Способ регулирования процесса сварки плавлением Советский патент 1985 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к сварке, в частности к способам автоматического регулирования сварки плавлением, осуществляемым во время процесса, и может найти применение в любо отрасли промьшшенности, где применя ется автоматизированная сварка. Известно устройство для дуговой сварки неплавящимся электродом с присадочной проволокой, реализз ощее способ регулирования параметров реж ма сварки: сварочного тока, скорост сварки и подачи присадочной проволо ки в зависимости от изменения прови сания сварочной ванны 1 j . Однако этот способ и устройство применимы лишь при сварке со сквозн проплавлением. Наиболее близким к изобретению по технической сзтдности является способ регулирования процесса сбарки плавлением, по которому параметры режима изменяют в зависимости от глубины проготавления, которую измеряют в процессе сварки контактным датчиком, выполненным из матери ала с температзфой плавления, превы шающей температуру плавления сварив емых материалов, который прижимают к изделию в зоне действия сварочной дуги и одновременно с расплавлением ванны погружают его на заданную глубину, а затем перемещают в направлении сварки, поддерживая постоянное с заданным усилием соприкосновение датчика с фронтом плавления 2 . Однако этот способ можно применять лишь при сварке со сквозным проплавлением и, кроме того, возмож но попадание материала контактного датчика в сварной шов при его частичном оплавлении, что снижает качество сварного соединения, Цель изобретения - повьппение точности регулирования при сварке с присадочной проволокой путем слежения за скоростью её расплавления. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования процесса сварки плавлением, при котором в процессе сварки контактным датчиком измеряют глубину проплавления и в зависимости от глубины изменяют параметры режима сварки в качестве контактного датчика используют присадочнзгю проволоку, а о глубине проплавления судят по интер валу времени от входа присадочной проволоки в сварочную ванну до каса ния ею фронта кристаллизации дна-, при этом в интервале измерения времени присадочную проволоку подают со скоростью, при которой она плавится на дне сварочной ванны, а после касания ею дна уменьшают до 0,5-1,0 от скорости, при которой она плавится на поверхности этой ванны. Момент входа присадочной проволоки в сварочную ванну определяют по скачкообразному уменьшению акустического сопротивления между приса.дочной проволокой и изделием, а момент касания присадочной проволоки дна сварочной ванны определяют по акустическому сопротивлению между присадочной проволокой и изделием, равному 80-85% значения акустического сопротивления в момент касания сварочной проволокой ванны. Скорость подачи присадочной проволоки изменяют в течение процесса сварки с частотой ,b(UH.2V(tr-b2l, в{лоб 3( Ortp V acoeoc max Чб время оплавления присадочной проволоки, с; время подачи присадочной проволоки со Скоростью, V max, с; угол между осью электрода и осью присадочной проволоки,° ; диаметр анодного пятна дуги на изделии, мм; диаметр проволоки, мм; скорость сварки, мм/с; максимальная скорость подачи присадочной проволоки, мм/с, причем момент входа проволоки в ванну задают началом нарастания скорости подачи проволоки. Применение в качестве контактного атчика присадочной проволоки позвояет контролировать глубину сварочной ванны со стороны дуги как при сквозном, так при неполном проплавении металла. Периодическое изменение скорости подачи проволоки от (0,5-1,0) У„ддд до V с частотой f (1,1-1,25/( t) позволяет повысить точность поддержания заданной глубины проплава по всей длине шва.

Измерение (уменьшения) акустичесого сопротивления между присадочной роволокой и изделием позволяет повыить точность определения момента оверхности и дна сварочной ванны 5 рисадочной проволокой.

На фиг. 1 представлена блок-схема стройства, реализующего предлагаемьй способ; на фиг. 2 - циклограмма зменения скорости подачи присадоч- 10 ной проволоки и акустического сопротивления в процессе сварки при выходе проволоки из ванны; на фиг. 3 циклограмма изменения скорости проволоки и акустического сопротивления, 15 когда проволока не выходит из ванны.

Способ осуществляют следующим образом.

Между сварочным электродом 1 и свариваемым изделием 2 возбуждают дугу 3. Тепловая энергия, вьщеляемая при горении дуги 3, расплавляет металл изделия 2, образуя сварочную ванну 4. От генератора 5 УЗК через преобразователь 6 УЗК и волновод 7 на присадочную проволоку 8, находящуюся вне сварочной ванны 4, подают ультразвуковые колебания. Преобразователем 6 УЗК фиксируют отраженные от конца присадочной проволоки 8 30 ультразвуковые колебания и, преобразуя их в электрические сигналы, передают на приемник 9 УЗК, где. они усиливаются и далее поступают в блок 10 управления для обработки и 35 регистрации. Блок 10 управления через управляющее устройство 11 включает механизм 12 подачи присадочной

проволоки 8 и со скоростью .

вводит присадочную проволоку 8 в сва-40 рочную ванну 4. Момент входа присадочной проволоки 8 в сварочную ванну 4 фиксируют по скачкообразному уменьшению отраженного от конца присадочной проволоки 8 сигнала вслед- 45 ствие уменьшения, акутичёского сопротивления между проволокой 8 и изделием 2. Момент, касания дна сварочной ванны 4 присадочной проволокой 8 фиксируют По уменьшению сигнала на 50 15-20% вследствие меньшего акустического сопротивления твердого металла по сравнению с сопротивлением жидкого металла сварочной ванны 4.

В блоке 10 управления осуществля- 55 ют измерение времени между двумя уменьшениями сигналов и сравнение его с заданным, соответствующим определенной глубине проплавления .В случае его отклонения от заданного происходит корректировка режима сварки. В момент касания дна сварочной ванны 4 присадочной проволокой 8 подают команду на уменьшение скорости подачи присадочной проволоки 6 до 0,51,0.

При постепенном ош1а1влении присадочной проволоки 8 производят ее вывод из сварочной ванны 4, при этом увеличивается сигнал, что является командой для блока 10 на увеличение скорости подачи присадочной проволоки 8 до ( и цикл повторяют.

Способ может быть осуществлен без вывода конца присадочной проволоки 8 из сварочной ванны 4, тогда за начальный момент отсчета времени принимают момент увеличения скорости подачи присадочной проволоки 8 до , . В этом случае скорость подаг чи присадочной проволоки 8 при упирании в дно ванны 4, снижают до V f Скорости подачи присадочной проволоки 8 (V цо,д, и .Yt соотъетствующие расплавлению конца проволоки 8 на поверхности сварочной ванны 4 и при касании ею дна сварочной ванны 4, определяют предварительно экспериментальным путем. Затем, используя заданные параметры режима . сварки, рассчитывают частоту измере НИИ глубины сварочной ванны 13 по формуле

.2V(t,-vl,) И

где sinoC a . (3f

зпр

V- 2 7°

2М,

так

oi - угол между осью электрода 1 и осью присадочной проволоки 8,; dg- диаметр анодногй пятна дуги 3 на изделии 2,мм; Vgg - скорость сварки, мм/с. В слзгчае, когда частота измерений f больше указанной величины, присадочная проволока 8 не успеет пройти все стадии опроса глубины ванны 4, т.е. коснуться дна ванны 4 и выйти на поверхность (из ванны), процесс регулирования будет нарушен.

Диаметр анодного пятна дуги 3 на изделии 2 определяется также экспериментально.

Пример. Регулирование процесса сварки плавлением осуществляют неплавящимся электродом с прнйадоч- ной проволокой. Производят наплавку в разделку стыковых соединений пластин из стали 12Х18Н10т толщино 12 мм. Сварку производят на макете сварочной головки с использованием аппаратуры СА 120. Режим сварки следующий: Ign 190 .цом7 mqx 500 м/ч; V, 12 м/ч. Расход аргона 15 л/мин, диаметр присадоч-ной проволоки 1,2 мм, диам вольфрамового электрода 4 мм, угол заточки 30 с притуплением 0,3 0,4 мм, угол подачи проволоки 60 частота ультразвуковых колебаний 4,5 мГц, диаметр анодного пятна 12 мм, длина дуги 3 мм. Геометрические размеры сварньк соединений измеряют по макропшифам Контроль качества сварных образцов, вьшол-ненных с применением предлагаемого способа показывает хорошие результаты, а также отсутствие дефектов шва, о чем свидетельствуют данные, приведенные в таблице. Сварку осуществляют с изменением скорости подачи присадочной про5ном ° woix с частотой волоки от V 1 Гц и регистрируют время между началом нарастания скорости подачи проволоки до уменьшения сигнала акустического сопротивления при касании конца проволоки дна ванны. Проволока при этом в процессе сварки из сварочной ванны не выходит. При изменении измеряемого времени от заданного производят корректировку тока сварки в ту или другую сторону в зависимости от знака отклонения времени измерения. Контроль качества сварных образцов, выполненных с применением данного способа показал хорошие результаты, а также отсутствие дефектов шва. . Использование способа регулироваия процесса сварки плавлением поволит повысить стабильность глубины проплавления и расширит технологические возможности за счет контроя со стороны дуги.

1.СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ, при котором в процессе сварки контактным датчиком измеряют глубину проплавления и в зависимости от глубины изменяют параметры режима сварки, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности регулирования.при сварке присадочной проволокой путем слежения со скоростью ее расплавления, в качестве контактного датчика используют присадочную проволоку, а о глубине проплавления судят по интервалу времени от входа присадочной проволоки в сварочную ванну до касания ею фронта кристаллизации дна, при этом в интервале измерения времени присадочную проволоку подают со скоростью, при которой она плавится на дне сварочной ванны, а после касания ею дна уменьшают до 0,5-1,0 от скорости, при которой она плавится на поверхности этой ванны. 2. Способ по П.1, отличаю.щ и и с я тем, что момент входа присадочной проволоки в сварочную ванну определяют по скачкообразному уменьшению акустического сопротивления между присадочной проволокой и изделием, а момент касания присадочной проволоки дна сварочной ванны определяют по акустическому сопротивлению между присадочной проволокой и изделием, равному 80-85% значения акустического сопротивления в момент касания сварочной проволокой ванны. 3. Способ по П.1, отличающийся тем, что с целью повьшения точности регулирования, скорость подачи присадочной проволоки изменяют в процесса сварки с частотой i4.Hi2Hi,Hz), СО где , sinoCJo, А пр cz 1 - rr i -22V Vcecosot шпах -время оплавления присадоч. ной проволоки, с; -время подачи присадочной проволоки со скоростью СдЭ V max, с; о: ог, угол между осью электрода се о ел и осью присадочной проволоки, ; dg - диаметр анодного пятна дуги на изделии, мм; dp,- диаметр проволоки, мм; V;./ - скорость сварки, мм/с; СБ - максимальная скорость max подачи присадочной проволоки, мм/с, причем момент входа проволоки в ванну задают началом нарастания скорости подачи проволоки.

1,5 1,2

1,0 0,8 0,6 1,5

Плохое формирование шва из-за оплавления присадочной проволоки в дуге, с образованием капель и замыканием электрода с сварочной ванной.

То же

Нестабильная геометрия сварочного соединения

56,25(0,75)

1,5

1,2 1,0

0,8 0,6 1,5

1,2 1,0

1,2 1,2

1,5 1,2 1,0 0,8 0,6

Продолжение таблицы

Нестабильность геометрических размеров сварного соединения.

Хорошее формирование и высокая стабильность геометрических размеров сварного соединения

Нестабильность геометрических размеров сварного соединения

Нестабильность геометрических , размеров сварного соединения. Хорошее формирование и высокая стабильность геометрических размеров сварного соединения.

Хорошее формирование и высокая стабильность геометрических размеров сварного соединения

Процесс сварки невозможен (ei5-w)

Ь

R6 RB

.TZnJXIT

/2.J