Способ электродуговой сварки

 

СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ , которую ведут при непрерьшном горении дуги, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем Повышения стабильности горения дуги на постоянном токе, в процессе сварки поддерживают постоянной величину отношения тока дуги к сопротивлению дуги .

СО103 СОВЕТСНИХ

И Р

РЕСПУБЛИН

QO (И) 3{511) В 23 К 9 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3007962/25-27 (22) 15.09.80 (46) 30.09.84. Бюл. N 36 (72) А.M.Нарижняк (53) 621 791.755(088.8) (56) 1. Акулов А.И. и др. Технология и оборудование сварки плавлением. М., "Машиностроение", 1977, с. 125.

2. Авторское свидетельство СССР

У 527265, кл. В 23 К 9/16, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

N 285139, кл. В 23 К 9/00, 1968 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ, которую ведут при непрерывном горениидуги, о тлич ающи йс я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем повы- шения стабильности горения дуги на постоянном токе, в процессе сварки поддерживают постоянной величину отношения тока дуги к сопротивлению дуги.

1115872

Изобретение относится к электродуговой сварке, преимущественно., на постоянном токе и может быть применено для сварки металлов различных толщин плавящимся и неплавящимся электродами под флюсом и в среде защитных газов при автоматической и ручной сварке.

Известен способ сварки, при котором регулирование параметров процес- 10 са сварки производят путем изменения сварочного тока с использованием источника питания с жесткой вольтамперной характеристикой нагрузки (балластного резистора, дросселя, управ- 15 ляемого трансформатора, транэисторного регулятора и т.п.). Изменение тока при этом осуществляют sa счет большей скорости изменения напряжения на зажимах источника питания по сравнению 20 с напряжением дуги. Известный способ обеспечивает восстановление электрических параметров стационарной дуги

B(=coqgt в области, прилегающей к рабочей точке вольтамперной характе- 25 ристики дуги при снижении амплитуды внешнего возмущения P1j .

Однако технологические параметры процесса сварки непостоянны и нерегулярны (например, изменяется величина зазора между свариваемыми деталями, толщина притупления кромок, положения шва в пространстве, величина теплового излучения, степень ионизации и т.п.), что приводит к значительным отклонениям электрических параметров дуги от устойчивого равновесия, а электромагнитная и тепловая инерционность дуги является причиной возбуждения колебаний, параметры ко- 40 торых зависят от характера и интенсивности возмущений, а также от динамических свойств источника. Основной причиной отклонения параметров дуги и возбуждения колебаний в стационарной 45 дуге является сложная функциональная

Э взаимосвязь между сопротивлением дуги и током системы источник питаниядуга. Так, например, сопротивление ду ги находится в.обратной зависимости от тока дуги и в прямой зависимости от длины дуги, причем в некоторых случаях ток дуги изменяется в обратной зависимости от длины дуги.

Таким образом, в известном спосо- 55 бе сварки создаются условия для ускоренного изменения тока дуги от сопрое тивления дуги, являющиеся главной причиной возбуждения колебаний. При сварке на малых и средних токах, когца используются преилущественно источники с падающей вольтамнерной характеристикой, что приводит к снижению качества сварки, а при совпадении фаз нерегулярных и регулярных возмущений, например при возбуждении дуги, это может привести к срыву дуги.

Известен. также способ дуговой сварки плавящимся электродом при непрерывном горении дуги без обрывов и коротких замыканий дугового промежутка с изменением сварочного тока, при котором после отрыва капли от электрода производят уменьшение сварочного тока на время, равное времени естественного погружения капли в сварочную ванну, что значительно повышает качество сварного соединения (2) .

Однако в процессе сварки по этому способу воздействие различного рода внешних возмущений на дуговой промежуток вызывает колебательные процессы, приводящие к нарушению запрограммированного синхронного уменьшения сварочного тока, снижению качества сварки. Особенно это относится к моменту отрыва капли расплавленного металла, когда наблюдается ускоренное изменение тока и сопротивление дуги.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ электродуговой сварки, которую ведут при непрерывном горении дуги без ее обрывов и коротких замыканий с изменением тока дуги, осуществляемым с низкой частотой прямо пропорционально изменению длины дуги. Известный способ сварки обеспечивает повышение устойчивости дуги за счет стабилизации электрического сопротивления дуги при программном изменении ее длины (3). !

Однако такой способ не учитывает действия случайных возмущений на параметры дуги. Наложение совпадающих по. фазе электрических, тепловых и программных возмущений приводит к нарастанию амплитуды колебаний параметров дуги и нарушению устойчивости системы источник питания-дуга.

Кроме того, восстановление параметров дуги при значительных отклонениях их от номинального режима сварки происходит с нарушением оптимального соотношения тока и напряже1115872 ния дуги, что приводит к ухудшению качества сварных соединений.

Целью изобретения является повышение качества сварных соединений путем повышения стабильности горения дуги на постоянном токе.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу электродуговой сварки, къторую ведут при непрерывном горении дуги, в процессе сварки 10 поддерживают постоянной величину отношения тока дуги к сопротивлению дуги.

Сущность регулирования процесса электродуговой сварки по предлагаемо- 15 му способу состоит в том, что сварочный ток изменяют прямо пропорционально изменению величины сопротивления дуги независимо от природы возмущений. 20

На чертеже приведена схема осуществления электродуговой сварки. е

В начале процесса сварки между электродом 1 и изделием 2 возбуждают дугу путем короткого замыкания или с помощью осциллятора при минимальном расстоянии между электродами. Дуга питается от источника 3 тока через регулятор 4 сварочного тока, выполняющего функции формирователя вольтамперной.характеристики источника.

Процесс сварки осуществляют дугой номинальной длины „ . Управление регулятором 4 сварочного тока производят с помощью регулятора 5 управляю35 щего тока с опорным резистором 6.

Входным сигналом регулятора 5 управляющего тока является разность напряжений на дуге и опорном резисторе 6, которая формируется компаратором 7.

4

Одновременно ток регулятора 5 является входным сигналом для регулятора 4 сварочного тока. Ток, протекающий через регулятор 4 и дуговой промежуток также находится в прямой зависимости от сигнала рассогласования и форсирует его устранение. Это повышает стабильность параметров дуги.Однако возможность форсированного устранения возникающего рассогласования между напряжением на дуговом промежутке и опорном резисторе зависит от выполнения ряда условий, которые реализованы в предлагаемой схеме электродуговой сварки.

Так, коэффициент передачи напряжения на дуге по отношению к напряжению на опорном резисторе 6 выбран равным где P — коэффициент передачи по току регулятора 5.

Коэффициент передачи регулятора 4 тока выбран равным коэффициенту усиления по току =) . Если Р 1 и

Pq = P = P то. сварочный ток будет прямо пропорционален напряжению на

UA p дуге = где о — величина

I св сопротивления опорного резистора 6.

Величина сопротивления опорного резистора 6 постоянна, а величина сопротивления дуги R g изменяется в широких пределах. Поэтому, если вы оп полнено условие о" v p n, сварочный ток t ce изменяется прямо пропорционально сопротивлению дуги и выполняется. соотношение ого жуток ний яжет снаисто 5

7 ф праверез

Процесс регулирования сварочн тока состоит в следующем.

При действии на дуговой проме регулярных или случайных возмуще 5 параметры дуги, в том числе напр ние дуги, стремятся к смещению о номинального значения. Сигнал ра согласования, возникающий между пряжениями на дуге и опорном рез 0

Ре 6 и формируемый компаратором поступает на вход регулятора 5 у ляющего тока. Ток, протекающий ч регулятор 5 и опорный резистор 6 находится в прямой зависимости о сигнала рассогласования, íî его изменение приводит к снижению величины сигнала рассогласования. св о св

С так, как k -) 4 f3Z

1 д "оп

Известно, что для стационарной дуги g = conSt можно выделить область вблизи рабочей точки режима сварки; в которой сопротивление дуги изменяется обратно пропорционально току дуги, т.е. справедливы соотношения для н для 1 4н для к малых токов сварки Rg a

const средних токов сварки Rg

- con5t

) больших токов сварки R

=const.

Р ,г с6

"Ан

-Т св о„ н ñe

1115872

"4 "a 8Å >

25 д в Е

Кд* >

BHHHIIH Заказ 6825/11 Тираж 1036 Подписное фипиад IIIIII "Патезру" г, Ужгород улЛроектиаяе 4 где R i, 0 — текущие электричессв, к ие пар аме т ры р ежима сварки;

"4„,Ц4н,Р,„ — электрические Параметры, соответствую- 5 щие выбранному режиму.

Согласованием физических свойств дуги, имеющей стационарную вольтамперную характеристику, с электрическими свойствами регулятора, обеспечивающего постоянное отношение тока сварки к сопротивлению дуги, достигается повышение стабильности системы источник питания-дуга в предлагаемом способе электродуговой сварки. Если выполнено условие стационарности, независимо от природы возмущений основные параметры сварки остаются постоянными. Это подтверждается следу- 20 ющими соотношениями: для малых токов сварки

j = Р„С =сопъ1 цкg —" = соп54 > ь1 с для средних токов сварки

;„. 0,„c -союеЪ cg =u „cî 4; для больших токов сварки

2 щ = „С= о (,0(= R „C-ñî å

Таким образом, осуществление процесса сварки при постоянном отношении сварочного тока к сопротивлению дуги обеспечивает повышение стабильности параметров стационарнои дуги, т.е. ,35

I стабильности горения дуги.

Если возбуждение дуги производят коротким замыканием электрода на изделия или с помощью осциллятора

40 при минимальной длине дуги, с

° увеличением длины дугового промежутка 6 г сопротивление дуги изменяется от величины, близкой к нулю, до номинального значения *, соответствующего стационарной дуге. Так, 45 например, для средних токов параметры дуги изменяются по следующим за висимостям: где Ч д„ вЂ” сумма анодного и катодного падений напряжения, градиент потенциала столба дуги.

Плавное нарастание электрических

»apaMe pos дуги (II< 1 4, "4, P> ) п увеличении ее длины обеспечивает режим мягкого возбуждения.

При действии регулярных внешних воздействий на дуговой промежуток (например, изменение длины дуги, связанное с капельным переносом металла) производят изменение величины отношения сварочного тока к сопротивлению дуги относительно заданного уровня по жесткой или гибкой программе, обеспечивающей оптимальный режим сварки. Для этой цели опорный резис1 тор выполняют в виде блока ввода программы и управляющих воздействий.

В результате испытаний предлагаемого способа наблюдается стабилизация отношения тока системы источник питания-дуга к сопротивлению дуги на малых и средних токах сварки (до

200 А). Возбуждение дуги осуществляется коротким замыканием при максимальных токах сварки 1,5-200 А и подтверждает плавное нарастание параметров дуги при увеличении 8g (режим мягкого возбуждения). Напряжение холостого хода на выходе регулятора сварочного тока изменяется в пределах

40-60 В. при этом наблюдается повышение стабильности параметров стационарной дуги ®=COrlst по сравнению с установками, содержащими регулятор тока на основе индуктивного дросселя.

Изменение сварочного тока пропорционально сопротивлению дуги, а не расстоянию между электродами, обеспечивает повышение стабильности стационарной дуги, режим мягкого возбуждения и достижение оптимальных режимов сварки, обеспечивающих высокое качество сварных швов по сравнению с прототипом.