Способ регулирования процесса сварки Советский патент 1990 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к способам регулирования процессов сварки, и может быть использовано для регулирования и контроля термического цикла в процессе сварки, когда заполне- ние разделки происходит за один

проход, в частности при вертикальной сварке с принудительным Формированием пшов.

Целью изобретения является расширение области применения, повышение точности контроля и регулирования процесса сварки, упрощение используемой

аппаратуры и повышение качества сварного соединения.

Суть способа состоит в том, что экспериментально определяют допустимую погонную энергию q/V, обеспечивающую качественное сварное соединение из заданной стали, находящуюся в пределах q/Vm%nq/Vwont , выбирают точку замера, находящуюся на расстоянии Y, от движущегося источника тепла, и контролируют взаимосвязь между расстоянием Yw и температурой в точке замера, а параметры процесса сварки, влияющие на погонную энергию, регулируют согласно неравенству

.J

(c+dTmf

ya.)f Ц

mi n

где q V Y,

max

-мощность источника;

-скорость сварки, см/с;

„, - расстояние от точки на кромке стыка, над которой находится источник, до точки

с температурой Т

а,Ь,с, d

m

- эмпирические коэффициенты, зависящие от теплофизиче- ских свойств свариваемого металла.

В качестве измеряемого параметра выбирают температуру в точке замера или расстояние Ym до точки с температурой Тт.

Способ осуществляется следующим образом.

На заранее заданном расстоянии на одной из свариваемых кромок стыка устанавливается термодатчик, перемещающийся в процессе сварки совместно с источником нагрева параллельно оси стыка.

Термодатчик, например, может быть закреплен на формирующем ползуне при сварке вертикальных стыков с принудительным формированием шва. По указанной эмпирической формуле при установленном допустимом диапазоне q/V определяется диапазон температур Ттдля выбранного заранее расстояния Ym, на котором расположен термодатчик. В процессе сварки датчик регистрирует текущую температуру и при необходимости дает команду на пульт управления алпарата об изменении режима сварки для поддержания q/V в установленном диапазоне.

10

f5

20

25

30

35

40

45

50

55

Возможен другой путь осуществления способа, например, в монтажных условиях с применением термокарандаша. При этом выбирают контрольную температуру Тт, определяют удовлетворяющий указанному неравенству диапазон расстояний Ym m;n .. .Ymma(l и Ywcp - я Ум т;„ + YMMaKC на расстоянии

Y т;„ Yw cp na« от кромки стыка, параллельно ей, на изделие наносят оси, например, посредством гибкой нити и мела, вдоль стыка термокарандашом наносят штрихи, пересекающие эти оси.

Шаг штрихов термокарандашей выбирается произвольно в зависимости от скорости сварки. В процессе сварки сварщик-оператор следит за тем, чтобы длина штриха термокарандаша, изменившего цвет, находилась в промежутке между крайними осями и максимально приближалась к средней оси.Тенденция к изменению длины штриха, поменявшего цвет, в сторону ближней к кромке или дальней оси является сигналом сварщику-оператору, свидетельствующим о необходимости корректировки режима.

Способ наиболее эффективен в тех случаях, когда скорость распространения тепла в ЭТВ больше или сопоставима со скоростью сварки и при этом предполагает не столько констатацию мгновенного несоответствия Tw и Y, сколько тенденции к этому несоответствию, которое устраняется до того, как погонная энергия превысит

свое допускаемое значение. i

В способе измеряют только одну, величину: Тт или Yw, это обеспечивает его достаточно высокую точность .

Взаимосвязь между мощностью дуги (погонной энергией) и температурой нагрева основного металла выражена предлагаемой эмпирической зависимостью, где с изменением мощности источника тепла, т.е. с увеличением или уменьшением сварочного тока и напряжения на дуге /о - г/а 1С6 /увеличивается или уменьшается количество тепла, отдаваемого в основной металл , и, как следствие этого, различные по температуре нагрева точки зоны термического влияния (ЗТВ) отстоят на определенном расстоянии от

линии сплавления. При этом эмпирические коэффициенты указанной зависимости a,b,c,d и допустимая погонная энергия Јq/V определяются экспериментально для каждого класса свариваемой стали.

Эмпирические коэффициенты в указанной формуле учитывают зависимость теплофизических свойств сваривав- мого металла от изменения температуры его нагрева.

Находятся они следующим образом. На поверхность металла вблизи свариваемой кромки термокарандашами, идеи- тифицированными на различную температуру, наносят штрихи и затем производят сварку на различных погонных энергиях. После сварки замеряют расстояние Ym для каждого термокарандаша и находят зависимость q/V A-Y для температуры Тт каждого термокаран даша, а затем выражения

А f(Tm) а-ехр(-Ъ ,); В f(Tj с + d-Tm

для всего набора использованных термокарандашей. Обработку результатов можно производить посредством любого программируемого калькулятора.

В частности, значения эмпирических коэффициентов, вычисленных для низколегированных конструкционных сталей, приведены в примере использования способа. q/V определяется как максималь ная погонная энергия, при которой еще гарантируются регламентируемые механические свойства сварного соединения q/V устанавливается из условия обеспечения провара кромок стыка. г

Пример. Экспериментально установлено, что при дуговой сварке вертикальных швов с принудительным формированием шва стали марки I4Г2АФ значение максимальной погонной энергии q/V max равно 191000 Дж/см, q/Vraj J80000 Дж/см, а коэффициен

ты 1

в указанной формуле равны а

о° ; ь - 1,23-ю , с 0,39;

--..:

2,33

d

6,65 1 сварен образец из стали 14Г2АФ толщиной 25 мм аппаратом А-1381 порошковой проволокой ПП АН-19С диаметром 3 мм, на котором температура Т 300 С достигалась на рас стоянии Y 7,5 см (1С6 550 A, Ug. 32 В, V 0,093 см/с). Подстановка экспериментальных данных в указанную формулу показывает, что принятый ре0

д

5

5

5

5

0

0

0

5

жим сварки обеспечивает погонную энергию q/V 189250 Дж/см, величина которой близка к допустимой. При этом результаты механических испытаний сварного соединения соответствовали нормативным значениям, в частности,по ударной вязкости при отрицательной температуре.

При сварке второго образца при тех же условиях, но на режиме Ic& 350 А, Ua 29 В, V 0,04 см/с температу- ра Т 300 С была зарегистрирована на расстоянии 8,85 см (на предыдущем расстоянии Y 7,5 см была зафиксирована температура 340 С). Подстановка полученных экспериментальных данных в формулу определяет величину погонной энергии порядка 250000 Дж/см, что значительно превышает допустимую погонную энергию и, следовательно, предполагает занижение механических свойств сварного соединения.

Контролируя в процессе сварки взаимосвязь между расстоянием от точки замера до кромок свариваемого образца и температурой в этой точке,согласно указанной формуле, посредством технологических приемов (увеличение скорости подачи электрода, напряжения дуги и вылета электрода) была произведена оптимизация температурного поля свариваемого образца, что позволило отрегулировать погонную энергию до величины, близкой к допустимой, и реально обеспечить получение нормативных значений механических свойств сварного соединения.

Предлагаемый способ регулирования процесса сварки расширяет область применения, повышает точность контроля и регулирования процесса сварки, упрощает используемую аппаратуру и повышает качество сварного соединения за счет поддержания оптимального термического цикла в свариваемых кромках.

Формула изобретения

1. Способ регулирования процесса сварки, при котором в зависимости от изменения температуры в определенной точке изделия изменяют параметры сварки, влияющие на погонную энергию, отличающийся тем, что с

иелью расширения области применения, повышения точности контроля и регулирования процесса сварки, повышения качества сварного соединения и упрощения используемой аппаратуры, выбирают точку замера, находящуюся на расстоянии Y от движущегося источника тепла, определяют допустимые значения погонной энергии q/V, находящиеся в пределах q/V . . .q/Vmax и контролируют взаимосвязь между расстоянием Yт и температурой в точке замера, а параметры процесса регулируют согласно неравенству

,Ym/a.exp(-TJ)

(c+dTmV

тах

мощность источника тепла} скорость сварки, см/с|

5

Yma,b,c, d

расстояние от кромки стыка, над которой находится источник, до точки с температурой тт;

0

эмпирические коэффициенты, зависящие от теплофизиче- ских свойств свариваемого металла.2.Способ по п.1, отличающий с я тем, что в качестве измеряемого параметра выбирают расстояние Ym от кромки свариваемого изделия до точки с заранее заданной температурой Јтт1.

3.Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве измеряемого параметра выбирают температуру Тт на заранее заданном расстоянии от кромки свариваемого изделия Ym,

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для регулирования и контроля термического цикла в процессе сварки при заполнении разделки за один проход, в частности при вертикальной сварке с принудительным формированием шва. Цель изобретения - расширение области применения, повышение точности контроля и регулирования процесса сварки, упрощение аппаратуры и повышение качества сварного соединения. Из условия получения качественного соединения определяют допустимую погонную энергию, изменяющуюся в пределах Q/V_MIN...Q/V_MAX, выбирают точку замера, находящуюся на расстоянии Y_M от движущегося источника тепла, и контролируют взаимосвязь между расстоянием Y_M и температурой в точке замера. Параметры процесса, влияющие на погонную энергию, регулируют согласно неравенству Q/V_MIN≤[Y_M/A^.ехр(-T_M^.B)]^(C+DT @ ^)-1≤Q/V_MAX, где Q - мощность источника тепла, Дж/с

V - скорость сварки, см/с

Y_M - расстояние от точки на кромке стыка, над которой находится источник, до точки с температурой T_M, находящейся на перпендикуляре к стыку

A, B, C, D - эмпирические коэффициенты, зависящие от теплофизических свойств металла. В качестве измеряемого параметра выбирают температуру T_M в точке замера или расстоян