Способ регулирования процесса дуговой сварки (его варианты)

 

1. Способ регулирования процесса дуговой сварки в среде защитных га ЗОВ неплавящимся электродом, при котором параметры режима регулируют по сигналу, получаемому с поверхности сварочной ванны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования при сварке, в качестве сигнала, получаемого с поверхности сварочной ванны, используют расстояние между концом электрода и его изображением на поверхности сварочн ой ванны. 2.Способ по п. 1,отлича ю щи и с я тем, что при сварке с разделкой кромок в качестве сигнала регулирования используют расстояние между концом электрода и его изображением на поверхности сварочной ванны, образованной на кромке разделки. 3.Способ регулирования процесса дуговой сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом, при котором параметры режима регулируют по сигналу, получаемому с поверхности сварочной ванны, о т л и ч а ю щ и.й (Л с я тем, что, с целью повьпиения точности регулирования при сварке со сквозным проплавлением проникающей дугой, в качестве сигнала, получаемого с поверхности сварочной ванны используют диаметр отверстия, измеряемый в момент исчезновения изображения . электрода на дне ванны.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(511 В 23 К 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3636444/25-27 (22) 26.08.83 (46) 23.05.85. Бюл. II- 19 (72) Ю.Н.Корнеев, В.А.Букаров; п

В.В.Анисимов, Б.Б.Бутылкин и В.В.Иушкаев (53) 621.791.75(088.8) (56) I. Àâòîðñêîå свидетельство СССР

Р. 221876, В 23 К 9/10, 1964. ж

2. Авторское свидетельство СССР

У 429911, В 23 К 9/10, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

М 793731, В 23 К 9/10, 1978. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ДУГОВОЙ СВАРКИ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) 1. Способ регулирования процесса дуговой сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом, при котором параметры режима регулируют по сигналу, получаемому с поверх- д ности сварочной ванны, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности регулирования при сварке, в качестве сигнала, получа ñ8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

„„SU„„111 15 А емого с поверхности сварочной ванны, используют расстояние между концом электрода и его изображением на оверхности сварочной ванны.

2. Способ по и. 1, о т л и ч ашийся тем, что при сварке с азделкой кромок в качестве сигнала егулирования используют расстояние ежду концом электрода и его изобраением на поверхности сварочной ванны, бразованной на кромке разделки.

3. Способ регулирования процесса уговой сварки в среде защитных газов неплавящимся электродс м, при котором параметры рейма регулируют по сигналу, получаемому с поверхности сварочной ванны, о т л и ч а ю щ и .йс я тем, что, с целью повышения точности регулирования при сварке со сквозным проплавлением проникающей угой, в качестве сигнала, получаемого с поверхности сварочной ванны используют диаметр отверстия, измеряемый в момент исчезновения изображения электрода на дне ванны.

111бб! 5

Группа изобретений относится в области сварки, в частности к способам регулирования процесса дуговой сварки в среде защитных газов и может найти широкое применение s любой отрасли народного хозяйства, где к сварным соединениям предъявляются высокие требований.

В энергетической, судостроительной,.химической и других отраслях народного хозяйства сваривают значительный объем соединений, при этом необходимо поддержание заданной глубины проплавления при неполном . проплавлении или величины проплава 15 при полном проплавлении на всю толщину соединения.

При неточном регулировании процесса сварки, а также при наличии технологических возмущений по току, 20 скорости сварки, зазору между деталями и т.д. возникают отклонения размеров проплавления от заданных, а в ряде случаев и непоправимые дефекты в сварном шве в виде черезмерного 25 провисания внутренней стороны шва, прожоги и т.д.

Известен способ слежения за сварочной дугой, при котором совмещают на одном экране проекции наружного ,шва и следа от сварочной дуги внутри трубы и но результатам совмещения регулируют процесс сварки (!) .

Применение этого способа не позволяет стабильно осуществлять

35 контроль глубины проплавления из-за сложности получения проекций поверхности сварочной ванны и определения ее размеров.

Известен способ регулирования 4р сварочных процессов, при котором измеряют излучение сварочной ванны, а по интервалу времени между соответственными выплесками интенсивности излучения устанавливают требу- 45 емую величину дугового промежутка 21.

Недостаток его заключается также в невысокой точности регулирования процесса проплавления металла изделия вследствие влияния на интенсив- 5О ность излучения ванны движения жидкого металла в ванне, наличия пленок и т,д.

Наиболее близким "по технической 55 сущности и достигаемому эффекту к предложенному является способ регулирования процесса дуговой сварки, при котором параметры режима регулируют по сигналу, получаемому с поверхности сварочной ванны, в виде пространственной стабилизации ярко светящегося пятна дуги на сварочной ванне в момент полного проплавления

p).

Недостатком его является невозможность регулировать и контролировать процесс сварки при неполном проплавлении и при сквозном проникании дуги в свариваемое соединение. Кроме того, точность регулирования по этому способу невысокая из-за блуждания пятна по поверхности ванны и сложности его выделения в зоне анодного пятна дуги.

Целью группы изобретений является повышение точности контроля и регулирования глубины и величины проплавления при дуговой сварке поверхностной и проникающей дугой и тем самым повышение качества сварных соединений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе регулирования процесса дуговой сварки в среде защитных газов неилавящимся электродом, при котором параметры режима регулируют по сигналу, получаемому с поверхности сварочной ванны, в качестве сигнала, получаемого с поверхности сварочной ванны, используют расстояние между концом электрода и его изобретением на поверхности сварочной ванны. При сварке с разделкой кромок в качестве сигнала регулирования используют расстояние между концом электрода и его изображением на поверхности сварочной ванны, образованной на кромке разделки.

Во втором варианте .при сварке со сквозным проплавлением проникающей дугой в качестве сигнала, получаемого с поверхности сварочной ванны, используют диаметр отверстия, измеряемый в момент исчезновения изображения электрода на дне ванны.

Второй вариант применяют при сварке проникающей дугой (например плазMpHHoH )> а первый вариант — при свар» ке поверхностной дугой с полным или неполным проплавлением свариваемых деталей.

Указанные операции позволяют повьгсить точность регулирования процесса б дуговой сварки за счет повышения точности определения положения и формы

3 1116 наружной поверхности сварочной ванны и автоматически поддерживать размеры проплавления в заданных пределах.

На фиг.1 показано положение электрода и его иэображение на поверхности сварочной ванны; на фиг.2 — положение электрода в разделке при появлении второго изображения на поверхности сварочкей ванны; на. фиг.З— положение электрода и его изображе- 10 ние на дне ванны при погружении дуги; на фиг.4 — момент исчезновения иэображения ка дне ванны и образование сквозного отверстия в ней.

Способ осуществляется следующим образом.

При выполнении процесса дуговой сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов зачастую предъявляются высокие требования к размерам проплавления, а именно к глубине или величине проплава. Наличие при сварке технологических возмущений приводит к изменению размеров проплавления и нередко к возникнове- 25 нию дефектов и брака в сварных соединениях. Вследствие этого требуется регулировать параметры режима сварки для стабилизации проплавлекия.

Для исключения указанных недостатков и служит способ.

При сварке поверхностной дугой между электродом 1 и изделием 2 возбуждают дугу 3 (см.фиг.1). Дуга

3 расплавляет металл изделия 2 и 35 образует сварочную ванну 4. Поверхкость сварочной ванны 4 имеет при поверхностном плавлении — ке на всю толщину свариваемого изделия 2 либо выпуклую, либо вогнутую поверх- 40 ность, в зависимости от давления дуги (силы тока). При режимах сварки, обеспечивающих выпуклую поверхность ванны 4, по мере увеличения глубины проплавления Ндр увеличивает"45 ся и выпуклость поверхности анны

4. Это происходит из-за большего объема расплавленного металла сварочной ванны 4: плотность жидкого металла меньше плотности твердого метал- 50 ла изделия 2. Зто изменение выпуклости сварочной ванны ч, а, следовательно, и изменение глубины проплавления

Н, предложено определять по видимо-. му перемещению изображения 5 конца 55 электрода 1 на зеркальной поверхности сварочной ванны ч. Но мере увеличения глубины проплавления Н ь изобраб15 4 жение 5 электрода 1 приближается к электроду 1 — (рр уменьшается — и, наоборот, при уменьшении глубины проплавлекия Нар 11щ увеличивается.

При вогнутой поверхности свароч.ной ванны 4 при определенных углах зрения на ней также наблюдается изображение 5 конца электрода 1 и степень вогнутости поверхности ванны 4, а, соответственно, глубину проплавления Н„„ можно опоеделить по расстоянию на проекции между электродом l и его изображением 5.

Для осуществления способа предварительно на образцах - свидетелях подбирают оптимальньй режим сварки, обеспечивающий заданную глубину проплавления и фиксируют при этом расстояние между концом электрода и его иэображением 5 на поверхности ванны 4. Затем осуществляют сварку штатных изделий с постоянным контролем расстояния, при изменении его в ту или иную сторону от заданного значения, регулируют параметры режима сварки в ту или иную сторону соответственно, добиваясь стабилизации P»„ или изменяют его по программе в соответствии с требованиями технологии. Это позволяет получать сварные соединения с требуемыми размерами глубины проплавления и тем самым повысить качество.

При сквозном проплавлении на всю толщину изделия изменение размеров и формы поверхности сварочной ванны

4 со стороны дуги 2 еще более связа»о с изменением размеров проплава с обратной стороны свариваемогQ изделия

2. При увеличении ширины и высоты

;шва с обратной стороны стыка прови сание поверхности сварочной ванны

4 со стороны дуги увеличивается и расстояние между электродом и видимым изображением 5 его ка поверхности ванны также увеличивается, что позволяет использовать этот параметр для регулирования размеров провара в заданных пределах и повысить качество соединения.

При сварке с разделкой кромок (фиг.2) значительное влияние на качество сварного шва, особенно вблизи кромок, оказывает точность подвода электрода 1 к кромкам разделки и обеспечение тепловложения в них, достаточного для надежного и каче5 1116615 ств енного сплавления металла шва и кромок.

Различные датчики .ориентации электрода 1 относительно кромок. разделки не позволяют точно фиксировать поло- 5 жение электрода 1 у кромок и регулировать теплодвижение в них.

При регулировании процесса сварки по данному способу с использованием в качестве регулируемого параметра 10 появление изображения 5 электрода

1 на поверхности сварочной ванны 4, образованной на кромке разделки, эти недостатки исключаются. Появление изображения 5 электрода 1 со 15 стороны кромки указывает на оплавление кромки дугой и, соответственно, на отсутствие несплавления с кромкой.

По расстоянию между электродом 1 и его изображением 5 регулируют степень 20 расплавления кромки. При черезмерном оплавлении кромки металл стекает с кромки на дно разделки и могут возникать подрезы у кромок, что за» трудняет формирование шва при после- 25 дующих проходах и приводит к появлению дефектов. При стекании металла с кромки расстояние между электродом 1 и его изображением 5 увеличивается. Поэтому при достижении заданного з0 расстояния („„ электрод 1 начинают перемещать к противоположной кромке, либо уменьшают ток сварки у кромки и т.п. Эталонное расстояние определяют также предварительно экспериментальным путем. Таким образом, используя изображение 5 электрода 1 на поверхности ванны 4, образованной на кромке, можно исключить несплавление у кромок разделки, образование подрезов,замыканий электрода 1 сизделием и т.д.Кроме того, отпадает необходимость в применении датчиков направления электрода вдоль разделки при заполнении последней с попереч 4 ными колебаниями со скоростью V„o„

Согласно второму варианту способ осуществляют с использованием.в качестве сигнала изображение конца электрода на дне ванны, сквозное проникание регистрируют по исчезновению иэображения.и в этот момент определяют диаметр образовавшегося отверстия, а процесс сварки регули пот по этому диаметру.

11 р и м е р. Способ регулирования процессов дуговой сварки осуществляли при сварке неплавящимся электродом стыковых соединений труб диаметром 34 мм и толщиной стенки 5,0 мм из стали 12х181110Т.

Предварительно стыки без разделки кромок собирали на прихватках и устанавливали в специальное приспо» собление. Сварку осуществляли трубосварочным автоматом ОДА-2С на режи« ме:

Сварочный ток 90 А;

Длина дуги 10мм;

Диаметр вольфрамового электрода

Угол заточки электрода 20

Диаметр притупления 0,5-0,6 мм;

Расход аргона 5 л/мин.

После возбуждения дуги в нижнем положении визуально наблюдали за

Е положением иэображения конца электрода на зеркальной поверхности сварочной ванны. Наблюдение вели под углом

45 к оси электрода на расстоянии

25 см от зоны сварки. Вначале сварочная ванна имела выпуклую поверхность

11 и изображение электрода приближалось к самому электроду, затем расстояние между изображением и электродом стало

3 мм

Второй вариант применяют при сварке со сквозным прониканием дуги на всю толщину свариваемого иэделия.

При этом во время погружения дуги

3 в сварочную ванну 4 наблюдают за изображением 5 конца электрода 1 на дне сварочной ванны 4, образованной на иэделии 2 (см.фиг.3), В момент сквозного проникания дуги 3 на всю толщину и выхода факела дуги

3 с обратной стороны изделия 2 образуется отверстие 6 диаметром д„,„ фиг.4). Величина отверстия 6 характеризует размеры проплавления (шири ну шва с обратной стороны стыка, высоту шва с обратной стороны, т.е.

l качество сварного соединения. В момент образования отверстия 6 на дне ванны 4 изображение 5 конца электрода 1 исчезает. В этот момент опре- . деляют диаметр „, и по его величине регулируют параметры процесса сварки. Это позволяет исключить образование непроваров, прожогов, а также получать размеры шва с обратной .стороны стыка в заданных техническими условиями пределах и тем самым повысить качество сварных соединений.

1,8 мм; электрод-сонло

Диаметр вольфрамового 3 электрода 3 мм, Диаметр притупления электрода 0,6 мм;

Угол заточки о электрода 30

Для наблюдения за изображением электрода на поверхности сварочной ванны в горелку под углом. 25" был установлен световод, позволяющий получать изображение на матовом экране диаметром 30 мм.

После возбуждения дуги при неподвижном положении горелки 3 ч визуально наблюдали за положением изобра35

7 1116 увеличиваться. В момент ухода изображения из поля зрения (изображение не видно) включали перемещение элект. рода и начинали сварку со скоростью

4,5 м/ч. После полного оборота элект- 5 родом стыка дугу выключали и осматривали сварной шов. Во всех случаях наблюдали стабильный провар по всему периметру стыка труб.

Способ-регулирования процесса 10 дуговой сварки по второму варианту осуществляли при плазменно-дуговой сварке, проникающей дугой стыковых соединений труб диаметром 78 мм и толщиной стенки 6 мм из стали 15

12х18И10Т, Предварительно стыки без разделки кромок собирали на прихватках и устанавливали на установке CA-295.

Сварку осуществляли в поворотном положении на следующем режиме:

Сварочный ток 120 А;

Расход плазмообразующего газа (аргона) 1,5 л/мин;

Расход защитного газа (аргона) 5 л/мин; 25

Длина дуги 4 мин;

Расстояние

8 жения конца электрода на дне сварочной ванны, в момент исчезновения изображения электрода по шкале экрана световода фиксировали диаметр образовавшегося сквозного отверстия в ванне, и при достижении им величины 2 мм начинали процесс сварки включением скорости перемещения трубы сварка на спуск) относительно горелки. В процессе сварки регулированием вручную тока сварки добивались постоянства размера диаметра сквозного отверстия.

После окончания процесса сварки производили внешний осмотр сварного шва. Во всех случаях наблюдали стабильное формирование шва по всему периметру стыка и качественное формирование в начале шва. Отсутствовали выплески металла внутрь трубы, натеки снаружи и кратер в конце шва, Последующий контроль качества соединений подтвердил их соответствие принятым нормам контроля для данного типа соединений.

Способ регулирования процесса дуговой сварки по сравнению с прототипом позволяет точно определить момент сквозного провара в начале процесса и получить размеры шва с обратной стороны стыка в требуемых допусках, тем самым избежать непроваров и черезмерного усиления шва в корне и повысить качество сварных соединений.

Способ позволит также разработать систему автоматического регулирования проплавления металла при сварке соединений поверхностной и проникающей дугой, что сократит объем послесварочного контроля, а это значительно снизит затраты на него.

1116615

Фиг 4

Составитель В.Кулик

Редактор П.Горькова Техред A,Áàáèíåö

Корректор О.Луговая

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Заказ 2895/5 Тираж 1086

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауш хая наб., д.4/5