Способ регулирования сварочного процесса Советский патент 1981 года по МПК B23K9/10 

( 54)СПОСОБ РЕГУЛИРОВАПИЯ СВАРОЧНОГО ПРОЦЕССА Изобретение относится к способам регулирования параметров режима сварочного процесса, преимущественно пр дуговой сварке, и может быть применено во всех отраслях народного хозяйства . В химическом, энергетическом маши ностроении , в судостроении и других отраслях народного хозяйства при изготовлении ответственных конструкций предъявляются повышенные требования к качеству сварных соединений. Одним из основных контролируемых параметров сварного шва являются его геомет рическйе размеры, которые, в свою очередь, определяются размерами свар ной ванны. Поэтому очень важно в про цессе сварки поддерживать размеры сварочной ванны постояннымн в заданных пределах. Гарантированное и стабильное качественное проплавлеш1е можно получить при использовании сис тем автоматического регулирования пррплавления, при которых параметры режима сварки регулируют по сигналу о реальных значениях размеров проплавления. Известен ультразвуковый способ измерения толщины, при котором в качестве ультразвуковых колебаний используют поверхностные волны и на их пути устанавливак т акустическое препятствие р 3. Недостатком этого способа является то, что отсутствует операция регулирования в процессе сварки, а также необходимость установки дополнительного акустического препятствия усложняет измерения. Известен способ автоматического регулирования процесса точечной сварки при котором сварочный ток изменяют в прямопропорциональной зависимости от величины акустической проводимости зоны сварки . Недостатком данного способа является также невысокая точность регулирования формы сварочной ванны, так как способ позволяет измерять только глубину проплава. Цель изобретения - повышение точности регулирования форьш проплава, преимущественно при дуговой сварке. Для достижения цели в предлагаемом способе регулирования сварочного процесса, при котором в изделие вводят , ультразвуковые колебания и параметр.; режима регулируют в зависимости от изменения акустической проводимости сварочной ванны, дополнительно определяют размер сваррчной ванны по времени задержки ультразвукового сигнала в сечении, проходящем через акустическую ось ультразвукового пучка и ось источника тепла, и параметры режи ма регулируют с учетом размера сварочной ванны, при этом ультразвуковы колебания вводят периодически с частотой не менее 2 саЬ Д св скорость сварки; L - максимально во можный при данных режимах сварки размер сварочной ванны. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - график зависимости амплитуды сигнала акустической проводимости от глубины проплава свариваемого изделия; на фиг, 3 - график зависимости времени задержки ультразвукового сигнала и размеров ширины сварочной ванны. Блок-схема состоит из сварочной горелки 1, соединенной через блок 2 регулирования параметров с минусовым полюсом источника питания 3, плюсовой полюс которого подключен к свариваемому изделию 4. Сварочная ванна 5, образованная сварочной дугой 6, озвучивается объемными ультразвуковыми колебаниями, возбуждаемыми датчиком которые принимаются датчиком 8. Датчик 9 излучает поверхностные ультразвуковые волны и принимает их после отражения от краев сварочной ванны 5 Датчики 7-9 соединены с дефектоскопом 10. Дефектоскоп 10 соединен с дешиф ратором П, который,связан с блоком 12 памяти и пороговым устройством 13 Пороговое устройство 13 подключено к блоку 2 регулирования параметров. На фиг. 2 обозначено: А - амплитуд сигнала акустической проводимости ясны сварки; | -измepяe faй глубина пропла ва сйарочной ванны 5;Vl,,4i%H Aj, А„, А -произвольные величины глубины проплавления и соответствующие им ам литуЗсря сигнала акустической проводямости зоны сварки; О - толщина свариваемого изделия; На фиг. 3 обозначено: Ьзой время задержки ульразвукового сигнала; 1 измеряемый размер (ширина) сварочной ванны 5; L, , L Hi,-ba,% произвольные величины размеров(ширины) сварочной ванны 5 и соответствующее им время задержки ультразвукового сигнала. Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Между сварочной горелкой 1 и свариваемым металлом 4 возбуждают дугу 6. Тепловая энергия, выделяемая при горении дуги 6, расплавляет металл 4,образуя сварочную ванну 5. От дефектоскопа 10 через ультразвуковой датчик 7 в свариваемое изделие 4 вводят объемные ультразвуковые колебания, направленные в зону сварочной ванны 5, которые принимает ультразвуковой атчик 8, получая сигнал об акустической проводимости зоны сварки. Сигнал акустической проводимости, амплитуда А которого несет информацию о глубине проплавления ( фиг. 2), поступает в дефектоскоп 10 и фиксируется на экране электроннолучевой трубки. Ультразвуковой датчик 9 возбуждает на изделии 4 поверхностные ультразвуковые колебания, акустическая ось которых проходит через ось источника тепла, и принимает отраженные от краев сварочной ванны 5 ультразвуковые колебания. Время задержки ° верхностных ультразвуковых колебаний несет информацию о размере Ь сварочной ванны 5 в измеряемом сечении (фиг.З). Сигналы поступают также в дефектоскоп 10 и фиксируются на экране. С дефектоскопа 10 оба сигнала поступают в дешифратор 11, в котором сигнал о времени задержки преобразуется в амплитудный сигнал. В блоке 12 памяти задается закон изменения сигналов, соответствующий определенным значениям размеров сварочной ванны 5. При отклонении измеренных размеров от заданных пороговое устройство 13 вырабатывает сигнал на изменение параметров режима, который поступает в блок 2 регулирования параметров режима. Блок 2 регулирования параметров режима изменяет параметры режима сварки до исчезновения сигнала рассогласования. Таким образом, располагая акустическую ось датчиков 7-9, проходящую через ось се5чении, перпендикулярном направлению сварки, получаем информацию о двух параметрах сварочной ванны 5, а име но о глубине проплава и ширине. А так как ширина и глубина сварочной ванны 5 в данном сечении максимальны и, в свою очередь, определяют ширину и глубину сварного шва, то одновременное измерение и регулирование ука занных параметров сварочной ванны 5 позволяет получать шов постоянных размеров в заданных, пределах.Расположение акустической оси датчиков указанном сечении позволяет получать сигналы с максимальной чувствительностью, точностью, и с высокой досто верностью. Периодичность контроля указанных геометрических параметров сварочной ванны 5 с частотой 2VcB/U обусловле- 20 существования сварочной но временем ванны L/VCB , за которое сварочная ванна пер еместится в новое положение При меньшей частоте измерения размеров сварочной ванны возможно резкое снижение качества сварного шва при наличии различных возмущений в процессе сварки. Помимо регулирования формы свароч ной ванны системой автоматического регулирования ( САР), предлагаемый способ можно осуществить при управле нии процессом сварки вручную. Это можно сделать следующим образом. При сварке на экране дефектоскопа визуал но наблюдают за амплитудой сигнала поверхностных ультразвуковых колебаний и за временем задерлски поверхно стных ультразвуковых колебаний и изменяют параметры режима таким образом, чтобы выдержать эти сигналы в установленных пределах, соответствую щих заданным размерам сварочной ванны. Пример, Способ осуществляют при импульсной аргонодуговой сварке, неплавящимся электродом стыковых сое динений пластин размером 300 хЮОх 4 мм из стали 12X18HIOT. Сварку осуществляют на макете устройства, пред ставляющего привод перемещения горелки относительно изделия. На макете неподвижно относительно горелки Крепятся ультразвуковые датчики,кото рые контактируют со свариваемым металлом . Режим сварки следующий: Сварочный ток в импульсе 450 А Ток в паузе30 А 5 Длительность паузы 2,5 с Длина дуги3, Диаметр вольфрамового электрода3,0 мм Угол заточки электрода 30 Диаметр притупления О,5-0,6мм Расход аргона5 л/мин Предварительно осуществляют импульсную сварку, добиваясь заданных размеров формы шва, и фиксирук)Т амплитуду сигнала объемных ультраз у1ГОвых колебаний и время задержки поверхностных ультразвуковых колебаний. Выход дефектоскопа соединяют с пороговым устройством (триггером значение порога срабатывания которого устанавливают равным фиксированной предварительно амплитуде и времени задержки ультразвуковых датчиков.При совпадении сигналов триггер срабатывает подавая команду на отключение сварочного тока. Таким образом поддерживают постоянными размеры сварочной ванны, и, соответственно, размеры сварного шва в процессе сварки. Предлагаемый способ регулирования сварочного процесса позволяет регулировать размеры шва в процессе сварки и поддерживать их в строго заданных пределах. Способ позволяет также разработать системы автоматического регулирования размеров сварочной ванны при других способах сварки, дает возможность получать размеры сварных швов в заданных пределах, что исключает ряд операций по контролю сварных швов и исправлении брака, а это, в свою очередь, значительно снижает затраты. Формула изобретения Способ регулирования сварочного процесса, преимущественно при дуговой сварке, при котором в изделие вводят ультразвуковые колебания и параметры режима регулируют в зависимости от изменения акустической проводимости сварочной ванны, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности регулирования, дополнительно определяют размер сварочной ванны по времени задержки ультразвукового сигнала в сечении, проходящем чеез акустическую ось ультразвукового учка и ось источника тепла, и пара-

метры 4 ежлма регулируют с учетом размера сварочной ванны, при этом ультразвуковые колебания вводят периодически с частотой не менее 2 с;в|Ь где СЪ скорость сварки; Ь -максимально возможный при данных режимах сварки размер сварочной ванны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 567951, кл. G 01 В 17/02, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР , кл. В 23 К 29/11, 1968

(прототип).

v

в7«095

4 4

uXf