Способ контроля состояния газовой защиты при автоматической дуговой сварке

 

Изобретение относится к сварочному производству и может найти применение при автоматической сварке плавящимся электродом в среде защитных газов. Целью изобретения является повышение точности и надежности контроля за состоянием газовой защиты зоны сварки в широком диапазоне сварочных режимов при сварке в аргоне, углекислом газе и смесях на их основе. Нарушение газовой защиты при дуговой сварке может быть обнаружено по увег личению отнощения времени переноса капли электродного металла к времени существования капли по сравнению с опорным значением данного отношения. Время переноса и время существования капли определяются по временным характеристикам сварочного тока и напряжения на дуге, С помощью описанного способа контроля можно обнаружить нарушение газовой защиты зоны сварки до того, как произойдет снижение механических характеристик сварного соединения в широком диапазоне режимов сварки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл. i (Л С СП 00 vj

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХ

РЕСПУБЛИК (191 (И) др4 В 23 К 9/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4016176/31-27 (22) 04.02.86 (46) 23. 10.87. Бюп. К - 39 (71) Могилевский машиностроительный институт (72) Е.И. Хрусталева (53) 621.791.753(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н - 1060369, кл. В 23 К 9/163 1983. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ДУГОВОЙ

СВАРКЕ (57) Изобретение относится к сварочному производству и может найти применение при автоматической сварке плавящимся электродом в среде защитных газов. Целью изобретения является повышение точности и надежности контроля за состоянием газовой защиты зоны сварки в широком диапазоне сварочных режимов при сварке в аргоне, углекислом газе и смесях на их основе. Нарушение газовой защиты при дуговой сварке может быть обнаружено по уве." личению отношения времени переноса капли электродного металла к времени существования капли по сравнению с опорньйк значением данного отношения.

Время переноса и время существования капли определяются по временным характеристикам сварочного тока и напряжения на дуге, С помощью описанного способа контроля можно обнаружить нарушение газовой защиты зоны сварки до того, как произойдет снижение механических характеристик сварного соединения в широком диапазоне режимов сварки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1346371

Изобретение относится к сварочному производству и может найти применение при автоматической сварке пла« вящимся электродом в .среде защитных газов и смесей, преимущественно мо5 жет применяться в сварочных автоматах и роботах с защитой зоны горения дуги аргоном, углекислым газом и смесями на их основе.

Цель изобретения — повышение точности и надежности контроля состояния газовой защиты зоны сварки в широком диапазоне сварочных режимов.

Способ основан на том, что, при нарушении газовой защиты изменяется частота капельного переноса за счет изменения времени существования и переноса капли.

Наиболее информативным параметром 20 о состоянии газовой защиты является отношение времени переноса капли к времени существования капли. Время переноса капли определяют по времени, в течение которого значение свароч- 25 ного тока превышает опорное значение, или по времени, в течение которого напряжение на дуге ниже опорного а время существования капли при-нимают равным периоду изменения сва" рочного тока или напряжения.

На фиг. 1 приведены временные диаграммы изменения сварочного тока и . напряжения за один период изменения; на фиг. 2 — график зависимости отношения времени переноса капли к времени существования капли от концентрации воздуха в защитной атмосфере; ,на фиг. 3 — схема устройства, реализующего способ; на фиг. 4 - график изменения достоверности способа для разных видов переноса при сварке в смеси Ar + 20% СО .

При оценке информативности способа проверено влияние отклонений сварочных режимов, возникающих от различного рода возмущений, на изменение отношения времени переноса капли к времени ее существования и на частоту переноса капель. Установлено, что изменение сварочного тока на 5-8%

50 вызывает изменение частоты переноса капель на 10-12%, а отношение указанных времен не более, чем на 10%.

Изменение напряжения на 5-10% вызывает отклонение частоты на 10-12%, а указанного отношения времен только на 3-7%, т.е. предлагаемый информативный параметр ь„ / о является более помехоустойчивым, чем частота переноса капель. При этом на отклонение отношения времени переноса капли а„ к времени ее существования ñ, из рассмотренных возмущающих воздействий (изменение расстояния соплодеталь, отклонение режимов сварки, изменение скорости сварки и др.) наибольшее влияние оказывает изменение состояния газовой защиты из-за попадания в нее воздуха.

Учитывая, что при автоматической сварке параметры сварочного режима обычно эастабилизированы, информативность способа еще более увеличивается.

Заданное значение контролируемого параметра получают в процессе сварки при наладке сварочного автомата или робота на определенные технологичес1 кие параметры (сварочный ток, напряжение, скорость сварки, оптимальный расход защитного газа и т.д,) . При наладке по осциллограммам, которые могут быть получены на осциллографе, быстродействующем самописце или другом аналогичном приборе, определяют опорное значение сварочного тока (фиг. 1а) или опорное значение напря, жения (фиг. 1б). Эти опорные значения выбираются наладчиком с учетом обеспечения помехоустойчивости (фактически достоверности) способа. Опорные значения выбирают так, чтобы при каждом отдельном переносе капли через дуговой промежуток осуществлялся гарантированный переход изменяющихся значений тока и напряжения через уровни опорных значений соответственно тока и напряжения..

При практическом применении способа нет необходимости получать в каждом конкретном случае предлагаемую зависимость от концентрации воздуха, поскольку в рассмотренном диапазоне режимов зависимость носит общий устойс чиво повторяющийся характер, при этом обеспечивается отклонение контролируемого параметра от его базового значения не менее чем на 20% при попадании в защитную атмосферу до 8-9% воздуха независимо от значения базового параметра, получаемого для конкретных значений тока, напряжения и других параметров процесса сварки в процессе наладки сварочного автомата или робота. При таких концентрациях воздуха в защитной атмосфере качество

НГ+ Н

Д = — — -

134637 .металла сварного шва изменяется в допустимых пределах.

При концентрации воздуха 9-10Х в защитных газах и смесях происходит резкое снижение ударной вязкости металла сварного шва и зоны термического влияния, при этом появляются поры в низкоуглеродистой и низколегированной стали, резко возрастает содержание нитридов в металле сварного шва.

Из графика (фиг. 2) видно, что при содержании воздуха в защитной атмосфер е до 97 величина от ношения вр е- 15 мени переноса капли к времени существования капли увеличивается в 1,92,5 раза при сварке в углекислом rase и его смеси с кислородом и в 1,21,5 раза при сварке в аргоне и арго- 20 носодержащих смесях.

Способ реализуется устройством (фиг. 3), состоящим из блока 1 для измерения времени переноса капли и времени существования капли, вычи- 25 слителя 2, блока 3 сравнения, блока 4 управления и индикации.

Определение нарушения газовой защиты производится следующим обра- . зом. 30

После настройки сварочного авто" мата или робота при качественной газовой защите блоком 1 измеряют время переноса капли и время существования капли, принимают эти временные параметры оптимальными для выбранных условий и режимов сварки и заносят отношение времени переноса капли и времени существования капли в блок 3 сравнения после вычисления данного отношения в вычислителе 2. В дальнейшем устройство работает в автоматическом режиме: измеряют временные параметры, вычисляют их отношение и в блоке 3 производят сравнение 4б заданного отношения с текущим его значением. При превышении значения отношения времени переноса капли к ю времени существования капли в текущий момент времени над заданным от- 50 ношением срабатывает блок 4 управления и инцикации, который включает в сигнализацию или отключает сварочный автомат, предупреждая тем самым появление брака сварного соединения из-за нарушения газовой защиты эоны сварки.

На сварочном автомате с источником питания производят сварку стыко1

4 вых соединений, используя при этом пластины из стали аустенитной проволокой диаметром 1,2 мм в смеси аргона с 202-ными надбавками углекислого газа. После сварки швов иэ них вырезают образцы, которые испытывают на ударную вязкость, по величине последней и оценивают достоверность способа. Результаты экспериментов обработаны с применением методов математической статистики и в примерах даны результаты обработки.

В процессе сварки швов проводят регистрацию частоты процесса и отношения ñ / с при помощи модернизированного соответствующим образом прибора частотомер-хронометр и быстродействующего прибора типа Н336-2.

Кроме того, часть данных получена по кинограммам (контрольные эксперименты).

Экспериментально в процессе наладки сварочного автомата подобраны значения опорных напряжений.

Проводя оценку достоверности способа по альтернативному признаку используют в качестве эталонного способ определения механических свойств сварного соединения по величине ударной вязкости металла сварного шва °

В атмосферу смеси Ar + 20X СП> до" бавляют 5-6Х воздуха. При этом снижение ударной вязкости на 5-10Х считается недопустимым.

Расчет достоверности производят по формуле где Д - достоверность;

Н„- дважды годные изделия; .H< - дважды негодные изделия;

Н вЂ” общая выборка иэделий.

Пример 1. При токе сварки менее .90А и напряжении менее 16 В происходит обрыв дуги и процесс сварI ки прекращается. Д О.

Пример 2. Ток- сварки 100 А, напряжение на дуге 24 В, опорное напряжение 10 В. Процесс сварки крупнокапельный с короткими замыканиями.

Н-50 стыковых швов, Нг 42 шт, Hq

= 7 шт. Информативные параметры при различной концентрации воздуха представлены в таблице для всех режимов сварки.Д = 0,98.

Пример 3. Сварочный ток 150 А, напряжение на дуге 24 В. Опорное на

Режим сварки Информатцвные параметры способа остоверность

UI, В Предлагаемого

Осй с (11 с ср (9

Известног предлагаемого способа

150

0,98

0,925

24

24 0,0418 .0,0130 31,1

25 0,0250 0,007 28

28 0,0152 0,004 1 26,9

28 0 0108 0,0032 29,6

24 0 058 0 010 17,2

24 0,0357 0,0067 18„8

28 0, 0288 О, 0051 t 7, 1

28 0 0160 0,0029 18,1

0,89

180

200

0,786

100

150

180

200

Концентрация воздуха в защитной атмосфере 5-16,"., в остальных случаях воздуха в атмосфере дуги нет.

5 13463 пряжение 10 В. Крупнокапельный перенос без коротких замыканий. Н-80 шт, Н 66 шт., Hrr = 8 шт,, Д = 0,925.

Пример 4, Сварочный ток 180 А, напряжение на дуге 28 В, опорное на-" пряжение 10 В. Перенос металла среднекапельный. Н = 80 шт., Hr. = 63 шт., Н = 8 шт., Д = 0,89.

Пример 5. Сварочный ток

200 А, напряжение 28 В„ опорное па- 10 пряжение 10 В. Перенос металла мелко,капельный, но не струйный, Н = 70 шт., Н- = 47 шт., Н - "8 шт., Ц = 0.,786. ,.Пример 6. Условия проведения эксперимента те же, что и в примере 5,15 но вместо опорного напряжения 10 В применяют опорное напряжение 15 В.

При этом достоверность способа повьпяа= ется. Н = 70 шт., H 49 шт., Н = 8 шт., Д = 0,814, т.е. для конкретных условий сварки, влияющих на появление помех, необходимо в процессе наладки выбрать такие опорные значения тока или напряжения, чтобы была осуществлена наибольшая отстройка от 25 помех, влияющих на достоверность способа, На фиг. 4 обобщены результаты, предложенные в примерах 1-5 (х - по извес. стному, о — по предлагаемому способу),30

Таким образом, с помощью предлагаемого способа контроля можно обнаружить нарушение газовой защиты зоны сварки до того, как произойдет сниже- . ние механических характеристик сварного соединения в широком диапазоне режимов сварки.

Формула из о бр ет ения

1. Способ контроля состояния газовой защиты при автоматической дуговой сварке плавящимся электродом в режиме капельного переноса, при котором о состоянии газовой защиты судят по отклонению параметра, характеризующего периодичность капельного переноса от заданного значения, о т л и— ч а ю шийся тем, что„ с целью повышения точности контроля в широком диапазоне сварочных режимов, в качестве контролируемого параметра напал>зуют отношение времени и.-:.реноса капли электродного металла и времени существования капли, 2. Способпоп, 1, отличаюшийся тем, что время переноса капли опр еделяют по вр емени, в течение которого величина сварочного тока превышает значение опорной величины, а время существования капли определяют по периоду изменения сварочного тока.

3. Способпоп. 1, отлича ю шийся. тем, что время переноса капли определяют по времени, в течение которого величина напряжения на дуге иже значения опорной величины, а время существования капли определяют

rro периоду изменения напряжения на дуге.

3346371

Ю 6

Кснценврациа воздуха, 4 ,Фиг.2

1346371 урупипиапеиьньш и )упнпиапельиьи

/О M УО 4О О 60 7д 8

Часшсма переноса, Гц

Фиг 4

Текред Л. Сердюкова Корректор Э. Лончакова

Редактор Л, Бобкова

Тираж 922 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по. делам изобретений и открытий

113035, Москва; Н(-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5426

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4