СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ С КОРОТКИМИ ЗАМЫКАНИЯМИ ДУГОВОГО ПРОМЕЖУТКА Советский патент 1996 года по МПК B23K9/95 

Изобретение относится к способам регулирования процесса дуговой сварки и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения стабилизация и управление процессом каплепереноса электродного металла.

Поставленная цель достигается тем, что в способе регулирования процесса дуговой сварки плавящимся электродом с систематическими короткими замыканиями дугового промежутка, при котором процесс регулируют по изменению энергии, затрачиваемой на каплеобразование, в каждый промежуток времени определяют мгновенную частоту коротких замыканий дугового промежутка по времени между импульсами производных напряжения на дуге в момент касания капли сварочной ванны и время образования капли по времени между импульсами производных напряжения в момент отрыва капли и ее следующего касания, при изменении частоты коротких замыканий сравнивают соответствующее ей время образования капли с временем образования капли при неизменной частоте коротких замыканий и по результатам сравнения изменяют энергию, затрачиваемую на каплеобразование. При этом при увеличении времени образования капли по сравнению с тем же временем при неизменной частоте энергии, затрачиваемую на каплеобразование, уменьшают, а при уменьшении времени образования капли по сравнению с тем же временем при неизменной частоте энергию, затрачиваемую на каплеобразование, увеличивают.

При проведении патентного поиска по данной заявке были обнаружены технические решения, которые обеспечивают регулирование процесса каплепереноса (см. прилагаемую справку о патентном исследовании). Однако известные способы управления процессом не используют параметры, по которым регистрируют и частоту коротких замыканий (КЗ) и время образования капли. Предложенные в данном способе параметры регистрации частоты КЗ и времени образования капли повышают чувствительность процесса управления. Благодаря предложенной совокупности признаков процесс стабилизируется и управляется каплеперенос электродного металла, что снижает его разбрызгивание.

Сущность способа регулирования процесса дуговой сварки плавящимся электродом поясняется фиг. 1-5. На фиг.1 показана стадия образования капли; на фиг.2 момент касания капли сварочной ванны; на фиг.3 момент отрыва капли; на фиг. 4 момент горения дуги после отрыва капли; на фиг.5 характерные осциллограммы тока I и напряжения дуги U_д; на фиг.6 различные стадии процесса и сигналы, регистрируемые по производной напряжения
Способ регулирования процесса дуговой сварки плавящимся электродом осуществляют следующим образом. Между электродом 1 и изделием 2 горит дуга 3, которая на электроде 1 образует каплю 4, а на изделии 2 сварочную ванну 5 (фиг. 1). Электрод 1 подают со скоростью V_э и в определенный момент происходит соприкосновение капли 4 со сварочной ванной 5 (фиг.2). Затем происходит отрыв капли 4 от электрода 1 (фиг.3) и вновь запирается дуга 3 (фиг.4). Стадии процесса повторяются.

На осциллограммах в каждый промежуток времени наблюдается следующая картина. В момент фиг.1 ток имеет значения l_p, а напряжение дуги U_д.р. (фиг. 5). В момент касания капли сварочной ванны 5 ток возрастает до значения I_кз, напряжение дуги резко падает по линии 6 до значения U_кз. В момент отрыва капли 4 от электрода 1 ток падает до значений I_p, а напряжения по линии 7 до значения U_д. Затем протекает процесс каплеобразования и нанесения каплей 4 ванны 5. При изменении напряжения по линии 6 и 7 выделяют импульсы производных напряжения в момент касания каплей 4 ванны 5 отрыва капли 4 от электрода 1 (фиг.6). Время между импульсами соответствует времени τ_ц между короткими замыканиями. Величина, обратная этому времени, т.е. соответствует мгновенной частоте f коротких замыканий дугового промежутка. Промежуток между импульсами соответствует времени образования капли τ_к.. Поэтому, распределяя в каждый промежуток времени, например в течение от t₁ до t₂ (фиг.6), мгновенную частоту коротких замыканий по времени между импульсами производных напряжения на дуге в момент касания капли сварочной времени фиксируют стабильность процесса. Если f₁ не меняется, то процесс протекает стабильно. При изменении частоты до значений , регистрируют время образования капли между импульсами в момент отрыва капли и ее следующего касания . Время образования капли τ_к2 сравнивают с соответствующим ей значением времени образования капли при неизменной частоте коротких замыканий f₁ и по результатам сравнения изменяют энергию, затрачиваемую на каплеобразование.

При увеличении времени образования капли по сравнению с тем же временем при неизменной частоты (τ_к2>τ_к1) энергию Р_o, затрачиваемую на каплеобразование, уменьшают до Р₁ (фиг.6). При уменьшении времени образования капли τ_к3 по сравнению с τ_к1 энергию, затрачиваемую на образование капли, увеличивают до Р₂ (фиг.6).

Управляя таким образом процессом, поддерживают размеры капель равными, что стабилизирует время τ_ц и, следовательно, процесс.

П р и м е р. Способ осуществляли при наплавке проволокой из стали Св-04X19Н11М3 в среде аргона на пластину из стали Х18Н10Т при питании от источника ВДУ-504. Мгновенную частоту определяли по импульсам производных напряжения на дуге в момент касания капли сварочной ванны 5. Импульсы выделяли с помощью специально разработанного и изготовленного датчика. Время образования капли также определяли с использованного указанного датчика и специального устройства. Энергию регулировали с помощью малоинерционного комментирующего устройства. Сварку вели на следующих режимах:
I 200 A; U_xx 21 B; d_пр 1,2 мм; V_э 150 м/ч; V_cв 18 м/ч.

Сигнал производных напряжения на дуге в момент касания и отрыва капли четко фиксировались и имели крутые передние, хорошо сформированные фронты.

Время между импульсами составляло 0,0156 с в режиме с неизменной частотой. Частота коротких замыканий была 64 Гц. При изменении частоты от 51 до 73 Гц. Определяли время каплеобразования, которое составило 0,016-0,008 с соответственно. Аналогичное время при неизменной частоте составило 0,0124 с. Система управления автоматически изменяла энергию, затрачиваемую на образование капли от 70,954 до 36,625 Дж.

Предлагаемый способ регулирования процесса дуговой сварки плавящимся электродом стабилизирует процесс и позволяет управлять им, что снижает разбрызгивание электродного металла, повышает качество шва и производительность процесса. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: в тех отраслях народного хозяйства, где применяется сварка плавящимся электродом. Сущность изобретения: в каждый промежуток времени определяют частоту коротких замыканий по времени между импульсами производных напряжения на дуге 3 в момент касания капли сварочной ванны 5 и время образования капли 4 по времени между импульсами производных напряжения в момент отрыва капли 4 и ее следующего касания. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором регулируют энергию, затрачиваемую на каплеобразование, отличающийся тем, что, с целью стабилизации и управления каплепереносом электродного металла, между импульсами производных напряжения в момент отрыва капли и ее последующего касания в каждый промежуток времени определяют мгновенную частоту коротких замыканий дугового промежутка, при изменении частоты коротких замыканий сравнивают соответствующее ей время образования капли с временем образования капли при неизмененной частоте коротких замыканий и по результатам сравнения регулируют энергию. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при увеличении времени образования капли энергию уменьшают. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при уменьшении времени образования капли энергию увеличивают.