Способ автоматического регулирования уровня сварочной ванны Советский патент 1989 года по МПК B23K25/00 

(21)4378802/31-27

(22)15.02.88

(46) 23.11.89. Бюл. № 43 (7) Институт электросварки им. Е. О. Па- тона

(72) Н. В. Подола и Н. М. Сахно (53) 621.791.75(088.8)

(56) Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. / Под ред. Б. Е. Патона.-М.: Машиностроение, 1974, с. 439.

Устройство СУ-208 для слежения за уровнем сварочной ванны при сварке открытой дугой с принудительным формированием металла шва. Информ. письмо № 54 (1517). Серия «Сварочное оборудование, ИЭС им. Е. О. Патона, 1985.

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ

(57) Изобретение относится к обработке и сварке материалов и может быть использовано для автоматического регулирования уровня сварочной ванны относительно верхней кромки формирующего ползуна при дуговой сварке с принудительным формированием шва. Цель изобретения - улучщение качества сварных соединений путем повышения точности регулирования уровня сварочной ванны. Уровень сварочной ванны поддерживают за счет определения скорости перемещення сварочного аппарата через зависимость, учитывающую скорость заполнения разделки шва наплавленным металлом и разность текущего и заданного уровней сварочной ванны. Эти параметры определяются, в свою очередь, по контролируемым в процессе сварки сварочному току, напряжению на дуге и скорости подачи электродной проволоки с учетом вылета электрода и площади поперечного сечения разделки шва. 2 ил., 1 табл.

fC

(Л

Изобретение относится к обработке и сварке материалов и может быть использовано для автоматического регулирования уровня сварочной ванны относительно верхней кромки формирующего ползуна при дуговой сварке с принудительным формированием шва. Цель изобретения - улучшение качества сарных соединений путем повышения точности регулирования уровня сварочной ванны. Уровень сварочной ванны поддерживают за счет определения скорости перемещения сварочного аппарата через зависимость, учитывающую скорость заполнения разделки шва наплавленным металлом и разность текущего и заданного уровней сварочной ванны. Эти параметры определяются, в свою очередь, по контролируемым в процессе сварки сварочному току, напряжению на дуге и скорости подачи электродной проволоки с учетом вылета электрода и площади поперечного сечения разделки шва. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к обработке и сварке материалов и может быть использовано для регулирования уровня сварочной ванны относительно верхней кромки формирующего ползуна при дуговой сварке с принудительным формированием шва.

Целью изобретения является улучшение качества сварных соединений путем повышения точности регулирования уровня сварочной ванны.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемь й способ; на фиг. 2 - режимы сварки по предлаел

N3

СО

ю

00

о

гаемому способу в различных секторах трубы.

При дуговой сварке с принудительным формированием шва электродная про волока подается в сварочную ванну, ограниченную разделкой и формирующим ползуном.

За время Д/ в сварочную ванну поступает наплавленный металл объема Л1Л При этом сварочная ванна поднимается на величину

«-f.

где S - площадь поперечного сечения разделки.

Чтобы удержать сварочную ванну на заданном уровне необходимо перемещать сварочный аппарат со скоростью

Г

д/

(2)

После преобразования получаем

г-

(3)

скорость плавления электродной проволоки. Отношение G/S - это скорость заполнения разделки наплавленным металлом VH . С учетом потерь металла на угар и разбрызгивание

, ,

где К - постоянный коэффициент.

Величину G можно вычислить по параметрам режима сварки

Г

(5)

вычисляемый по

(6) проС.К-2-1+К-л-1 где / - сварочный ток; Lg- вылет электрода,

формуле:

L /(4 Vnp +/(5-/. (/(б 1/вр +/(7); 1/пр - скорость подачи электродной волоки;

л:., Кл,

К, к5,

/(б,

К7 - постоянные коэффициенты.

В процессе сварки необходимо поддерживать определенный заданный уровень ванны. Для этого нужно знать текущий уровень сварочной ванны, который можно определить следующим образом.

Напряжение между токопроводящим мундщтуком и изделием включает напряжение на вылете электрода и падение напряжения на дуге.

Известно, что соотнощение между длиной дуги L, сварочным током / и напряжением на дуге У, описывается уравнением Аиртона

V.Kb-L.+K +f-iKio-L.+Kn), (7) где Ks, Кэ, , /Си - постоянные коэффициенты.

Следовательно, длину дуги Lf, можно определить преобразовав уравнение (7)

U,-K9-KitL,,-

(8)

K8- -KlO- f

Напряжение на дуге U не может быть измерено непосредственно и рассчитывается по измеренному напряжению U между токо- подводящим мундштуком и изделием с коррекцией на падение напряжения на вылете электрода

и,1;-Уэ,(9)

где и - падение напряжения на вылете электрода, вычисляемое по формуле

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

г;э л:12- э-/,(Ю)

/С|2 - ПОСТОЯННЫЙ коэффициент. Подставляя в уравнение (8) значения из уравнений (9) и (10), получаем

(Ku + Kn-L).

/-,,(11)

/Cs + in-/

Зная расстояние между торцом токопод- водящего мундщтука и верхней кромкой формирующего ползуна „, можно вычислить текущий уровень сварочной ванны

H,L,+L,-Ln.(12)

Полученную по уравнению (4) скорость перемещения сварочного аппарата W необходимо корректировать в зависимости от текущего уровня сварочной ванны. В результате получаем уравнение регулирования для скорости перемещения сварочного аппарата ,+Kn-(H3-H,.),(13)

где Яз, Я - заданный и текущий уровни сварочной ванны;

Ki3 . - постоянный коэффициент.

Постоянные коэффициенты /Ci-/(i3 определяются методом статистической обработки экспериментальных данных, которые получают при сварке опытных образцов.

Таким образом, в процессе сварки измеряют параметры режима - сварочный ток /, напряжение на дуге (J, скорость подачи электродной проволоки 1/пр и площадь поперечного сечения разделки 5. По измеренным параметрам режима из уравнений (4) - (13) рассчитывают скорость заполнения разделки щва наплавленным металлом Ki , текущий уровень сварочной ванны Н и требуемую скорость движения сварочного аппарата . Далее полученное значение W передается в блок управления скоростью перемещения сварочного аппарата.

Устройство, реализующее предлагаемый способ (фиг. 1), содержит датчик 1 тока сварки, датчик 2 напряжения на дуге, датчик 3 скорости подачи электродной проволоки, датчик 4 площади поперечного сечения разделки, коммутатор 5 аналоговых сигналов, аналого-цифровой преобразователь 6, устройство ввода-вывода 7, микроЭВМ 8, цифроаналоговый преобразователь 9, устройство 10 управления напряжением на дуге, устройство 1 1 управления сварочным током и устройство 12 управления скоростью перемещения сварочного аппарата. Позицией 13 обозначена установка для дуговой сварки с принудительным формированием шва.

Выходы датчиков 1-4 подключены к входам коммутатора 5 аналоговых сигналов, выход последнего соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого подключен к одному из входов микро- ЭВМ, к другому входу которой подключен выход устройства 7 ввод-вывода. Один из выходов микроэвм 8 подключен к управляющему входу коммутатора 5, второй выход - к входу цифроаналогового преобра

зователя 9, выходы которого подключены к входам устройства 11 управления током сварки, устройства 12 управления скоростью перемещения сварочного аппарата и устройство 10 управления напряжением на дуге. Выход последнего соединен с управляющим входом источника питания сварочной установки 13, выход устройства 11 управления сварочным током - с управляющим входом двигателя подачи электродной проволоки, а выход устройства 12 управления скоростью перемещения сварочного аппарата - с управляющим входом двигателя его перемещения. Кроме того, входы датчиков 1-2 подключены к силовой электрической цепи сварочной установки 13, вход датчика 3 - к дви- гателю подачи электродной проволоки, а датчик 4 смонтирован на сварочной головке установки 13.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии программа управ- ления процессом, в том числе математические зависимости, заданные параметры режима - /, (У и уровень сварочной ванны Нз .хранятся в памяти микроЭВМ 8. По команде сварщика (оператора) через устройство 7 ввода-вывода микроЭВМ 8 считывает заданные параметры режима из памяти и выдает их значения через цифроаналоговый преобразователь 9 в соответствующее устройство 10-12 управления.

В процессе сварки микроЭВМ 8, управ- ляя коммутатором 5, с помощью аналого- цифрового преобразователя б измеряют на выходе датчиков 1-4 сварочный ток /, напряжение на дуге U, скорость подачи электродной проволоки 1/лр и площадь поперечного сечения разделки S, по математическим зависимостям определяет скорость плавления электрода G и текущий уровень сварочной ванны Н.Т, вычисляет по скорости плавления электрода и площади поперечного сечения разделки скорость заполнения раз- делки шва наплавленным металлом У„ . Далее микроэвм 8 рассчитывает требуемую скорость перемещения сварочного аппарата U и с помощью ци фроаналогового преобразователя 9 формирует сигнал для устройства 12 управления скоростью перемещения сварочного аппарата. Затем цикл работы микроэвм 8 повторяется до окончания процесса сварки.

Пример реализации способа в системе управления процессом дуговой сварки порошковой проволокой неповоротных стыков газопроводных труб с принудительным формированием щва на основе микроЭВМ «Электроника-60 и модернизированного аппарата АД-142 комплекса «Стык-2.

При сзарке трубы диаметром 720X18 мм из стали 17Г1СУ порошковой проволокой ПП-.АН24 диаметром 2,3 мм был задан уровень сварочной ванны равный 10 мм. Режим

сварки трубы по секторам (фиг. 2) представлен в таблице.

10

15

15

J 25

30 35 .„ /55

50

55

Сварку трубы начинали в точке А. На участке В-D разделка имела сужение. При подходе к точке В измеренная площадь поперечного сечения разделки была равна 105 м м, сварочный ток 320 А, напряжение на дуге 25 В, скорость подачи электродной проволоки 277 м/ч, рассчитанное значение скорости Ц, 5,2 м/ч и уровень сварочной ванны 10,2 ММ; При этом скорость перемещения аппарата 5,1 м/ч. После точки В площадь поперечного сечения разделки плавно уменьшилась до 80 мм. Режим оставался прежним. Рассчитанное значение У 6,83 м/ч, уровень сварочной ванны 9,8 мм. При этом скорость перемещения аппарата увеличилась до 6,9 м/ч. В точке С изменили режим сварки. Сварочный ток плавно увеличился до 350 А, напряжение на дуге до 27 В. Измеренная скорость подачи электродной проволоки 336 м/ч. Рассчитанное значение скорости Ун.8,3 м/ч и уровень сварочной ванны 9,7 мм. Скорость перемещения сварочного аппарата увеличилась до 8,4 м/ч. В точке D площадь поперечного сечения разделки плавно увеличилась до 100 мм. При этом сварочный ток уменьшили до 330 А, напряжение на дуге до 24 В. Измеренное значение скорости подачи электродной проволоки равно 294 м/ч. Рассчитанное значение VH 5,8 м/ч, уровень сварочной ванны 10,1 мм. Скорость перемещения сварочного аппарата стала 5,8 м/ч. В процессе сварки трубы уровень сварочной ванны поддерживался с точностью до ±1 мм.

Использование предлагаемого способа для автоматической дуговой сварки плавящимся электродом с принудительным формированием щва при изготовлении магистральных трубопроводов, различных сооружений и конструкций, в судостроении позволит повысить качество сварки швов, снизить нормы применяемых в настоящее время дорогостоящих методов контроля, например, рентгенопросвечивания, сократить объемы работ по подварке сварных швов.

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования уровня сварочной ванны при дуговой сварке порошковой проволокой с принудительным формированием шва, при котором поддерживают заданный уровень ванны, регулируя скорость перемещения сварочного аппарата.

отличающийся тем, что, с целью улучшения качества сварных соединений, определяют скорость перемещения сварочного аппарата W определяемую нз формулы ((Яз-//),

где 1/„ - скорость заполнения разделки, шва наплавленным металлом; //у, Яз- текущий и заданный уровни сварочной ванны; К - постоянный коэффициент,

при этом скорость заполнения разделки шва наплавленным металлом определяют по контролируемым параметрам - сварочному току, площади поперечного сечения разделки шва и скорости подачи электродной проволоки, текущий уровень сварочной ванны определяют по контролируемым сварочному току и напряжению на дуге, а постоянный коэффициент учитывает вылет электрода и уровень верхней кромки формирующего ползуна.