Способ дуговой механизированной сварки модулированным током Советский патент 1993 года по МПК B23K9/173 

Изобретение относится к технике дуговой механизированной сварки модулированным током, .преимущественно в защитных газах, и может быть использовано в машиностроении, судостроении строительстве и пр.

Известен способ сварки с шаговым перемещением головки, уменьшаемым в паузе синхронно с уменьшением скорости подачи электрода. При этом напряжение сварки в паузе также уменьшают. В импульсе процесса эти параметры соответственно увеличивают. Недостаток способа заключается в низком качестве получаемых швов, т.к. сварочная ванна характеризуется повышенной глубиной при малой ее ширине. Эти явления происходят по причине нехватки мощности в паузе процесса сварки.

Цель изобретения - повышение устойчивости процесса и улучшение формирования шва при сварке в защитных газах. Цель достигается путем повышения напряжения в паузе от LW до LW 0,8Ueo, где LW напряжение сварки в конце импульса, IW - напряжение в конце паузы, Ueo - заданное напряжение естественного обрыва дуги при неподвижном плавящемся электроде. При этом длительность паузы равна сумме длительностей переходного периода повышения напряжения сварки от иик до Упк 0,8Ueo и задаваемой длительности горения стационарной дуги при напряжении сварки, равном меньше 0,33 гкф , где ткф- длительность охлаждения слоя шлака на поверхности валика шва до температуры, при которой шлак теряет электропроводимость.

Отличие предлагаемого способа заключается в пределах изменения напряжения сварки в паузе (ниже нижнего, принятого в известном изобретении) и во временном интервале паузы (меньше нижнего предела, принятого в известном изобретении). Способ позволяет вести сварку модулированным током с периодически изменяемой в широких пределах скоростью подачи плавяК Р

О

ся со о

Сл)

щегося электрода без обрывов дуги на протяжении всего сварочного цикла.

Возможны два варианта сварки по предлагаемому способу. Согласно первому варианту длительность горения стационар- ной дуги при напряжении сварки ипк равна нулю. В этом случае длительность паузы строго ограничена длительностью переходного периода увеличения напряжения сварки of UHK До UHK (синхронного с уменьшением скорости подачи плавящегося электрода). Здесь скорость подачи плавящегося электрода может быть уменьшена до нуля. Во втором варианте длительность горения стационарной дуги больше нуля - её значение поддерживают в зависимости от технологических целей. В обоих вариантах дугу не прерывают.

На фиг. 1 показаны значения сварочного тока напряжения в соответствии с положением вольт-амперных характеристик ВАХ источника тока и вольт-амперных характе- оистик VR- сварочной.головки на различных промежуточных этапах перехода от импульса к паузе при сварке по известному изобретению; на фиг.2 - то же при сварке по предлагаемому изобретению; на фиг.З - циклограммы скорости подачи плавящегося электрода Vs, напряжения сварки U и сварочного тока при сварке по известному изобретению; на фиг.4-то же при сварке по предлагаемому изобретению.

Как следует из фиг. 1, при сварке по известному изобретению параметры в импульсе соответствуют точке Аи с координатами: 1И и Ун. В этой точке пересекаются кривые вольт-амперной характеристики источника питания ВАХ и вольт-амперной характеристики сварочной головки Уен. Это означает, что параметры режима CBapKVi в импульсе 1И и UH достигаются благодаря установлению скорости подачи плавящегося электрода (соответствующая вольт-амперная характеристика сварочной головки обозначена тем же символом) и напряжения холостого хода источника питания Мххи, которому соответствует вольт-амперная характеристика источника питания ВАХи(в данном случае она принята пологопадающей, что определяется электрической схемой источника. Возможны и другие вольт-амперные характеристики источника). После того, как наступил сигнал перехода к паузе, скорость подачи электрода уменьшается, что на схеме 1 отражено рядом кривых вольт-амперных характеристик сварочной головки Vet, Vea и т.д. до Vei. Каждому значению последовательно уменьшаемой скорости подачи плавящегося электрода соответствует последовательно же

увеличиваемое напряжение сварки Ui, U2 и т.д. до Un, Un может быть равно Ое0 (отмечено на фиг.1 пунктирной линией) или составлять 0,9Ue0. При сварке по известному

изобретению скорость подачи плавящегося электрода может быть уменьшена ниже Vei вплоть до нуля и .поддерживаться равной нулю до тех пор, пока не произойдет обрыв дуги при напряжении Ue0. В дальнейшем

0 пауза может продолжаться в течение (0,0330,9) гкф , Напряжение холостого хода источ. ника питания при переходе от импульса к

паузе последовательно увеличивается от

Уххи через значения Uxxi, Uxx2. до значе5. ния llxxn, соответствующего Ue0. Повторное возбуждение дуги при сварке по известному изобретению в случае использования в качестве защитной среды сварочного флюса не представляет труда и происходит, как

0 описано выше.

Согласно предлагаемому способу (фиг.2) в импульсе дуга горит на режиме: ток и (при скорости подачи электрода VeH) и напряжение UH, что обеспечивается напря5 .жением холостого хода источника UxxM. Режиму в импульсе соответствует точка Аи . пересечения кривых вольт-амперных характеристик сварочной головки VeH и источника питания Цххи. Здесь и на последующих эта0 пах перехода к режиму в паузе динамика процесса такая же, как и при сварке по известному изобретению: скорость подачи электрода последовательно уменьшается через значения Vei, Ve2,...Vei, а напряжение

5 сварки соответственно увеличивается: UL lJ2...Ui Путем увеличения напряжения холостого хода источника питания. Отличие предлагаемого способа сварки от известного имеет место на стадии окончания перехо0 да от режима импульса к режиму паузы: переходный процесс заканчивается в тот момент, когда напряжение сварки Ui становится равным 0,8Ue0 или меньше этого значения - в зависимости от выбранного

5 предварительно предельного значения напряжения сварки в паузе Uпк- По сути, при сварке по первому варианту предлагаемого способа пауза сокращается до длительности переходного периода повышения на0 пряжения от Цик до Un и в Отличие от прототипа здесь отсутствует период, когда дуга обрывается и шлак охлаждается до температуры, соответствующей интервалу охлаждения шлака - (0,033-0,9) ткф. Поскольку

5 при сварке по предлагаемому способу обрыв дуги исключен, процесс сварки в паузе существует в интервале 0 т 0,033 Гкф. При сварке по второму варианту предлагаемого способа длительность паузы превышз

ет длительность переходного периода и мо- жет продолжаться столько, сколько требует- ся по технологии (как правило, до достижения заданной ширины шва), однако и в этом случае процесс существует во вре- менном интервале 0 гп 0,033 гкф . В отличие от известного изобретения оба варианта предлагаемого способа сварки не допускают обрыва дуги.

На фиг.З показана циклограмма пара- метров режима при сварке по известному изобретению, когда дугу обрывают, а длительность паузы Гп устанавливают больше длительности переходного периода гпер повышения напряжения от LW до Упк. Принят случай, когда Кпк Ueo. В момент ti подаётся сигнал на увеличение скорости подачи ve плавящегося электрода и умень.шение напряжения сварки U. уе увеличивается (фиг.За) от нуля до ven {в момент ta), a напряжение сварки уменьшается к этому моменту от Umc до UWK (фиг.Зв). В момент касания концом электрода слоя шлака возникает сварочный ток, который лавинообразно возрастает, а в момент возбуждения дуги возникает импульс тока амплитудой Q (фиг.Зс). После выравнивания скоростей подачи и плавления электрода протекает

. стационарный процесс сварки с параметрами 1)ик и 1Н. На кривой тока (фиг.Зс) этому процессу соответствует пилообразная кривая, средняя линия которой параллельна оси г . В момент t3 подается сигнал на уменьшение скорости подачи плавящегося электрода и увеличение напряжения сварки U. Скорость подачи электрода уменьшается от уен до нуля (момент м), а напряжение Сварки увеличивается до Ume. которое в данном случае равно Ueo. В момент обрыва дуги напряжение между электродом и изделием становится равным напряжению холостого хода источника Uxxn. а сварочный ток - нулю. По истечении заданного периода паузы в момент ts подается сигнал на увеличение скорости подачи плавящегося электрода и уменьшение напряжения сварки. Цикл мо- дуляции параметров режима сварки повторяется.

Для случая сварки модулированным током по известному изобретению в защит- ных газах кривые тока на фиг.Зс показаны пунктирными линиями. При этом алгоритм модуляции сохранен как для сварки под флюсом. В этом случае процесс горения ду- ги нестабилен. После замыкания электрода на изделие возникает импульс тока большой амплитуды А, в результате чего электрод может расплавиться взрывообразно, как плавный предохранитель. После этого слрдует повторный импульс тока В и короткий период горения дуги с последующим естественным обрывом.

Циклограмма параметров режима предлагаемого способа отражает фиг.4. Здесь в момент ti поступает сигнал на увеличение в импульсе скорости подачи плавящегося электрода и уменьшение напряжения сварки. Поскольку в паузе дуга горит (на режиме: напряжение UPK, ток п), возбуждения дуги не требуется. За период между моментами ti nt2 происходит увеличение скорости подачи плавящегося электрода от уеп до ven и уменьшение напряжения сварки от Un до UHK (фиг4в). Сварочный ток при этом возрастает от п до 1И (фиг.4с) - в соответствии с увеличением скорости подачи электрода. Между моментами т.2 и ts происходит стационарное горение дуги на режиме:;

Длительность импульса гп поддерживается в зависимости от технологических целей: например, если требуется увеличить глубину провара, тп повышается, если необходимо увеличить ширину шва при малой глубине провара - ги снижается. В момент 1з подается сигнал на снижение скорости подачи электрода и увеличение напряжения сварки. Этот процесс происходит в промежуток времени тьер между моментами t-з и t4. На фиг.4 приведен случай, когда в паузе скорость подачи электрода уменьшают до нуля (это происходит в момент t4). До момента ts электрод неподвижен (фиг.4а), но дуга продолжает гореть, при этом напряжение сварки увеличивается от 11пк до Упк 0.8Ue0. В момент ts, когда напряжение сварки становится равным установленному напряжению ипк. подают сигнал на включение подачи электрода и уменьшение напряжения сварки. Если будет допущено увеличение напряжения сварки более установленного Un до Ueo (пунктирная линия на фиг.4в), то может произойти обрыв дуги (фиг.4с - ток уменьшается до нуля). В этом случае повторное возбуждение дуги затруднено: возникают импульсы тока амплитудой А, В (пунктирные кривые на фиг. 4с), сопровождаемые взрывом плавящегося электрода как плавкого проводника. Следовательно, для устойчивости процесса необходимо соблюдать условие UHK 0.8Ueo.

Сварку по второму варианту осуществляют следующим образом: устанавливается скорость подачи электрода ven, адекватная напряжению сварки Опк. при этом ven может быть многократно меньше уеи.

Для осуществления предлагаемого способа сварки по первому варианту в электрическую схему сварочного аппарата необходимо включить задатчик UPK, датчик

сварочного напряжения, компаратор и усилитель. Способ сварки по второму варианту можно осуществлять на сварочном аппарате, подготовленном для сварки по основному изобретению.

П р и м е.р 1. Выполняли сварку стыковых швов в углекислом газе по второму варианту предлагаемого способа сварки. Сваривали металлические пластины из стали СтЗСп толщиной 6 мм, зазор между свариваемыми кромками составлял 2 мм. Применяли сварочный полуавтомат А-547У в комплекте с блоком модуляции конструкции ИЭС им. Е.О.Патона (макет), источник сварочного тока - выпрямитель ВДУ-506. Использовали сварочную проволоку Св- 08Г2С диаметром 1,2/мм. Режим сварки представлен в табл.1.

Экспериментально установлено, что напряжение естественного обрыва в паузе равно 42 В. Режим 1 выполнен по известному изобретению, здесь Un 0,9Ueo. При таком повышенном напряжении в паузе (38 В) качество шва ухудшилось из-за повышенного разбрызгивания, пористости (вследствие ослабления защиты металлической ванны от воздуха) и нескольких обрывов дуги, происходивших в результате случайных

0

5

0

5

отклонений дуга сварки (увеличивалась длина дуги).

При сварке по режиму 2 процесс горения дуги протекал устойчиво, поры отсутствуют.

Поскольку в паузе дугу не прерывали, слой шлака на поверхность валика в паузе не образовался, поэтому длительность может быть принята бесконечно большой, поэтому справедливо неравенство 0,033 Гкф .

П рим е.р 2. Приводится расчетный режим сварки предлагаемым способом по первому варианту (см. табл.2).

От режима 2, принятого в примере 1, расчетный режим отличается тем, что длительность паузы равна длительности переходного периода между импульсом и паузой/стационарного дугового процесса в паузе нет. Этот вариант несколько производительнее второго варианта..

Поскольку в паузе дуга не прерывалась, слой шлака на поверхности шва не образовался, поэтому длительность паузы физически не может быть равна какой-либо доли Гкф. Отсюда следует, что и в первом варианте предлагаемого способа сварки неравенство 0 гп 0,033Ткф верно.

Использование: для дуговой механизированной сварки модулированным током преимущественно в защитных газах. Сущность изобретения: напряжение сварки в паузе повышают от Уик до ипк 0.8 0,8Ueo, где IW - напряжение в конце импульса, Un - напряжение в конце паузы, Uco - заданное напряжение естественного обрыва дуги при неподвижном плавящемся электроде. Длительность паузы при этом поддерживают согласно выражению ,ОЗЗгКф , где Гкф - длительность охлаждения слоя шлака на поверхности валика шва до температуры, при которой шлактеряет электропроводимость. 4 ил.

Формула изобретения

Способ дуговой механизированной сварки модулированным током с уменьшением сварочного напряжения в паузе, о т- л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения устойчивости процесса и улучшения формирования шва при сварке в защитных газах, напряжение сварки повышают от иик до Unit 0,8Ueo. где Оик - напряжение в

конце импульса, ипк - напряжение в конце паузы, Ueo - напряжение естественного обрыва дуги при неподвижном плавящемся электроде, при этом длительность паузы поддерживают в пределах 0 т 0,033 ткф , где Гп. - длительность паузы, гкф- длительность охлаждения слоя шлака на поверхности валика шва до температуры, при которой шлак теряет электропроводимость.

Таблица 1

и

1797539

10 Таблица 2

Ък.1

Фиг. г.