Способ измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну при сварке плавящимся электродом

 

Изобретение относится к области электродуговой сварки с использованием защитного газа и может быть использовано для измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов. Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну. Способ заключается в следующем. Между электродом и рабочей поверхностью чувствительного элемента измерительного прибора возбуждают дугу. Величину силового воздействия дуги определяют по показаниям датчика перемещения чувствительного элемента . Проводят дифференцированное измерение составляющих силового воздействия дуги на сварочную ванну на разных стадиях плавления и переноса электродного металла за период одного цикла сварки синхронно с регистрацией показаний датчика. Силовое воздействие дуги F определяют по следующей зависимости: F РЭм + Рд + FK, где Рэм - результирующая объемных электромагнитных сил в металле сварочной ванны в период короткого замыкания; Рд - сила динамического напора дуги; FK - энергия капли в момент разрыва шейки. Способ позволяет создать уточненную модель процесса . 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л В 23 К 31/12

РУ 9

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4821744/08 (22) 03.05,90 (46) 23.04,92. Бюл, N. 15 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) Н.М.Воропай, А.Н.Корниенко, Н,И.Костенюк и Я,А.Романенко (53) 621.791,75(088.8) (56) Селяненков В.Н, и др. Об измерении давления дуги. — Сварочное производство, 1973, М 9, с. 12-14.

Ерохин А,А. и др. Силовое воздействие импульсной дуги на свариваемый металл.—

Автоматическая сварка, 1976, N 5, с. 6-7, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛОВОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ ДУГИ НА СВАРОЧНУЮ

ВАННУ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЯЩИМСЯ

ЭЛЕКТРОДОМ (57) Изобретение относится к области электродуговой сварки с использованием защитного газа и может быть использовано для измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов. Цель

Изобретение относится к электродуго-. вой сварке, а именно электродуговой сварке с использованием защитных газов, и может быть использовано для измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов, Известен способ измерения силового воздействия сварочной дуги, при котором возбужденная на периферийной части пластины с стробирующим отверстием исследуемая дуга перемещается так, чтобы вход стробирующего отверстия пересек столб ду„„. Ж„„1727972 А1 изобретения — повышение точности и сокращение времени измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну. Способ заключается в следующем. Между электродом и рабочей поверхностью чувствительного элемента измерительного прибора возбуждают дугу, Величину силового воздействия дуги определяют по показаниям датчика перемещения чувствительного элемента. Проводят дифференцированное измерение составляющих силового воздействия дуги на сварочную ванну на разных стадиях плавления. и переноса электродного металла за период одного цикла сварки синхронно с регистрацией показаний датчика.

Силовое воздействие дуги F определяют по следующей зависимости: F = Рэу + Рд + F», где Еэ — результирующая объемных электромагнитных сил в металле сварочной ванны в период короткого замыкания; Гд — сила динамического напора дуги; Е» — энергия капли в момент разрыва шейки. Способ по- 2 зволяет создать уточненную модель процесса. 1 ил. ги по диаметру его поперечного сечения, а одновременно с перемещением дуги производится регистрация величины давления.

Поскольку точность измерения по данному способу зависит от диаметра стробирующего отверстия, а именно с уменьшением его диаметра точность измерения увеличивается, то при исследовании силового воздействия дуги при сварке плавящимся электродом существует возможность частичного или полного заплавления стробирующего отверстия расплавленным электродным металлом.

1727972 вия дуги, но не позволяет измерить силовое воздействие дуги в период реального короткого замыкания электрода на сва- 30

F = Fg + Ед + Fy, 40

Недостатком данного способа является искажение результатов или даже полная невозможность исследования силового воздействия дуги при сварке плавящимся электродом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ исследования силового воздействия сварочной дуги, при котором исследуемую дугу возбуждают между электродом и рабочей поверхностью чувствительного элемента измерительного прибора, а для определения результирующей объемных электромагнитных сил в металле сварочной ванны проводят опыт с коротким замыканием, т.е. когда реальная дуга замещается медным стержнем, установленным в емкость с жидким галлием. . Известно, что процесс сварки плавящимся электродом состоит из двух периодов: установившегося горения дуги и короткого замыкания электрода на свароч-. ную ванну, B каждом из периодов силовое воздействие дуги имеет определенное значение, Известный способ позволяет определить среднее значение силового воздейстрочную ванну, а также в период установившегося горения дуги — максимальную величину силового воздействия в момент перегорания шейки, т.е, возникают трудности при определении результирующей объемных электромагнитных сил в металле сварочной ванны.

Поскольку по известному способу результирующая объемных электромагнитных сил определяется в опыте с коротким замыканием медного стержня на ванну с галлием, то это приводит к появлению ошибки, обусловленной зависимостью результирующей объемных электромагнитных сил от размеров галлиевого контакта, а также от расположения токоподводящих кабелей, поскольку соединение подвижной системы измерительного прибора с источником тока гибким проводником создает дополнительную электродинамическую силу, величина которой зависит от пространственного положения проводника и от опыта к опыту может изменяться. Как правило, она отличается от величины результирующей объемных электромагнитных сил, действующей в условиях с реальным горением дуги.

Таким образом, недостатком известного способа измерения является отсутствие информации о максимальной величине силового воздействия дуги на сварочную ван5

20 ну в период установившегося горения дуги, а именно в момент разрыва шейки, а также искажение величины составляющей силового воздействия дуги — результирующей объемных электромагнитных сил в металле сварочной ванны, что обуславливает невысокую точность способа, Целью изобретения является повышение точности и сокращение времени измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну, Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну при сварке плавящимся электродом, при котором дугу возбуждают между электродом и рабочей поверхностью чувствительного элемента измерительного прибора, синхронно с регистрацией показаний датчика перемещения чувствительного элемента измерительного прибора производят скоростную киносъемку и осциллографирование сварочного тока . и напряжения дуги, совмещают осциллограммы перемещения датчика чувствительного элемента, сварочного тока и напряжения дуги, а также кадры скоростной киносъемки, а силовые воздействия дуги определяют по формуле где эм — результирующая объемных электромагнитных сил в металле сварочной ванны, измеряемых в период короткого замыкания;

Рд — сила динамического напора дуги;

FK — энергия капли в момент разрыва шейки, Силовое воздействие сварочной дуги обусловлено динамическим напором дуги и результирующей объемных электромагнитных сил в металле сварочной ванны, а при сварке плавящимся электродом, кроме того, и воздействием переходящих капель.

Каждая из составляющих силового воздействия дуги вносит определенный вклад и играет определяющую роль в соответствующий период процесса, В период короткого замыкания основной вклад в силовое воздействие дуги вносит результирующая объемных электромагнитных сил, а при горении дуги — сумма результирующей объемных электромагнитных сил и динамического напора дуги плюс воздействие капли в момент разрыва шейки, Знание величины каждой иэ составляющих необходимо для правильного выбора параметров режима сварки, разработки новых сварочных материалов.

Попытки оценить силовое воздействие дуги по показаниям датчика перемещения

1727972

15

25

35

50

55 чувствительного элемента без синхронного осциллографирования тока дуги и напряжения сварки и скоростной киносъемки не осуществимы, поскольку отсутствие кадров киносъемки не позволяет контролировать быстро протекающие процессы перехода капли и перегорания перемычки и исследователь вынужден в качестве силового воздействия дуги принимать его действующее значение, а для определения результирующей объемных электромагнитных сил производить дополнительный опыт с коротким замыканием электрода на галлиевую ванну.

При таком способе исследования теряется информация о пиковых значениях силового воздействия дуги при переходе капли, а также искажается информация о результирующей объемных электромагнитных сил, поскольку возникают погрешности при замещении реального процесса сварки коротким замыканием медного электрода на галлиевую ванну.

При регистрации показаний датчика перемещения чувствительного элемента, синхронной с осциллографированием тока сварки и напряжения дуги и скоростной киносъемкой процесса, наличие коротких замыканий дугового Промежутка используется для определения отдельных составляющих силового воздействия дуги и является благоприятным фактором, позволяющим произвести замеры всех составляющих за один цикл сварки. П ри этом отпадает необходимость в дополнительном опыте с коротким замыканием. В результате повышается точность измерения и появляется возможность дифференцираванного измерения составляющих силового воздействия сварочной дуги.

На чертеже изображены зависимости, поясняющие предлагаемый способ.

Между электродом и рабочей поверхностью чувствительного элемента возбуждают электрическую дугу и после установления процесса регистрируют показания датчика перемещения чувствительного элемента синхронно с скоростной киносъемкой и осциллографированием сварочного тока и напряжения дуги. Через 1-2 с обрывают дугу и обрабатывают результаты, Совмещают осциллограммы и кадры киносъемки и измеряют силовое воздействие дуги, исходя из того, что в момент замыкания электрода на сварочную ванну показания датчика перемещения чувствительного элемента соответствуют величине объемных электромагнитных сил в металле сварочной ванны—

Е», т.е. силовое воздействие дуги в этот период процесса равно F». В момент разрыва шейки — жидкой перемь!чки по показаниям датчика перемещения чувствительного элемента определяют сумму, обусловленную воздействием F», динамического напора дуги Ед и энергией (воздействия) переходящей капли F„e. F= F ì+Fä+ F . В период горения дуги — "установившийся ток" — измеряют силовое воздействие дуги, обусловленное суммой F» и Ед.

Пример. Измеряют силовое воздействие дуги при сварке плавящимся электродом при следующих параметрах режима: ток сварки 80 А, напряжение на дуге 20,5 В, защитный газ СО, электрод Св-08Г2С,P =

0,8 мм, полярность обратная, источник питания ПС-5000 (КЭМППИ); плошадь поверхности сварочной ванны 77,5 мм .

Анализ результатов проводят следующим образом. В момент замыкания электрода на сварочную ванну по показаниям . датчика перемещения чувствительного элемента измеряют воздействие силы F» = 0,4к х10 Н. В момент разрыва шейки измеряют силовое воздействие дуги, обусловленное суммой Е» + Ед + Е». Оно равно F = 2,4 10

-2

Н. В период установившегося зн !чения тока сварки измеряют F = F»+ Ед. F= 1,6 10 Н. !!

Таким образом Ед = F — Еэм, а F!! = F—

Е» Ед. Следовательно. Е» = 0,4 10 Н; Ед=

= 1,2 10 Н; FK = 0,8 10 Н.

Использование предлагаемого способа измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну при сварке плавящимся электродом в защитных газах по сравнению с известным обеспечивает следующие преимущества; возможность дифференцированного исследования составляющих силового воздействия дуги на сварочную ванну на разных стадиях плавления и переноса электродного металла; возможность исследования влияния состава газовой защиты и сварочной проволоки на величину составляющих силового воздействия дуги на сварочную ванну; возможность создания уточненной модели процессов, протекающих в сварочной дуге.

Исследование силового воздействия дуги на сварочную ванну необходимо при разработке технологии сварки и новых сварочных материалов, Формула изобретения

Способ измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну при сварке плавящимся электродом, при котором дугу возбуждают между электродом и рабочей поверхностью чувствительного элемента измерительного прибора, а величину силового воздействия дуги определяют по показаниям датчика перемещения чувствительного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокра1727972

ДФга Каропное Офуо5. Высокий Усмана- Дуга уюенаа- заныюние мейки ooA оийийся уиеняается ток ежа

Составитель Н,Воропай

Редактор М.Янкович Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор M.Äåì÷èê

Заказ 1365 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 щения времени измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну, синхронно с регистрацией показаний датчика перемещения чувствительного элемента измерительного прибора производят скоростную киносъемку и осциллографирование сварочного тока и напряжения дуги, совмещают осциллограммы перемещения датчика чувствительного элемента, сварочного тока и напряжения дуги, а также кадры скоростной киносъемки. а силовое воздействие

F дуги определяют по формуле

F = Рэм + Рд+ к, где гэм — результирующая объемных элект5 ромагнитных сил в металле сварочной ванны, измеряемых в период короткого замыкания;

Ед -- сила динамического напора дуги;

Ек — энергия капли в момент разрыва

10 шейки.