Способ сварки и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к сварочному производству. При соединении двух кусков металла с помощью сварки обычно стремятся получить хорошо проваренный шов с равномерным проплавлениём, при этом процесс сварки контролирует во избежании непровара или прорывов шва.

Опытный сварщик может вручную контролировать процесс сварки, однако используется и автоматический контроль конкретных параметров процесса сварки.

В известных устройствах автоматического контроля сварочного процесса для определения глубины проплавления сварного шва используется излучение, отраженное от тыльной стороны шва, т.е. от нижней части, образующейся в процессе сварки сварочной ванны. Однако такие устройства нельзя

применять в том случае, если тыльная сторона шва недоступна. В других известных устройствах используется ультразвуковой зонд, соприкасающийся с металлом вблизи жидкого шва для измерения его проплавления. Недостатком таких устройств является то, что зонд обычно покрывают смазкой, чтобы обеспечить хороший акустический контакт, и смазка подмешивается в жидкий шов.

Известны устройства контроля, определяющие вибрацию жидкого шва путем замера изменений напряжения вольтовой дуги сварочного аппарата. Однако такие устройства требуют применения высококачественных источников питания, поддерживающих короткую устойчивую дугу, за счет чего гарантируется адекватное соотношение сигнал/шум в напряжении дуги.

4

О

1.

СЛ

СО

00

0

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения путем автематического формирования сварного шва с равномерным проплавлением без прожо гов и непроваров.

Способ сварки включает этапы формирования сварочной ванны, приведение сварочной ванны в вибрирующее состояние, подачу излучения на вибрирующую поверхность ванны, прием отраженного от вибри- рующейповерхности ванны модулированного излучения, преобразования принятого излучения в электрический сигнал и обработку этого сигнала для получения конкретных параметров сварочной ванны. .

С варочное устройство включает средст- so для формирования сварочной ванны, средство для приведения сварочной ванны . в вибрирующее состояние, источник излучё- ния, направляемый на вибрирующую поверхность ванны, средство для приема от вибрирующей поверхности ванны модулированного излучения, преобразователь, преобразующий принятое излучение вэлек- трический сигнал, и средство для обработки электрического сигнала с. целью получения конкретных параметров сварочной ванны.

Применяемое излучение может быть световым, полученным например, от лазера или от сварочного аппарата, используемого для формирования сварочной ванны, или любое другое подходящее излучение.

На фиг.1 изображена блок-схема сварочного устройства; на фиг.2 и фиг.З - низкочастотные колебания, которые могут возникать в сварочных ваннах с полным и неполным проплавлением соответственно; на фиг.4 и 5 - частота вибрации сварочных занн, указанных на фиг.2 и 3 соответствен-

н°-: :.-. - -

На фиг.1 показано сварочное устройство, состоящее из источника питания 1 и сва- рочной горелки 2, с помощью которой производится сварка двух кусков металла 3 и 4. Свет горелки отражается от поверхности сварочной ванны, формируемой горелкой 2, собирается оптоволоконным коллектором (оптическим волокном) 5 и передается им на обрабатывающее средство в виде компьютера 6, Свет, собранный в оптическом волокне 5, преобразуется в электрический сигналфотодиодным устройством в компьютере 6,. где этот сигнал обрабатывается для получения конкрет: ных параметров сварочной, ванны. Сварочная ванна встряхивается и приводится в вибрирующее состояние кратковременным мощным импульсом электрическрге

тока. Вибрирование ванны можно вызвать также кратковременным понижением величины электрического тока сварки или кратковременным импульсом давления газа, используемого в процессе сварки..

Характер вибрации сварочной ванны зависит от его параметров, например, массы и глубины, и эти характеристики ванны содержатся в световом излучении, собранном в оптическом волокне Бив соответствующем этому излучению электрическом сигнале. Обрабатывающее средство определяет конкретные параметры сварочной ванны и контролирует ее размер и глубину провара при помощи соответствующего управляющего сигнала. Указанный сигнал может задавать величину сварочного тока или скорость формирования сварного шва или оба эти параметра вместе. Если сварочная ванна чрезмерно велика (что регистрируется по значениям частоты и амплитуды ее вибрационного перемещения), тогда управляющий сигнал будет уменьшать сварочный ток или увеличивать путевую скорость формирования сварного шва. В свою очередь, если сварочная ванна .слишком мала,; тогда необходимо, чтобы указанный сигнал увеличивал величину сварочного тока или же уменьшал скорость формированиями. Управляющий сигнал по существу задает режим энергопитания процесса сварки и перемещения сварочной головки.

В описанной аппаратуре источником светового излучения, собираемого в оптическом волокне 5, служит горелка 2, однако в других случаях может применяться и независимый источник, например лазер.

Кроме того, хотя в описанном устройстве применяется видимый источник света, следует отметить, что в других случаях может быть использован источник излучения какой-либо другой подходящей частоты.

На фиг.2 и 3 изображены типы вибрации сварочной ванны 7, которая проникает сквозь рабочие детали 3 и 4 соответственно полностью и неполностью. На фиг,4 и 5 изображены объединенные частотные характеристики ванн, указанных на фиг.2 и 3 соответственно. По этом характеристикам обрабатывающее средство 6 выдает управляющий сигнал на источник питания 1.

По сравнению с базовым объектом-прототипом данные способ и устройство обеспечивают следующие преимущества: доступ требуется только к наружной поверхности сварочной ванны, которая всегда доступна, сварочная ванна не загрязняется смазкой, возможно использование сравнительно дешевого источника питания для сварки.

Формула изобретения

1. Способ сварки, заключающийся в том, что формируют сварочную ванну, на поверхность которой подают излучение, принимают отраженное от поверхности сварочной ванны излучение, преобразуют принятое излучение в электрический сигнал и обрабатывают электрический сигнал для определения параметров сварочной ванны, о т л и ч а ю щ и и с я тем. что, с целью повышения качества сварного соединения и увеличения точности регулирования сварочного процесса за счет модуляции сигнала обратной связи, проводят колебания сварочной ванны, причем вычисленные параметры сварочной ванны сравнивают с заданными, определяют сигнал рассогласования, по которому изменяют сварочный ток или скорость перемещения сварочной горелки для сведения сигнала рассогласования к нулю..

2. Способ по п.1, о Т личающийся тем, что колебания сварочной ванны проводят кратковременным импульсом сварочного тока.

3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что колебания сварочной ванны проводят кратковременным понижением сварочного тока.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что колебания сварочной ванны проводят кратковременным импульсом давления газа, используемого в процессе сварки.

5. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что на поверхность сварочной ванны подают световое излучение.

6. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я .тем, что на поверхность сварочной ванны подают лазерное излучение.

7. Способ по п.1,от личающийся тем, что на поверхность сварочной ванны подают излучение сварочной дуги.

8. Способ по пп.5-6, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что прием отраженного от поверхности сварочной ванны излучения производят оптическим волокном.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что преобразование принятого излучения в электрический сигнал производят фотодиодом.

10. Способ по п.1, от л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве параметров сварочной ванны вычисляют массу и/или глубину сварочной ванны.

11. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что.сварочный ток или скорость перемещения сварочной горелки изменяют автоматически.

12. Сварочное устройство, включающее в себя источник сварочного тока, сварочную горелку, источник излучения, направленный на поверхность сварочной ванны, фотоп:ри-. емное устройство для приема модулированного излучения, отраженного от поверхности сварочной ванны,и преобразователь излучения в электрические сигналы, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, устройство снабжено блоком для колебания сварочной ванны и процессором для вычисления параметров сварочной ванны и сравнения их с заданными параметрами и получения в результате на выходе сигнала рассогласования, вход которого связан с выходом преобразователя излучения в электрические сигналы.

Л.

н

//Ift

Использование: в сварочном производстве. Сущность изобретения: управление процессом сварки осуществляется путем приведения сварочной ванны в вибрирующее состояние, подачи на ванну излучения (преимущественно в виде света), приема отраженного от ее поверхности модулированного излучения и преобразования последнего в электрический сигнал. Далее электрический сигнал обрабатывают с целью получения конкретных параметров сварочной ванны. Преимуществом данного способа является то, что при его осуществлении должен быть обеспечен доступ лишь к поверхности сварочной ванны, при этом исключается загрязнение последней, которое имеет место при использовании зонда. 2 с. и 10 з;п.ф-лы, 5 ил.

У / ЛГft

../

37

И/./

/

Фи 3

15Нг

Фиг5

45#z