Способ регулирования глубины проплавления при автоматической аргонодуговой сварке неплавящимся электродом без присадочной проволоки

 

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГЛУБИНЫ ПРОППАВЛЕНИЯ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКЕ НЕПЛАВЯЩЙМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ. БЕЗ ПРИСАДОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ, при котором измеряют параметры режима - то свар1ш J, напряжение на дуге и t скорость сварки V, а изменение какого-либо из этих парамет- , ров вследствие воздействия внешних возмущений компенсируют изменением другого контролируемого параметра, при этом на глубину И проплавления определяют из зависимости Р Я г iH.K,/v ч;I отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки. дополнительно измеряют ширину сварного шва Вц и одновременно рассчитьшают ее по контролируемым параметрам режима из зависимости °2 и v 18 К,3 и определяют величину неконтролируемых в оз муще НИИ по погр ешнос ти расчета ширины шва 4В вм - в, при этом коэффициенты К и К, уточ /6 1 няют по зависимости К К и ,где KJ, и 4 - значения коэффициентов до ,обнаружения неконтролируемых возмущений, а компенсацию внешних возмущений производят исходя из уравнения -(f %1г-1 где и отклонение тока от заданной величины ;. A(J, - отклонение напряжения на дуге и скорости сварки от заданных величин; 8 - рассчитанная ширина шва; дВ 6„-В- отклонение измеренного значения ширины шва от рассчитанной величины; п,р,с,П,, - постоянные коэффициенты. P242i 2

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК аю а»

З(5» В 23 К 9/1О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0THPblTPN

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ отклонение тока от заданной величины, . отклонение напряжения на дуге и скорости сварки от заданных величин; рассчитанная ширина шва; отклонение измеренного значения ширийы шва от

1 рассчитанной величины; постоянные коэффициенты. где дТ— .й0, Ч

aB=-Е -Bи в(р„я1 г1, Р2 Ч 2 г2 (21) 3600159/25-27 (22) 03.06.83 (46) 15.11.84. Бюл. ¹ 42 (72) .Б.К.Патон, В.К.Лебедев, Н.В.Подола и П.И.Руденко (71) Ордена Ленина и ордена Трудового

Красного Знамени институт электросварки им. К .О.Патона (53) 621.791.75(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 837655, кл . В 23 К 9/00, 1979.

2. Патент Японки 50-3987, кл. В 23 К 9/12, 1975 (прототип). (54)(57) cIIOGOB РкгУлиРОВАниЯ JIYBHHbI

ПРОППАВЛКНИЯ ПРИ АВТОМЛТИЧКСКОй АРгонодуговой свАРкк нкпллвяп1имся

ЭЛККТРОДОИ БКЗ ПРИСАДОЧНОЙ IIPOBQJIOKH, при котором измеряют параметры режима — то сварки 3, напряжение на дуге U скорость сварки Ч, а изменение какого-либо из этих параметров вследствие воздействия внешних возмущений компенсируют изменением другого контролируемого параметра, при этом на глубину Н проплавления определяют из зависимости с г

lH= K<3 Ц 1/ отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки, дополнительно измеряют ширину сварного шва Bи и одновременно рассчитывают ее по контролируемым пара" метрам режима из зависимости

p г

8 K 3 0

2 и определяют величину неконтролируемых.возмущений по погрешности расчета ширины шва LlS = 8 8, при этом коэффициейты К ы К уточняют по зависимости .K ††/ .К и К2= j B„IB3K2rge К. и K< — значенйя коэффициентов до,обнаружения неконтролируемых возмущений, а компенсацию внешних возмущений производят исходя из уравнения ьВ Ы ач

ЬЭ =- — lh — +с — + „

Р„ в "1 0 1 Ч

1123803

Изобретение относится к обработке и сварке материалов и может быть использовано для регулирования глубины проппавления при автоматической аргонодуговой сварке неплавящимся 5 электродом без присадочной проволоки.

Известен способ регулирования процесса дуговой сварки, при котором регистрируют геометрические парамет- 10 ры сварочной ванны,. выбирают параметр, в зависимости от отклонения которого вырабатывают регулирующий параметр, воздействующий на процесс сварки (1 j.

Геометрические параметры качества сварного шва, в частности ширина шва и глубина проплавления, при автоматической аргонодуговой сварке неглавящимся электродом зависят от 2б параметров режима сварки (сварочного тока, напряжения на дуге, скорости сварки и скорости подачи присадочной проволоки1, геометрических размеров электрода, качества газовой за- 25 щиты дуги и сварочной ванны, количества тепла, отводимого от свариваемого металла формирующимиподкладками, прижимными и фиксирующими устройствами, качества подготовки и подгонки деталей в месте сварки и т.п. Отклонение некоторых из этих параметров от заданных значений, в частности отклонение параметров режима, например, тока сварки и напряжения на дуге, но разному сказываi ется на изменении ширины шва и глубины проплавления. В этой связи известный способ. управления процессом по величине отклонения геометри-. ческих параметров ванны от заданного значения не всегда позволяет полностью компенсировать воздействие внешних возмущений на процесс и получить требуемую глубину проплавления свариваемых деталей. В то же время глубина проплавления в большинстве случаев аргонодуговой сварки. является более важным параметром, чем ширина шва для достижения герметичности и требуемой прочности свар- 5О ного соединения.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению является способ регулирования глубины проплавления при автоматической аргонодуго- 55 вой сварке, при котором измеряют параметры режима, сварки: ток сварки I напряжение на дуге U, скорость сварки Ъ, а изменение какого-либо из этих параметров вследствие воздействия внешних возмущений компенсируют изменением другого контролируеМого параметра, при этом глубину проппавления определяют из зависимости

Н =K I ""U V"

7 а для регулирования используют уравнение дТ йУ йЧ вЂ” — + q +г 0 (2)

I 1 U " V

Однако при использовании :,данного способа нельзя учесть влияния на качество сварного соединения тех внешних факторов, которые не могут быть проконтролированы по изменению параметров режима: 3, U, V. К их числу могут быть отнесены непостоянство теплоотвода от места сварки по длине шва, изменение размеров электрода и качества защиты, отклонения в подготовке свариваемых кромок и т.д.

Вместе с. тем влияние этих факторов на качество сварки очень существенно, особенно при сварке достаточно длинных швов сложной конфигурации.

Цель изобретения — повышение качества автоматической аргонодуговой сварки неплавящимся электродом без присадочной проволоки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирова- ния глубины проплавления при автоматической аргонодуговой сварке неплавящимся электродом без присадочной проволоки, при котором измеряют параметры режима — ток сварки 3 напряжение на дуге и, скорость сварки V, а изменение какого-либо из этих параметров вследствие воздействия внешйих возмущений компенсируют изменением другого контролируемого параметра, при этом глубину. Н проплавления определяют из зависимости

Н=КЭ "Ц "Ч"

Р„Я, г дополнительно измеряют ширину сварно-. го шва В и одновременно рассчитывают ее по контролируемым параметрам режима из зависимости

Р

15К 2О 2Ч 2

2 и определяют величину неконтролируемых возмущений по погрешности расчета ширины шва 48= 61„— 8, при этом

11238 с

К

К Н К, -1 и

К Н К

40 ьВ

1 получаем з коэффициенты К1 и К2 Уточняют по (В „ м о зависимости К = К и К

1 В/

В

= - - К где К и К вЂ” значения

В 2» 1 2

5 коэффициентов до обнаружения неконтролируемых возмущений, а компенсацию внешних возмущений производят исходя из уравнения

Э 1 . ДЦ ДЧ

О ч

Р1 6 где Д- отклонение тока от заданной величины;, DU, ЬЧ вЂ” отклонение напряжения на дуге и скорости сварки от заданных величин, 8 — рассчитанная ширина шв а, 68--8 -  — отклонение измеренного значения ширины шва от рассчитанной величины; 20

11„,Р„Д,„;»„; постоянные коэффициенты.

Коэффициенты К„, К и и. и показатели степени при параметрах режима сварки Р„, с(„, < и .Р2,,, г оп25 ределяются методом статической обработки экспериментальных данных, которые получают при сварке опытных образцов с изменением параметров режима не менее чем на +20X от оптимальных значений и при неизменностиЗ0 внешних факторов.

Изменение неконтролируемых факторов приводит к изменению коэффициентов К„ и К2 пропорционально значениям глубины проплавления и ширины 35 шва при одних и тех же значениях параметров режима, т.е. коэффициенты и соответствующие им значения глубины проппавления и ширины шва при одних и тех же 45 параметрах режима сварки и разных неконтролируемых факторах (величине теплоотвода, расходе защитного газа, геометрических размерах электрода, качестве подготов-50 ки и пригонки свариваемых кромок J.

В соответствии с производственными требованиями погрешность измерения и расчета ширины шва и глубины проплавления должна быть не более lOX. 55

С допустимой для практического применения погрешностью можно полагать» что при постоянных значениях пара03 4 метров режима сварки и отклонении неконтролируемых факторов в пределах производственных допусков коэффициенты К1 и К2 изменяются согласно выражению где и 1-5 в зависимости от заданной глубины проплавления. ,Другими словами, если для заданного уровня неконтролируемых факторов определены зависимости, то изменение этих факторов можно проследить по отклонению расчетных величин геометрических параметров шва от измеренных. При этом новые значения коэффициентов могут быть опре-. делены по изменению любого из рассчитываемых геометрических параметров шва, например ширины шва

В В

К и К, = -М- К

В 1 2 В 2

Использование ширины шва для выявления неконтролируемых возмущений удобнее, поскольку во многих случаях сварки измерение глубины проплавления непосредственно в ходе сварки в отличие от измерения ширйны шва связано с большими сложностями и практически невозможно.

Для определения уравнения регулиро- вания рассмотрим полный дифференциал от зависимости а Р1-1

О®= 3 "U " 1 +Р1к.,d 1 " +

Зх

Р „1 Р1 Ч 1-1, + „к,3 U " Y "Ю+г„К„З "U V где х — параметр, определяющий действие неконтролируемых факто- . ров.

После алгебраических преобразова - ний имеем

JH 4 1 К„, (Q JV

Н - К„З, " 1 «u "1 V

Переходя к конечным разностям, а также учитывая, что. (к,—" -к) —" к, дИ 6, g U ->V

<Г+"

1123803 где д В=В„-  — ошибка расчета ширины шва по зависимости {2), которая определяет уровень действующих на процесс неконтролируе- 5 емых возмущений;, h8 — отклонение глубины проплавления от заданной вел"чины;

d 3, d U, d V — отклонения параметров режима сварки от заданных величин 3, U,V,", H " заданная величина глубины проплавления,  — ширина шва, рассчи- 15 танная по зависимости.

Поскольку задачей управления яв ляется компенсация возмущений ЙО, д И, ДХ, с целью устранения отклонения от заданного значения глубины проплав- 20 ления, т.е. ОН=0, получаем следующее уравнение регулирования

Из полученного уравнения регулирования величина изменения сварочного тока для компенсации возмущений, действующих на процесс, определяется из следующего выражения 30

43= — п +q — ар 1 аЬ а0 аЧ

Р 8 U 1vt

Таким образом в процессе сварки измеряют ширину шва и параметры режима: сварочный ток, напряжение на дуге и скорость сварки. По измереннЫм параметрам режима из уравнений рассчитывают глубину проплавления, ширину сварного шва н по погрешности

40 ширины ЛВ, = В„-В определяют величину неконтролируемых возмущений. Если погрешность вьппе допуска (допуск задается равный погрешности расчета при отсутствии неконтролируемых возмущений), уточняют. коэффициенты К и

К в уравнениях. Далее определяют велйчины отклонений измеренных значений параметров режима от заданных значений 60, dV, и на основании уравнения вычисляют величину коррекции сварочного тока, которую передают в блок управления током источника питания сварочной дуги.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит датчик тока сварки 1, датчик напряжения на дуге 2, датчик скорости сварки 3, датчик 4 ширины сварного шва, аналого-цифровой преобразователь 5, микропроцессор 6, запоминающее устройство 7, устройство ввода — вывода данных 8, цифроаналоговый преобразователь 9, устройство управления током сварки 10, устройство 11 управления длиной дуги и устройство управления скоростью сварки 12. Цифрой 13 обозначена установка для автоматической аргонодуговой сварки неплавящнмся электродом.

Элементы схемы соединены следующим образом. Выходы датчиков 1-4 подключены к входам аналого-цифрового преобразователя 5, выход последнего соединен с входом микропроцессора 6, входы которого подключены также к выходам запоминающего устройства 7. и входу устройства ввода — вывода данных 8, а выход микропроцессора 6 соединен с входом цифроаналогового преобразователя 9, первый выход которого подключен к входу устройства управления током сварки 10, второй выход — к входу устройства 11 управления длиной дуги и третий выход — к входу устройства управления током, сварки 10 и соединен с управляющим входом источника питания сварочной ь становки 13, выход устройства управления длиной дуги 11 — с управляющим входом двигателя задания длины дуги, а выход устройства управления скоростью сварки 12 — с управляющим входом двигателя перемещения горелки вдоль сварного шва. Кроме того, входы датчиков 1 и 2 подключены к силовой электрической цепи сварочной установки 13, вход датчика 3 — к двигателю перемещения горелки вдоль шва, а датчик 4 смонтирован на свароч-ной головке установки 1 3.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии программа управления процессом, в том числе математические зависимости заданные параметры режима сварки 3, 0, V xpaf нятся в запоминающем устройстве 7.

По команде сварщика, которая вводится через устройство ввода-вывода 8, процессор б считывает заданные параметры режима из запоминающего устройства 7 и вьщает их значение через! 123803 цифроаналоговый преобразователь 9 в устройство управления 10-12.

В процессе сварки процессор 6 с помощью аналого-цифрового преобразователя 5 измеряет на выходе датчиков 1-4 текущие значения тока, напряжения на дуге, скорости сварки и ширины шва, вычисляет отклонения параметров режима от заданных значений

53 80 йЧ, рассчитывает по эависи- 10 мости ширину сварного шва и определеяет погрешность расчета ширины шва йВ. Если зта погрешность по абсолютной величине более величины (B где

 — максимальная погрешность рас- 15 чета по зависимости, то процессор 6 вычисляет по уравнению требуемую коррекцию тока 53 и новые значения коэффициентов К и К2. Если погрешность расчета ширины шва по абсолют- 20 ной величине меньше Е В, процессор 6 вычисляет требуемую коррекцию сварочного тока D3 из выражения только с учетом отклонения параметров режима сварки. Другими словами, полагаем, 25 что погрешность расчета ширины шва

5B = О. С учетом заданного тока б сварки и величины коррекции вычисля ется значение требуемого для качественной сварки тока равное 1 +- 1, 30 которое процессор 6 через цифроаналоговый преобразователь 9 передает в устройство управления током сварки

;10. По зависимости процессор 6 рассчитывает текущее значение глубины проплавления, которое передается в устройство ввода — вывода 8 для контроля процесса сварщиком. Расчетное значение тока 3 + М, коэффициентов К и К

2 а также измеренные величины напряже- 40 ния на дуге и скорости сварки заносятся в запоминающее устройст- во 7 °

При следующем цикле измерения и контроля параметров режима и ширины шва отклонения параметров режима

ЬЭ, dU, и Ч будут рассчитываться относительно параметров режима, которые были занесены в запоминающее устройство 7 при последней коррекции тока сварки.

В случае, если в результате расчета получена величина коррекции

43, меньшая по абсолютной величине дискретности задания тока процессор

6 осуществляет расчет текущей глубины проплавления и далее снова пере,ходит к измерению показаний датчиков параметров режима сварки.

Способ реализован при сварке де— талей из легких сплавов на модернизированный установке для автоматической аргонодуговой сварки АДСВ-5 и микро-ЭВМ "Электроника-60", При сварке образцов из сплава

АИг6 толщиной 3 мм был задан следующий режим: сварочный ток 105 А, напряжение на дуге 12 В, скорость сварки 16 м/ч, использовали вольф- рамовый электрод диаметром 4 мм. Расход аргона составлял 8 л/мин. По линии сварного шва на расстоянии 200 мм от его начала была установлена медная формирующая обратный валик подкладка. Первые 200 мм сваривали беэ ,подкладки практически на весу. Возмущения по параметрам режима находились в допусках, при которых не требуется коррекция режима. Глубина проплавления была задана 3 мм. При этом ширина шва составляла 6 мм.

Допустимая погрешность расчета ширины шва была задана 1 мм. При подходе горелки к медной формующей подкладке расчетное значение ширины шва составляло 6,1 мм, в то время как измеренное значение было 5,0 мм. Расчетное значение величины коррекции тока составили 16 А, новое заданное значение тока 121 А.. Следующее корректирующее воздействие было выдано системой через 80 мм непосредственно при сварке на подкладке. Расчетное и измеренное значения ширины шва были те же, что и в предыдущем случае. Расчетное значение величины коррекции тока составило 18 3 А, новое значение тока составило 139 А. При этом глубина проплавления изменялась плавно от полного провара до 2,6 мм в точке коррекции.

Предлагаемый .способ выгодно отличается от прототипа тем, что он поз. воляет учесть вЛияние на формирование сварного соединения внешних факторов, которые не могут быть проконтролированы по изменению параметров режима сварки. Использование способа для автоматической аргонодуговой сварки неплавящимся электродом при изготовлении сварных конструкций в самолетостроении, ракетостроении и других отраслях машиностроительной промьппленности позволит повысить качество сварных швов, снизить нормы

Составитель В.Кулик

Техред И.Асталош. Корректор C.×eðHH

Редактор Т.Парфенова

Заказ 8180/13 Тираж 1036 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

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

9 . 1123803

10 применяемых в настоящее время дорого- Способ позволяет снизить воздействие стоящих методов контроля, например на процесс сварки возмущающих факторентгенопросвечивания, сократить объ" ров, и тем самым уменьшить объем рент емы работы по подварке сварных швов. генопросвечивания.