в качестве прототипа к предлагаемому техническому решению, при котором компьютерная система измеряет следующие параметры: ток в первичной цепи сварочных трансформаторов; напряжение на первичной обмотке сварочных трансформаторов; перемещение подвижной колонны сварочной машины; давление в гидросистеме сварочной машины (А.И.Андреев, М.В.Богорский, С.В.Булгаков и др., «Путь и путевое хозяйство», 2001 г, № 4, стр.21-25).

При реализации данного способа компьютерная система производит регистрацию, вычисление и вывод на печать основных параметров режима сварки, а также параметров, вышедших за пределы допуска. Кроме того, на основании сравнения полученных значений параметров с заданными делается заключение о качестве сварки сразу же после ее завершения.

Данный способ контроля выгодно отличается от предыдущего тем, что оценка качества выполняется автоматически непосредственно после окончания цикла сварки, т.е. не тратится время на эту операцию. Однако, как и в предыдущем случае, при выявлении бракованного сварного соединения необходимы дополнительные трудозатраты на его вырезку.

Целью предлагаемого технического решения является повышение производительности сварочного оборудования за счет снижения трудозатрат на вырезку бракованных сварных соединений (например, при сварке железнодорожных рельсов в длинномерные плети).

Поставленная цель достигается тем, что предлагается способ контроля процесса контактной стыковой сварки оплавлением, при котором включают сварочное напряжение и сводят свариваемые детали, при этом на этапе оплавления свариваемых деталей измеряют текущее значение давления в полости гидравлического цилиндра оплавления и осадки, текущее значение давления непрерывно сравнивают с заданным значением, определенным опытным путем, при этом при превышении измеренным текущим значением давления заданного значения, соответствующего возникновению короткого замыкания между деталями, сварочное напряжение выключают, сведение свариваемых деталей прекращают, детали выводят из сварочной машины, охлаждают и выполняют повторный цикл сварки.

Рассмотрим более подробно процесс сварки рельсов при реализации предлагаемого технического решения. Собственно процесс оплавления выполняют одним из используемых в настоящее время на предприятиях методов (например, методом пульсирующего оплавления с программным изменением напряжения, с программированием по перемещению подвижной колонны сварочной машины). На этапе оплавления свариваемых деталей измеряют текущее значение давления в полости гидравлического цилиндра оплавления и осадки. В случае возникновения коротких замыканий свариваемых деталей происходит образование относительно больших локальных контактов, которые под действием протекающего по ним сварочного тока нагреваются без оплавления. При расширении таких контактов вследствие их нагревания, а также вследствие сведения свариваемых деталей растет реакция сопротивления зоны сварки усилию, затрачиваемому на сближение свариваемых деталей. В результате возрастает давление в полости гидравлического цилиндра оплавления и осадки.

В соответствии с предлагаемым техническим решением измеряемое текущее значение давления в полости гидравлического цилиндра оплавления и осадки непрерывно сравнивают с заданным значением, определенным опытным путем.

Случай превышения измеренным текущим значением давления заданного значения свидетельствует о возникновении короткого замыкания между свариваемыми деталями, а значит о том, что сварное соединение может быть дефектным. Поэтому при превышении текущим значением давления заданного значения сварочное напряжение выключают и прекращают сведение свариваемых деталей, после чего детали выводят из сварочной машины, охлаждают и выполняют повторный цикл сварки без вырезки бракованного сварного соединения.

В отдельных случаях, когда площадь образовавшихся в результате коротких замыканий контактов достаточно велика, при остановке оплавления они могут закристаллизоваться и потребуется прикладывать значительное усилие, чтобы разорвать детали для вывода их из сварочной машины и повторной сварки.

Поэтому предлагается также способ контроля процесса контактной стыковой сварки, при котором после отключения сварочного напряжения и прекращения сведения свариваемых дополнительно выполняют разведение свариваемых деталей.

Такая дополнительная операция разведения предотвращает возможную кристаллизацию контактных перемычек между свариваемыми деталями.

Из приведенного выше видно, что применение предлагаемого технического решения позволяет повысить производительность работы сварочного оборудования за счет снижения трудозатрат на вырезку бракованных сварных соединений.

Из сравнительного анализа предлагаемого способа контроля процесса контактной стыковой сварки оплавлением с прототипом и аналогами видно, что предлагаемое техническое решение отличается новизной и существенными отличиями, а также позволяет достичь поставленной цели.

Целесообразность использования предлагаемого технического решения была проверена на контактной стыкосварочной машине К-355 при сварке железнодорожных рельсов типа Р65. Управление процессом сварки осуществляли при помощи промышленного контроллера фирмы FASTWEL. На этапе оплавления измеряли текущие значения параметров режима.

Параметры режима сварки были выбраны таким образом, чтобы она проходила с высокой степенью вероятности возникновения коротких замыканий на конечном этапе оплавления за счет повышенной до критического уровня скорости сближения деталей.

Проводили хронометрирование основных и вспомогательных сварочных операций.

Первую пару образцов рельсов сваривали по способу, выбранному в качестве прототипа к предлагаемому техническому решению. Т.е. при возникновении короткого замыкания на этапе оплавления цикл сварки был доведен до конца, соединение было выведено из сварочной машины, вырезано, после чего перешли к следующему циклу сварки.

Для этой пары образцов суммарное время установки рельсов под сварку, собственно сварки, вырезки соединения и возврату рельсов в исходное для повторной сварки положение составило 17 минут.

Вторую пару образцов сваривали по предлагаемому техническому решению. Т.е. при возникновении короткого замыкания на этапе оплавления (когда измеренное текущее значение давления превысило заданное значение), было прекращено сведение свариваемых деталей, выключено сварочное напряжение, детали развели, вывели из сварочной машины, охладили струей сжатого воздуха, после чего перешли к следующему циклу сварки.

Для этой пары образцов суммарное время установки рельсов под сварку, собственно сварки, охлаждения и возврата рельсов в исходное для повторной сварки положение составило 8 минут.

Экономия времени лишь на одном цикле некачественной сварки составила 9 минут, не считая потерь металла на вырезанное сварное соединение.

Из приведенного выше примера видно, что использование предлагаемого технического решения позволяет повысить производительность сварочного оборудования (например, при сварке железнодорожных рельсов).

Изобретение относится к области контактной стыковой сварки оплавлением, а именно к способу контроля процессом сварки, осуществляемым на машинах, оборудованных гидравлическим приводом оплавления и осадки. Включают сварочное напряжение, сводят свариваемые детали и на этапе оплавления измеряют текущее значение давления в полости сближения гидравлического цилиндра оплавления и осадки. Измеряемое текущее значение давления непрерывно сравнивают с заданным значением, определенным опытным путем. При превышении измеренным заданного значения давления выключают сварочное напряжение и прекращают сведение свариваемых деталей. После отключения сварочного напряжения свариваемые детали разводят. Детали выводят из сварочной машины, охлаждают и выполняют повторный цикл сварки. Повышается производительность сварочного оборудования за счет снижения трудозатрат на вырезку бракованных сварных соединений. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ контроля процесса контактной стыковой сварки оплавлением, при котором включают сварочное напряжение и сводят свариваемые детали, при этом на этапе оплавления свариваемых деталей измеряют текущее значение давления в полости гидравлического цилиндра оплавления и осадки, отличающийся тем, что текущее значение давления непрерывно сравнивают с заданным значением, определенным опытным путем, при этом при превышении измеренным текущим значением давления заданного значения, соответствующего возникновению короткого замыкания между деталями, сварочное напряжение выключают, сведение свариваемых деталей прекращают, детали выводят из сварочной машины, охлаждают и выполняют повторный цикл сварки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, после отключения сварочного напряжения и прекращения сведения свариваемых деталей их разводят.