Способ контактной стыковой сварки оплавлением Советский патент 1991 года по МПК B23K11/04 

Изобретение относится к способам контактной стыковой сварки оплавлением и может быть использовано для соединения деталей с большими поперечными свариваемыми сечениями.

Целью изобретения является повышение энергетических показателей процесса путем повышения устойчивости оплавления.

Суть способа состоит в том, что заданную скорость подачи подвижной плиты начинают снижать пропорционально приросту тока оправления, если последний превысил некоторое экспериментальным путем подобранное значение тока оплавления. При этом коэффициент обратной связи подбирают таким образом, что при токе, соответствующем максимуму мощности, выделяемой в стыке, скорость подачи становится равной нулю. В момент останова подвижной плите сообщают возвратно-поступательные движения. Под действием возвратно-поступательных движений происходит относительно плавное расплавление контактных перемычек между свариваемыми деталями, которое характеризуется меньшими в сравнении со спосо- бом-прстотипом потерями металла на искрообоэзование, а следовательно, повышенной эффективностью тепловложения.

О

о ю

о

Оч

со

Результатом этого также является не скачкообразное а плавное снижение проводимости искрового промежутка, т. е. повышается устойчивость оплавления.

Сообщение подвижной плите в момент останова возвратно-пос упательного движения и плавное снижение проводимости искрового промежутка позволяет продлить нахождение системы при оплавлении в состоянии, соответствующем экстремуму электрической мощности, При этом в зависимости от выбранной амплитуды колебательного движения величина сварочного тока колеблется в определенных пределах возле значения тока, при котором происходит останов подвижной плиты. По мере оплавления торцов деталей величина сварочного тока плавно снижается до какой-то наперед заданной величины, поело чего возвратно-поступательные движения прекращают. Далее происходит оплавление со скоростью подачи, соответствующей статической характеристике регулятора до сле- дующего момента, когда величина сварочного тока опять возрастет до заданной величины, соответствующей останову Подвижной плита.

Когда подвижной плите в момент останова сообщают возвратно-поступательные движения с одинаковыми амплитудами сближения и разведения, несколько продлевается фаза оплавления, соотвеютпую- щая экгтоемуму «сривой /|0лезной мощности, развиваемой з зоне сварки. Это обусловлено тем, что при одинаковых амплитудах сближения н разведения происходит изменение проводимости искрового промежутка на одинаковую величину как в сторону увеличения проводимости, так и в сторону ее уменьшения в окрестности экстремума мощности,

Если при возвратно-поступательных движениях величину тока оплавления поддерживать ь пределах 0,8-1,2 ччэчения, соответствующего экстремуму мощности, выделяемой в стыке, то это также позволяет продлить фазу оплавления, соответствующую экстремуму мощности. В этом случае осуществляется непосредственное управление величиной проводимости искрового промежутка во время возвратно-поступательных движений подвижной плиты, т. е, величин проводимости поддерживается в заданных пределах, определяемых проте кающим через детали сварочным током. Мерой амплитуды возвратно-поступательного движение подвижной плиты является величина протекающего через детали сварочного тока, что повышает устойчивость оплавления за счет исключения перерывов

в протекании тока и коротких замыканий деталей.

При одинаковых амплитудах сближения

и разведения происходит изменение проводимости искрового промежутка практически на одинаковую величину как в сторону увеличения проводимости, так и в сторону ее уменьшения в окрестности экстремума

0 мощности.

При разных амплитудах сближения и разведения фаза нахождения в точке максимума кривой полезной мощности несколько короче. Причина этому - сползание режи5 ма оплавления с точки максимума в сторону увеличения проводимости искрового промежутка, когда амплитуда сближения больше амплитуды разведения, и наоборот - в сторону уменьшения проводимости искро0 soro промежутка, когда амплитуда сближения меньше амплитуды разведения

Кроме того, при сообщении подвижной плите возвратно-поступательных движений в начальный момент целесообразно обеспе5 чмгь период разведения. При разведении деталей после останова подвижной плиты образовавшиеся к моменту останова контактные перемычки растягиваются, уменьшается их сечение и нагрев их протекает

0 преимущественно в жидкой фазе. В этом случае большая часть тепла выделяется непосредственно на торцах свариваемых деталей и облегчается дальнейшее оплавление при возвратно-поступательных

5 движениях подвижной плиты. В результате повышается устойчивость оплавления.

Электрическая энергия W, выделяемая при сварке в виде тепла в искровом промежутке и деталях, расходуется на нагрев де0 талей (СИ), уносится вместе с жидким металлом в виде искр и парами (Qa), передается в электроды машины (Оз) и окружающее пространство (Cto). Поэтому тепловой баланс оплавления можно записать в виде

5 следующего равенства: W Qi+Q2+Q3+CU

Составляющие уравнения теплового баланса являются энергетическими показате лями процесса. Непосредственное

0 измерение этих величин связано со значительными техническими сложностями. Поэтому в практике контактной стыковой сварки оплавлением оценку энергетических характеристик процесса в промышленных

5 условиях осуществляют по устойчивости оплавления и времени сварки.

Уменьшение времени сварки при прочих равных условиях и сохранении на прежнем уровне полезных затрат тепла приводит к г-1 жжению расхода электрической энергии W -) счет снижения потерь тепла на нагрев

электродов машины Оз и в окружающее пространство 04. так как величины Оз и Q/i уменьшаются при снижении времени сварки.

Кроме того, результатом повышения устойчивости оплавления является уменьшение потерь тепла на искрообразование и парообразование(Q 7)

Таким образом, время сварки и устойчи- вость оплавления однозначно определяют энергетические показатели процесса контактной стыковой сварки оплавлением.

Пример. Целесообразность использования способа была проверена на специ- ально созданной лабораторной установке на базе серийно выпускаемой стыкосвароч- ной машины К-190 П. Гидропривод оплавления и осадки машины содержит электрогидравлический усилитель типа УЭГ.С-200, который предназначен для управления потоком рабочей жидкости пропорционально входному электрическому сигналу. Наличие отрицательной обратной связи по величине сварочного тока позволя ет управлять движением подвижной плиты в зависимости от изменения проводимости искрового промежутка.

Сваривались образцы круглого сечения диаметром 110 мм из стали марки 34ХНзМ. Осадка оплавляемых деталей производилась после достижения требуемого разогрева их торцов.

Вторичное напряжение холостого хода сварочных трансформаторов составляло 6,8 В.

Первая партия образцов была сварена с использованием способа-прототипа, т. е. в процессе оплавления производились остановы подвижной плиты при достижении сварочным током точки экстремума электрической мощности.

Для вторичного напряжения 6,8 В ток, при котором осуществлялся останов подвижной плиты, составлял 28000 А.

Вторая партия образцов сваривалась с использованием описанного способа. В процессе оплавления производились остановы подвижной плиты при достижении сварочным током величины 28000 А. При остановах подвижной плите сообщали возвратно-поступательные движения с частотой около 20 Гц и различной амплитудой.

Среднее время сварка для образцов первой партии составило 160 с. а для образ- цов второй партии соответственно 120 с.

Таким образом, применение изобретения позволяет повысить производительность сварки на 25%.

Проведенные эксперименты показали, что при использование способа, согласно

которому подвижной плите при ее останове сообщают возвратно-поступательные движения с одинаковыми амплитудами сближе- ния и разведения, незначительно повышается эффективность нагрева деталей. Время сварки для этого случая составило около 115 с (при амплитуде колебаний 0.5 мм).

При сварке образцов круглого сечения диаметром 110 мм из стали марки 34 ХНЗМ при достижении сварочным током величины 28000 А подвижной плите сообщали колебания с частотой 20 Гц.

Вторичное напряжение сварочного трансформатора было 6.8 В.

При сообщении подвижной плите колебаний величину тока поддерживали в пределах 0,8 28000 А 22400 А-1,2 28000 А 33600 А.

В этом случае не наблюдалось перерывов в протекании сварочного тока и коротких замыканий торцов. Время сварки составило 110 с.

При тех же значениях параметров режима сваривались образцы, при оплавлении которых подвижной плите сообщали колебания и величину тока поддерживали в пределах 0,7 28000 А 19600 А - 1,3 28000 А 36400 А.

В этом случае во время возвратно-поступательных движений имели место кратковременные перерывы в протекании сварочного тока и короткие замыкания торцов. Время сварки составило 125-130 с. Причиной этого является большая величина колебаний искрового зазора, приводящая к перерывам в оплавлении.

Также при тех же значениях параметров режима сваривались образцы, при оплавлет нии которых подвижной плите сообщали ко лебэния и величину тока поддерживали в. пределах 0,9 28000 А 25200 А - 1,1 28000 А 30800 А.

В этом случае перерывов в протекании тока и коротких замыканий не наблюдалось, но время сварки составляло 120-125 с, что свидетельствует о некотором снижении производительности сварки.

Это обусловлено укрупнением контактных перемычек вследствие недостаточной величины колебаний искрового зазора и преждевременным взрывом этих перемычек.

Установлено, что способ, при котором в начальный момент возвратно-поступательных движений обеспечивают период разведения деталей, дает возможность несколько повысить устойчивость оплавления за счет исключения коротких замыканий в моменты начала возвратно-поступательных движений. Время сварки для этого случая составило около 120 с. Проводили также опыты, при которых подвижной плите сообщали возвратно-поступательное движение с одинаковой и различной амлитудами. Результаты опытов показали, что при сварке с одинаковой амплитудой колебаний несколько повышается эффективность нагрева деталей, что выражается в сокращении времени сварки на 5 с по сравнению со способом, при котором колебаний осуществляются с различными амплитудами сближения и разведения.

Применение изобретения позволяет улучшить энергетические показатели процесса и повысить производительность Сварки на 25%.

Формула изобретения 1. Способ контактной стыковой сварки оплавлением, при котором в процессе оплавления осуществляют останов подвижной плиты при заданном значении тока оплавления, причем скорость подачи подвижной плиты перед остановом снижают в зависимости от прироста тока оплавления, а по мере снижения тока оплавления при останове скорость подачи восстанавливают, о т- личающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей процесса путем повышения устойчивости оплавления, в момент останова подвижной плиты сообщают возвратно-поступательные движения, а при восстановлении скорости подачи возвратно-поступательные движения прекращают.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем. что возвратно-поступательные движения плите сообщают с одинаковыми амплитудами сближения и разведения.

3.Способ по п. 1,отличающийся тем. что при возвратно-поступательных движениях плиты величину тока оплавления поддерживают в пределах 0,8-1.2 его знэчения, соответствующего моменту останова плиты.

4.Способ по п. 1,отличающийся тем. что возвратно-поступательные движения плиты начинают с разведения.

Изобретение относится к технологии контактной стыковой сварки оплавлением и может быть использовано для соединения деталей с большими поперечными свариваемыми сечениями. Цель изобретения - повышение энергетических показателей процесса путем повышения устойчивости оплавления и уменьшения длительности сварки. В процессе оплавления заданную скорость подачи подвижной плиты снижают пропорционально приросту тока оплавления. При достижении током заданного значения, которое соответствует экстремуму мощности, выделяемой в стыке, осуществляют останов подвижной плиты. В этот момент ей сообщают возвратно-поступательные движения. При уменьшении тока оплавления ниже заданного значения возвратно-поступательные движения прекращают. Скорость подачи восстанавливают. Кроме того, возвратно-поступательные движения плите можно сообщать с одинаковыми амплитудами сближения и разведения. При возвратно-поступательных движениях плиты величину тока оплавления целесообразно поддерживать в интервале 0,8 - 1,2 его значения, соответствующего останову. Возвратно-поступательные движения можно начинать с разведения свариваемых деталей. 3 з.п.ф-лы.