Способ регулирования процесса электродуговой сварки Советский патент 1980 года по МПК B23K9/16 

Изобретение относится к способам регулирования-сварочного процесса при сварке проникающей сжатой дугой, при котором процесс регулируют по моменту сквозного проникания, определяемого по изменению переменной составляющей интенсивности излучения ванны и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства. В химической, энергетической, авиаракетостроении, судостроении и других отраслях народного хозяйства предъявляются повышенные требования к качеству сварных соединений. Для получения необходимой формы шва, снижения деформаций, увеличения проплавлення и производительности применяют сварку проникающей сжатой дугой, в наибольшей степени удовлетворяющей перечисленным требованиям.

В качестве сварки проникающей сжатой дугой в начале щва, особенно трубных конструкций, во многом зависит от точности фиксирования момента выхода факела дуги с обратной стороны стыка. В начале сварки возможны непровары или наплыви с внутренней

стороны стьпса и выброс металла во внутреннюю полость трубы.

Известен способ регулирования, щж котором момент сквозного проникания определяют фотозлементом, устанавливаемым; под свариваемым стыком перпендикулярно направлению сварки 1.

Однако этот способ не пригоден ауя сырке стыков труб в монтажных условиях, когда доступ во внутреннюю полость трубы затруд10нен.

Известен также способ регулирования с определением момента сквозного проникания фотодатчиков по интенсивности излучения сва15рочной ванны, при котором получаемый световой поток разлагают в спектр и по интенсивности спектральной линии базового злемента устанавливают необходимое зна%ние регулируемого параметра 2.

20

Недостатком зтого способа является необходимость введений базового элеглеита в случае сварки стыков труб из однородного металда и невысокая точность регулирования ,из-за случайных отклонений абсолютных значений интенсивности излучения. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ регулирования процесса элект . родутовой сварки по интенсивности светового излучения сварочной ванны, при котором измеряют частоту и амплитуду переменной составляющей интенсивности светового излучения ванны и момент сквозного проникания дуги, т.е. выход факела дзти с обратной стороны шва, определяют по появлению низкочастотных колебаний с увеличенной амплитудой t3. Однако этот способ характеризуется нестабильностью сигнала фотодатчика при сжатой проникающей дуге ввиду ее больщей, чем при обычной дуге, жеспсости, следствием чего явл ются ограниченные возможности повышения стабильноста сигнала параматрамз; режкма свар ки, т.е. недостаточная точность регулирования процесса сварки. Цель изобретения - повышение точности р гулирования процесса сварки сжатой проникающей дугой. Это достигается тем, что в способе регулирования процесса злектродуговой сварки по интенсивности светового излучения, при кото ром момент сквозного проникания дуги определяют по появлению низкочастотной переменной составляющей светового излучения с увеличенной амплитудой, в качестве переме1шой составляющей используют интенсивность спектральных линий металлов, давление насыщенны паров которых при их температуре плавления составляет 10 - 10 мм рт. ст., для чего периодически устанавливают режим горения дуги, удовлетворяющий условию -ал . 3 5 расход плазмообразующего газа, л/мин; диаметр сопла, см J - сварочньш ток, На фиг.1 представ лена.блок-схема осущест вления способа; на фиг. 2 и 3 - осциллограм ма сигнала фотодатчика и изменение параметров режима сварки. Блок-схема состоит из плазменной горелки 1, соединенной с блоком 2 изменения рас хода плазмообразующего газа и с блоком 3 изменения сварочного тока. Блоки 2 и 3 под ключены к блоку 4 питания и управления сварочным процессом, связанным с фотозлеме том 5. Фотозлемент 5 помещен в корпусе фо тодатчика 6 и через фильтр 7 и световод 8 4 ориентирован на дугу 9, горящую на свариваемом изделии 10. На фиг. 2 обозначено - D - изменение обобщенного параметра режима сварки, 3i - интенсивность спектральной линии металла ванны до проникания, Jj - минимальная интенсивность спектральной линии соответствующая дискретному проника1ШЮ, V - - скорость сварки, включаемая в момент сквозного проникания, jjg - ток фотоэлемента, t - время протекания процесса. Т - периодичность установления дискретного режима, которую определяют исходя из реальных условий сварки, но не менее, чем удвоенное суммарное время ti + tj + 1з, где ti - время переходного процесса при изменении рабочего на дискретный режим, t- 0,010,03 с - время непосредственно опроса, ts - время переходного процесса при йзмене ши режима с дискретного на рабочий. В некоторых случаях tj ts и по опытным дан1Ш1М составляет 0,6-0,8 с. Следовательно, Т 1,22 - 1,66 с. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. При сварке плазменной проникающей ду гой стыковых соединений возможно три вида проникания; одиночное, дискретное и квазистационарное. Каждое из указанных видов обеспечивается при определенных условиях и параметрах режима сварки. Поэтому в начале процесса в блоке 2 изMeHeifflH расхода плазмообразующего газа и в блоке 3 изменения сварочного тока устанавливают значения параметров режима из условия Q, 3 S-IO Л.. мм, с обеспечивающих дискретеное проникание дуги 9. В первоначальный момент времени фотоэлемент 5 регистрирует квазистационарное излучение плазмы (ток Ui, фиг. 2). В момент сквозного проникания происходит дискретное изменение интенсивности излучения, которое фиксируется фотоэлементом 5 (ток г, фиг.2). Дискретность позволяет, ро-первых, получить многократный сигнал о проникании, что снижает влияние случайных помех, во-вторых, в более явном виде получить сигнал из-за значительного изменения амплитуды до и после проникания. При параметрах режима, выбранных из условия 11л . :) 5-10 происходит одиночкое проникание или проникание не происходит вообще до самопроизвольного выливания сварочной ванны. При одиночном проникании сигнал фотодатчика 6 изменяется только один

.раз. При параметрах режима, соответствующих условию у 7- 10 происходит квазисctaiwoHapHoe проникание, характеризующееся

также одиночным изменением сигнала.

Дискретное изменение амплитуды переменной составляющей интенсивности излучения дуги 9 фиксируют фотоэлементом 5 через фильтр 7 и световод 8. Экспериментально установлено, что интенсивность излучения атомных линий некоторых металлов существенно уменьщается в момент сквозного проникания плазменной дуги, в частности, интенсивность Fei с длиной волн 4271 А, 4307А, 4325А, 4383А, 4404А, 4415А Мп, - 4045А, 40344А уменьшается в 2,5-3,0 раза. В то время, как интенсивности линий Сч1, Nbj, Nil изменяются незначительно (1,05-1,4 раза). Излучение физических характеристик указанных металлов показало, что пршшной существенной разнищ 1 в интенсивности излуче1гия спектральных линий металлов типа Fei является давление нась1щенных паров при их температуре плавления, которая для этих металлов составляет 10 - 10 мм рт.ст.

Фильтр 7 пропускает только спектральную интенсивность излучения металлов, входящих в свариваемое изделие, давление насыщенных паров которых при их температуре плавления составляет 10 + 10 мм рт.ст. При этом условии переменная составляющая имеет наибольщее изменение в момент сквозного проникания Сигнал о проникании с фотоэлемента 5 подают в блок 4 питания и управления сварочным процессом- Блок питания и управления сварочным процессом включает перемещение плазменной горелки 1 со скоростью V . После включения скорости сварки устанавливают параметры режима, соответствующие рабочему режиму.

В процессе сварки периодически устанавливают параметры режима, соответствующие (фиг. 2) дискретному прониканию, т.е. из условия пл , 32 5- 7-103 л-А мин-мм

с

Регистрируют повторно переменную составляющую спектральной интенсивности, тем самым контролируют процесс сварки. При отклонении значения амплитуды переменной составляющей регулируют. параметры режима до получения сигнала, идентичного сигналу при. начальном

проникании.

Пример. Предварительно устанавливают

; режим сварки, обеспечивающий дискретное проплавление металла. Для этого в блоке 2 изменяют расход плазмообразующего газа, а в блоке 3 сварочный ток и обеспечивают следующие значения параметров режима сварки: Расход плазмообразующего газа (аргона), л/мин2

Сварочный ток, 3 , А120

Диаметр сжимающего сопла,, мм2,2 Расход защитного газа (аргона), м/илин , 5

Расстояние электрод-сопло, мм1,6 Угол заточки вольфрамового

электрода, °30

Диаметр притупления, мм0,6

При этих значениях режима сварки параметр °njL .3 6.10 л .мм Сварd z

ку осуществляют на пластинах из стали 12Х18Н10Т толщиной 4 мм. В качестве метаплаиндикатора используют линии Fej - X 427lA. С целью вьщеления именно этих линий в кор-. пусе фотодатчика 6 устанавливают интерферрециальный фильтр 7 с пропусканием максимальной длины 4254 ± 50А.

При заяшгании плазменной дуги 9 фотоэлемент 5 регистрирует интенсивность линий

Fei с длиной волны X 4271 А. При этом ток, проникающий через фотоэлемент, равен 3i : (фиг. 2). В момент сквозного проникания происходит уменьще1ше его до значений 2 Поскольку отверстие при дискретном проплавлении периодически закрывается, то при этом :ток фотоэлемента несколько раз меняется от ;3i до Jj. Неоднократное изменение спектральной интенсивности подтверждает правильность регистрации момента сквозного проникания. После 3-4 подобных изменений фототока в блоке 4 срабатывает исполнительное устройство и одновременно поступает команда на. перемещение горелки 1 со скоростью V

0,25 см/с и на увеличение расхода плазмообразующего газа до 2,5 л/мин. При этом параметр п . 2 лAVминмм а его с

увеличение от ., . 32 оставляет 23%. Установленные параметры режима сварки обеспечивают сварку на рабочем режиме. При движении горелки по истечении времени равного

1,5 с вновь автоматически уменьшают расход плазмообразующего газа до появления дискретного изменения интенсивности излучения атомной линии Fei, регистрируемой фотоэлементом 5, причем из-за изменения условий сварки

это происходит при 0„ 2,3 л/мин срабатывает исполнительное устройство в блоке 4, который выдает команду на увеличение расхода плазмообразующего газа до значений 2,8 л/мин,

параметр . j возрастает на 22% от его

значений на дискретном режиме сварки.

Подобным образом повторяют несколько раз до окончания процесса сварки. Таким об- разом, периодическим изменением параметра Q. -ЛИ. ij 3 J ДО появления дискретного изменения интенсивности излучения следят за соблюдекием рабочего режима в процессе сварки. Применение данного способа позволяет разработать простую и надежную аппаратуру управления процесса плазменной сварки про.никающей дугой. При этом повышается качест во сварки в начале шва в 2 раза при сохране нии высокой производительности процесса. Уто в свою очередь, снижает затраты на исправление брака и повышает эффективность использования процесса плазменной сварки. рмула изобретения Способ регулирования процесса электродуговой сварки по интенсивности светового излучения, при котором момент сквозного проникания дуги определяют по появлению низко частотной переменной составляющей светового излучения с увеличенной амплитудой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования процесса сварки сжатой проникающей дугой, в качестве переменной составляющей используют интенсивность спектральных линий металлов, давление насыщенных паров которых при их температуре плавления составляет - 1б мм.рт.ст. для чего периодически устанавливают режим горения дуги, удовлетворяющий условию °пл , --З 5 7-10 где Q -- расход плазмообразующего газа в л/мин dj, - диаметр сопла в см 3 - сварочный ток в А. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3602683, кл 219-121 971. 2.Авторское свидетельство СССР № 287215 л. В 23 К 9/10, 1966. 3.Авторское свидетельство СССР по заяве № 2359167, кл. В 23 К 9/10, 1976 (протоип).