Способ управления параметрами режима дуговой сварки Советский патент 1993 года по МПК B23K9/00 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к технологии робо- тотизированной дуговой сварки, включающей управление параметрами режима без использования каких-либо датчиков и внешних врздействий для механического или магнитного сканирования дуги.

Целью изобретения является упрощение способа за счет использования для сканирования дуги собственного магнитного поля.

Поставленная цель достигается тем, что информацию о характере проплавления получают путем сканирования дуги вдоль или поперек сварочной ванны, в процессе которого измеряют параметры сварки и по полученному сигналу рассогласования изменяют режим, сканирование осуществляется за счет расположения импульсных параллельных дуг в вершинах равностороннего многоугольника и изменения энергетических параметров одной из дуг или синхронного изменения параметров всех дуг по току, напряжению или длительности импульса.

По определению 1 А-есть сила, которая возникает между двумя параллельными бесконечно тонкими проводниками, расположенными на расстоянии 1 м друг от друга, на участке длиной 1 м, при токах одного направления, равная 2x10 дин.

Таким образом, при токах одного направления проводники притягиваются, а разного - отталкиваются. Сила притяжения создает давление двух дуг друг на друга и их взаимное вжимание друг в друга. Давление равно

ел

С

00

ON Ю N Ю

CJ

Не

jttl

0)

8 п 8 п х0 4 п где Р - давление; Н - напряженность магнитного поля; -магнитная проницаемость

вакуума: I ток дуги: х - расстояние между электродами: j - плотность тока.

Давление дуг друг на друга прямо пропорционально квадрату напряженности поля, квадрату тока дуги, плотности тока и обратно пропорционально квадрату расстояния между дугами. При числе дуг больше двух давление возрастает и определяется геометрическим сложением. В общем случае оно пропорционально числу электродов.

Импульсные высокочастотные дуги притягиваются сильнее, так как сказывается влияние скин-эффекта при питании их синхронизированными импульсами с частотой 15-25, кГц с длительностью импульса 4-15 мкс.

Если пропустить один импульс при горящих двух дугах на одной из них, то оставшаяся дуга не будет испытывать взаимного влияния соседней дуги и будет гореть прямо. В трехфазных дуговых установках сканирование дуг определено этими же причинами. Питание дуг импульсами с час-, тотой 15-25 кГц от источника напряжения создает повышенную жесткость дуги. Сканирование при отключении соседней дуги или более двух вызывает перемещение дуги по сварочной ванне в направлении от соседней дуги до вертикального положения.

На фиг. 1 показан вид зоны сварки по направлению стыка: на фиг. 2 - вид сбоку зоны сварки; на фиг. 3 - вид зоны сварки сверху; на фиг. 4 - диаграммы напряжения на электродах в функции номера импульса и времени.

На .фиг. 1-4 обозначено: 1, 2, 3, 4 - не- плавлящиеся электроды; 5 - общий столб дуги; 6 - сварочная ванна; 7 - стык; 8 - глубина сварочной ванны; 9 - длина дуги (рабочее расстояние); 10--длина ванны. Буквами А-А обозначено.сечение общего столба на высоте 1-2 мм от поверхности изделия.

Описанный способ реализуется на примере 4-х электродной технологической схемы следующим образом.

Горелка состоит из 4-х электродов 1, 2, 3, 4, с которых горят дуги, образуя общий столб дуги 5. Каждый электрод питается от отдельного. Импульсного источника питания, диаграммы напряжений которых показаны на фиг.4 в соответствие с каждым электродом. Для получения информации о параметрах проплавления сварочной ванны 6 на каждом электроде при частоте следования синхронизированных импульсов, например, 23 кГц через каждые 5 импульсов отключают три электрода и оставляют импульс на одном. Так на электроде 1 оставлен импульс N2, на электроде 2 - импульс N8, на электроде 3 -импульс N14 и на электроде 4

- импульс N20 (см.фиг.4). При таком порядке следования импульсов в моменты отключения соседних дуг дуга неотключенного электрода горит прямо, что показано

штриховкой на фиг.1,2,3. Для работы сварочного робота необходимо иметь следующий минимум сигналов: положение стыка 7; глубины проплавления 8; расстояние до изделия 9; кривизну профиля вдоль стыка;

кривизну профиля поперек стыка; длину ванны (скорость охлаждения).

Формулы для измерения указанных выше величин приведены ниже. В формулах принято обозначение, например, Ui(2) - на5 пряжение на электроде 1 в момент подачи импульса N2 и т.д.

UcTbtKa Ui(2)-U3(14),

U глубины Ui(1)-U 1(2),

U расстояние до изделия IJ2(8),

0и кривизны вдоль стыка - Ui(2) + + U3(14)/2-U2(2),

U кривизны вдоль стыка 1)2(8) + + U4(20)-U3(14),

U длины ванны U2(8) - Ua(14)(8) 5 U4(20);.

На основании приведенных алгоритмов с заданной частотой, например, 500 Гц получается все результаты измерений и осуществляется управление путем обработки

0 соответствующих сигналов управления. Для двух электродных технологических схем невозможно получение информации о кривизне стыка вдоль направления сварки. Для пяти и шести электродных схем возможно5 сти измерения геометрии проплавления шире.

Для осуществления сварки плавящимся электродом частота отключения дуг подбирается расчетным путем такой, чтобы обес0 печить гарантированный .отрыв капли с конца плавящегося электрода, подающегося по центру между электродами. Выбрав, например, частоту 300-200 Гц добиваются отделения капли заданного диаметра для.

5 обеспечения сварки во всех пространственных положениях и уменьшения разбрызгивания. Эффект включения трех дуг эквивалентен механическому встряхиванию конца плавящегося электрода.

0 Для лазерной дуговой сварки подают импульсы лазера в паузы между импульсами дуги перед началом каждого импульса.

Экспериментальная проверка способа осуществлялась на опытной сварочной уста5 новке, состоящей из 4-х источников ВДУ- 504 и блока транзисторных ключей. Ключи реализованы каждый из 30 штук транзисторов КТ825. Горелка представляла собой набор из 4-х электродов диаметром 3 мм, 4-х керамических трубок - прокладок диаметром 3 и центральной керамической трубки диаметром 5 мм и внутренним диаметром 1,5 мм. В центральную трубку подавался аргон при СНЗ, а при - СПЗ в центральную трубку подавался плавящийся электрод, а через четыре боковых - С02. Пакет из электродов и керамических трубок обвязывался и фиксировался на держателей манипулятора ТУР-10. Кроме того, в экспериментах использовались специализированные источники УДИ-251, УДИ-252 и другое оборудование.

Сварка выполнялась, по способу-прототипу (с отклонением дуги с помощью внешнего магнитного поля соленоидов) и по предлагаемому способу. Визуальные и металлографические исследования не показа- л и отл ичий ш BOB дру г от друга.

Технико-экономическая эффективность способа по сравнению с прототипом заклю- чается в простоте измерений параметров проплавления за счет отключения соседних дуг. Для измерений не требовалось механических вибраций горелки. Получение результатов измерения с частотой 500 Гц способствует качественному регулированию и полной адаптации сварочного робота.

Формула изобретения

1. Способ управления параметрами режима дуговой сварки, при котором осуществляют сканирование дуги вдоль или поперек сварочной ванны, в процессе которого измеряют параметры сварки, и по пол- ученному сигналу рассогласования изменяют режим, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа при сварке дугой, полученной импульсными параллельными дугами, расположенными с образованием равностороннего многоугольника, сканирование общей дуги или одной из параллельных дуг осуществляют изменением энергетических параметров одной из дуг или синхронным изменением параметров всех дуг.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем. что сканирование осуществляют изменением тока.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что сканирование осуществляют изменением напряжения.

4. Способ по п.1, о т ли чающийся тем, что сканирование осуществляют изменением длительности импульсов,

Использование: технология дуговой сварки металлоконструкций с использованием роботизированных сварочных комплексов. Сущность изобретения: при сварке импульсными параллельными дугами, расположенными с образованием равностороннего многоугольника получают информацию о характере каплепереноса и проплавления путем сканирования общей дуги или одной из параллельных дуг. Сканирование осуществляют путем изменения энергетических параметров одной из дуг или синхронных изменений энергетических параметров всех дуг. В качестве энергетических параметров могут быть взяты так. напряжение или длительность импульса дуги. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фиг.1

Фиг. 2

Фиг.З