Способ дуговой сварки штучным покрытым электродом

Изобретение относится к области сварки, осуществляемой штучными покрытыми электродами. При данном способе сварки обеспечивают постоянную скорость плавления электрода во времени, а плотность тока дуги J во времени t регулируют в соответствии с формулой

где β - коэффициент пропорциональности, равный β = (Aк - A0)/tэJ0, A0 - начальное значение коэффициента расплавления электрода, Aк - конечное значение коэффициента расплавления электрода, J0 - начальное значение плотности тока на электроде при зажигании дуги, tэ - время полного сгорания электрода при плотности тока на электроде J0. Использование изобретения позволяет увеличить производительность сварки. 1 ил.

 

Предлагаемый способ относится преимущественно к машиностроению и строительству и может использоваться при ручной сварке и наплавке деталей металлическим плавящимся штучным покрытым электродом.

Известен способ ручной дуговой сварки штучным покрытым электродом, по которому устанавливают сварочный ток, исходя из диаметра стержня, свойств и диаметра покрытия, и осуществляют сварку или наплавку. Сварочный ток в процессе сварки не регулируют, а электрод подают в зону сварки с переменной скоростью, соответствующей скорости его расплавления (см. «Сварка и резка материалов» под ред. Ю.В. Казакова. М.: Академия. - 2010, с.120).

Недостатком данного способа является неравномерная скорость расплавления электрода, обусловленная нагревом электрода в его вылете. Вылет электрода изменяется от максимального в начале горения дуги до минимального в конце расплавления электрода. К концу сварки электрод нагревается в вылете все больше, что приводит к увеличению скорости его плавления. Вследствие этого покрытие может перегреваться и отслаиваться от стержня. Возникает опасность появления дефектов в шве типа натеков и наплывов, т.к. не обеспечивая должного провара основного металла, допускается попадание в шов большого количества наплавленного металла. Чтобы избежать этих недостатков, приходится снижать ток на электрод с самого начала горения дуги. Это приводит к снижению производительности ручной дуговой сварки.

Сварщик при сварке таким способом вынужден подавать электрод в шов с переменной скоростью и постепенно увеличивать скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), чтобы обеспечить равномерную ширину валика по его длине, что требует высокой квалификации сварщика.

Последний недостаток устраняется в способе сварки наклонным электродом, (см. то же издание, с.123). При сварке электрод закрепляют в штативе, устанавливаемом на поверхность изделия, через изолирующую подкладку; по мере его оплавления он опускается с обоймой под действием веса. Глубину проплавления и ширину шва регулируют изменением угла наклона электрода. Однако этот способ, обеспечивая соответствие скорости подачи электрода скорости его расплавления, связанные с ручным характером процесса, не позволяет повысить скорость расплавления электрода в процессе сварки.

Техническим результатом предлагаемого способа является расширение технологических возможностей дуговой сварки штучными покрытыми металлическими электродами, повышение производительности расплавления электрода.

Сущность предлагаемого способа дуговой сварки металлическим плавящимся штучным покрытым электродом, по которому электрод подают в зону сварки со скоростью, соответствующей скорости его расплавления, заключается в том, что сварочный ток в процессе расплавления электрода регулируют, причем зависимость регулирования тока в процессе его расплавления определяют по зависимости скорости расплавления электрода при сварке без регулирования тока.

Зависимость изменения тока во времени в процессе расплавления электрода I(t) выбирают, например, такой, чтобы электрод во время горения дуги t расплавлялся с постоянной скоростью

где A0 - коэффициент расплавления электрода в начальный момент зажигания дуги на электроде; J0 - начальное значение плотности тока на электроде; β - коэффициент, определяемый экспериментально по зависимости длины сгоревшей части электрода от времени горения дуги при отсутствии регулирования тока дуги.

В этом случае начальное значение тока может быть выбрано существенно большим, чем в известном способе, что обеспечивает повышение средней скорости расплавления электрода в процессе сварки.

На фиг.1 показаны зависимости изменения скорости плавления электрода Vпл в случае отсутствия регулирования тока дуги (кривая 1) и при регулировании тока (кривая 2).

Зависимость коэффициента расплавления в процессе плавления электрода в некоторый момент времени t можно записать в виде

где ΔA приращение коэффициента расплавления от нагрева электрода в вылете; A0 - коэффициент расплавления в начальный момент зажигания дуги.

Приращение коэффициента расплавления электрода к данному моменту времени пропорционально времени его действия, плотности тока на электроде дуги и его можно представить в виде

где β - коэффициент пропорциональности, зависящий от диаметра электрода, толщины и свойств покрытия.

Подставив (3) в (2), получим

Скорость расплавления электрода Vэ и коэффициент расплавления Ар связаны известным соотношением

где J - плотность тока дуги, А/см2; ρ - плотность металла стержня, г/см3. Коэффициент расплавления Ар в этом случае измеряется в г/(А·с). Здесь А - ток дуги в амперах, с - время в секундах.

Определить скорость расплавления для данного момента времени можно, умножив левую и правую части выражения (4) на множитель J/ρ

Сократив множитель J/ρ, потребуем, чтобы левая часть оставалась постоянной, равной начальной скорости в момент, равный нулю.

Это возможно, если принять в левой части уравнения плотность тока J0 на электроде и коэффициент расплавления A0 в начальный момент его плавления.

Получаем полное квадратное уравнение относительно плотности тока J

Решение этого уравнения

В момент времени t=0 коэффициент расплавления равен начальному, а ток имеет начальное значение J0.

Таким образом, получили зависимость плотности тока от времени, которая обеспечит постоянство скорости расплавления электрода.

Для отыскания коэффициентов уравнения (9) необходимо определить характеристику начальной скорости плавления электрода A0·J0 и коэффициент пропорциональности β. Для определения β следует определить скорость плавления электрода для какого либо момента времени при постоянном токе дуги. Для расчета β следует использовать выражение (4). β можно определить по зависимости длины сгоревшей части от времени сгорания электрода.

Начальный ток дуги при условии его регулирования для повышения производительности расплавления электрода выбирается на основе значения скорости расплавления электрода в конце его сгорания без регулирования. То есть начальный ток при регулировании выбирается таким, чтобы обеспечить начальную скорость расплавления, равную скорости расплавления в конце его сгорания для случая без регулирования тока. В этом случае обеспечивается повышение производительности расплавления электрода до 15% от способа сварки без регулирования тока.

На фиг.1 показано изменение скорости расплавления электрода от времени горения дуги. Кривая 1 показывает зависимость скорости сгорания в случае отсутствия регулирования тока. Прямая 2, параллельная оси времени t, показывает скорость сгорания в случае регулирования тока дуги. На кривой 1 V0 - начальная скорость расплавления электрода по прототипу без регулирования тока дуги. Начальная скорость сгорания для случая с регулированием тока дуги равна скорости сгорания Vк в конце сгорания электрода при отсутствии регулирования. Площадь под кривой 1 до момента полного сгорания электрода t1 характеризует длину сгоревшей части электрода. Площадь под прямой 2 также характеризует длину сгоревшего участка при регулировании тока дуги до времени полного расплавления электрода t2.

Поскольку длины расплавившейся части электрода к концу процесса должны быть одинаковы, можно записать

где t2 и t1 - соответственно время сгорания электрода при регулировании тока дуги и в отсутствие регулирования. Отсюда отношение времени t2/t1

Так если V0/Vк=0,8, то получим сокращение времени сгорания электрода в 0,9 раза. При времени сгорания без регулирования t1=80 с получим экономию времени 8 с. В этом случае производительность расплавления увеличится на 10%.

Зависимость регулирования тока дуги для выбранной марки, диаметра и длины электрода, обеспечивающую постоянство скорости расплавления электрода, определяют следующим образом.

Пример.

Для электрода с основным покрытием марки СЗСМ диаметром 4 мм при токе 167 А на обратной полярности определили время, за которое расплавляются участки длиной с интервалом 50 мм. Полученные данные аппроксимировали с помощью компьютерной программы по методу наименьших квадратов и получили зависимость длины расплавленного участка от времени Lc(t) вида

где L0 - длина сгоревшего участка в начальный момент времени; B1 и B2 - коэффициенты аппроксимации.

Скорость расплавления из формулы (10) можно найти, взяв производную dLc/dt

Формула (11) аналогична формуле (4), так как коэффициент расплавления и скорость подачи связаны пропорциональной зависимостью (5). Данные опытов и расчетов приведены в табл.1

Таблица 1
№ опыта 1 2 3 4 5 6 7 8
Время горения дуги, сек 0 24 35 47 54 66 76 84
Расплавленная длина электрода, см 0 10 15 20 25 30 35 40
Расчетная длина, см 0,017 10,02 14,98 20,64 24,06 30,14 35,41 39,76
Отклонение, % 0 0 +3,2 -3,76 +0.4 +1,2 -0,6

При определении коэффициентов аппроксимирующей формулы к экспериментальным данным использовали еще одну дополнительную точку, так как понятно, что длина сгоревшего участка при t=0 L0(0)=0. В результате получили значения коэффициентов в формулах (10) и (11): L0=1,69·10-2; B1=0,396 см/с; B2=9,22·10-4 см/с2.

Расчетные данные по длине сгоревшей части электрода совпадают по абсолютной величине с опытными значениями с точностью 1,3%.

С помощью формулы (11) получили зависимость скорости сгорания электрода от длины сгоревшей части, приведенные в табл.2.

Таблица 2
№ опыта 1 2 3 4 5 6 7 8
Время горения дуги, сек. 0 24 35 47 54 66 76 84
Расплавленная расчетная длина электрода, см 0 10,02 14,98 20,64 24,06 30,14 35,41 39,76
Скорость плавления, см/с 0,396 0,440 0,460 0,483 0,496 0,518 0,536 0,551

Приращение скорости к концу сгорания электрода составило ΔV=0,155 см/с, а конечная скорость Vк=0,551 см/с.

Рассчитываем плотность тока в электроде в случае отсутствия регулирования тока J01=167/0,1256=1330 А/см2. Тогда начальный коэффициент расплавления электрода А01

Рассчитываем новое значение начального тока, обеспечивающее начальную скорость расплавления, равную конечной скорости при постоянном токе из соотношения

где Vк=0,551 см/с - конечная скорость сгорания электрода без регулирования тока на токе дуги 167 A; A01 - начальный коэффициент расплавления электрода при зажигании дуги. Получаем J02=1869 А/см2. Этой плотности тока соответствует начальный ток I2=1869·0,1256=235 А. Конечный коэффициент расплавления А02=0,32 г/(А·с).

Рассчитываем значение коэффициента β с помощью формулы (4)

0,32=0,23+β·84·1330.

Отсюда β=8,06·10-7.

Подставив полученные значение J02 и β в уравнение (9), отыскиваем требуемую зависимость плотности тока от времени (табл.3). Начальное и постоянное значение скорости расплавления электрода V2=0,551 см/с. Оно дает уменьшение времени сгорания электрода с 84 до 72,6 сек, т.е. на 13,6%

Таблица 3
t, сек 0 10 20 30 40 50 60 70 72,6
J(t)A/см2 1850 1771 1704 1645 1594 1548 1507 1469 1460

С помощью специального электронного устройства, встроенного в источник питания, осуществляли регулирование сварочного тока по полученной зависимости. Начальный ток составлял 235 А, конечный 183 А. Время сгорания электрода составило 70 секунд.

Таким образом, с помощью данного способа можно повысить скорость расплавления электрода без опасности его перегрева.

Способ может быть осуществлен с помощью устройств, конструкция которых будет зависеть от конструкции сварочного источника питания для сварки покрытыми штучными электродами.

Способ ручной дуговой сварки штучным покрытым электродом, включающий подачу электрода в сварочную ванну в соответствии со скоростью его плавления, отличающийся тем, что обеспечивают постоянную скорость плавления электрода во времени, при этом плотность тока дуги во времени регулируют в соответствии с формулой

где
J - плотность тока дуги,
t - текущее время,
β - коэффициент пропорциональности, равный β = (Ак - А0) / tэ J0,
Ак - конечное значение коэффициента расплавления электрода,
А0 - начальное значение коэффициента расплавления электрода,
tэ - время полного сгорания электрода при плотности тока на электроде J0,
J0 - начальное значение плотности тока на электроде при зажигании дуги.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к модулю управления и сварочной системе для дуговой сварки(варианты). Для сопряжения сварочного источника (12) питания и механизма (16) подачи проволоки предусмотрен внешний модуль (14) управления.

Способ управления подводом тепла для сварочных систем включает в себя этап приема данных, кодирующих требуемый диапазон значений подвода тепла, заключенных между верхним и нижним пределом.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в импульсном сварочном источнике питания. Техническим результатом является обеспечение быстрого реагирования на быстро происходящие события в сварочной дуге, возникающие с интервалами времени менее 1 мс.

Изобретение относится к способу управления сварочным аппаратом, содержащим плавкий электрод, в котором величины параметров сварки, требуемых для процесса сварки, запоминают в запоминающем устройстве и хранят в виде так называемых характеристических кривых (1) при помощи, по меньшей мере, одной опорной точки (2) на характеристической кривой (1).

Изобретение относится к способу дуговой сварки с использованием сварочной проволоки полуавтоматическим сварочным гибким производственным модулем, полуавтоматическому сварочному гибкому производственному модулю, способу отслеживания сварочной производственной линии с упомянутым модулем и сварочной производственной линии с упомянутым модулем.

Изобретение относится к источникам питания для электродуговой сварки. .

Изобретение относится к однофазному выпрямителю для дуговой сварки. .

Изобретение относится к области сварочного производства и может найти применение при аттестации сварочного оборудования в любых отраслях промышленности. .

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано для сварного соединения встык краев полос на установке для соединения встык (M1) установки обработки полос. При этом устройство контроля (C1) содержит средства соединения (C15), предназначенные для его соединения с центральной системой автоматизированного управления (A1) упомянутой установкой обработки полос и упомянутой установкой соединения встык (M1) для обмена по меньшей мере одного параметра полосы и обмена по меньшей мере одного рабочего параметра. Вычислительное устройство (C11) выполнено с возможностью рассчитывать на основе упомянутых параметра полосы и рабочего параметра по меньшей мере один термический параметр сварного соединения, а средства контроля и определения характеристик (C14) сварного соединения выполнены с возможностью контролировать процесс сварки в зависимости от упомянутого термического параметра. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к механизированной сварке металлов плавящимся электродом в среде защитных газов, а именно к способам получения качественных сварных соединений и сварки во всех пространственных положениях. Сварку осуществляют на переменном токе промышленной частоты с автоматизированной синхронизацией циклов импульсной подачи сварочной проволоки с циклами переменного тока промышленной частоты. Перенос электродного металла осуществляют в заданный момент за счет управления процессом сварки по каналам обратной связи. В результате получают качественное сварное соединение за счет высокой скорости и стабильности управляемого переноса электродного металла, снижения тепловложения в свариваемое изделие за счет периодического нарастания и спада тока по синусоидальному закону со сменой полярности. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области сварочных систем. Устройство содержит сварочный аппарат, сварочную горелку (10) и датчик (31), выполненный с возможностью определения размера сварочного электрода, используемого в сварочной горелке. Сварочный аппарат выполнен с возможностью установки параметров зажигания дуги и параметров сварки на основании сигнала датчика (31), указывающего на размер сварочного электрода. Использование изобретения позволяет повысить качество сварки и увеличить производительность. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при сварке любых стыковых соединений без разделки кромок при двухсторонней сварке. Способ включает в себя задание эталонного значения параметра сварки, например тока сварки, скорости сварки или напряжения сварки, при этом требуемое значение регулируемого параметра сварки определяют из условия (Р - Ро) = (Т - Тт)/М, где М - константа, определяемая как отношение предельно допустимого изменения температуры на поверхности изделия в заданной точке измерения к предельно допустимому изменению регулируемого параметра сварки при допустимых отклонениях глубины проплавления, Ро - эталонное значение регулируемого параметра сварки, Р - требуемое значение регулируемого параметра сварки, Тт - измеренное текущее значение температуры заданной точки поверхности изделия, Т - расчетное значение температуры заданной точки поверхности изделия. Заданную точку для замера температуры выбирают на поверхности изделия за пределами сварочной ванны, исходя из определенных условий. Использование изобретения позволяет повысить быстродействие и точность регулирования глубины проплавления. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение может быть использовано при сварке покрытыми штучными электродами. К полюсу источника питания подключают по меньшей мере два электрододержателя с электродами. Ток сварки на источнике питания дуги устанавливают из условия обеспечения скорости расплавления в конце расплавления половины длины покрытой части электрода, равной скорости расплавления в конце расплавления покрытой части целого электрода. После расплавления половины длины покрытой части первого электрода гасят дугу и продолжают сварку следующим электродом до расплавления половины длины его покрытой части. После расплавления половины длины каждого из подключенных электродов поочередно возобновляют сварку первым электродом и остальными покрытыми электродами до полного расплавления их оставшихся частей. Способ обеспечивает повышение допустимого тока дуги, что способствует повышению глубины проплавления и производительности сварки. 3 ил., 2 пр.

Изобретение может быть использовано при автоматическом регулировании отклонения сварочной дуги от стыка свариваемых кромок. В процессе сварки измеряют показатели интенсивности физического состояния поверхности свариваемого изделия в зоне сварного соединения вдоль оси стыка в двух расположенных на постоянном расстоянии друг от друга точках. В качестве показателя используют температуру нагрева поверхности сварочной дугой в упомянутых точках замера. Перед сваркой получают эталонное распределение температуры в сечении расположения точек замера, перпендикулярном направлению сварки. При перемещении изделия относительно сварочной горелки измеряют температуру в точках замера, расположенных симметрично относительно сварочной горелки, а при перемещении сварочной горелки относительно изделия – симметрично относительно стыка свариваемых кромок. Рассчитывают полуразность температур в каждых двух симметричных точках замера и определяют отклонение дуги от стыка с учетом эталонного распределения температур. Способ обладает высокой чувствительностью к отклонениям дуги от стыка и позволяет выбирать точки замера температур на значительном расстоянии от сварочной ванны. 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу и системе контроля процесса ручной сварки. Сварщик посредством сварочного устройства (100) выполняет сварочную операцию на объекте (104), подлежащем сварке. Сварочное устройство (100) содержит устройство (110) сбора данных, которое через сеть передачи данных можно подключать к серверу (120) для получения и передачи информации. Устройство (110) сбора данных содержит блок памяти для записи информации и для хранения записанной информации. Устанавливают идентификатор, индивидуализирующий сварщика, и по меньшей мере один элемент информации, соответствующей идентификатору. Идентификатор считывают при помощи устройства (110) сбора данных. Идентификатор и указанный по меньшей мере один элемент информации получают от сервера или от устройства сбора данных. Обеспечивают также идентификатор сварочной инструкции для сварочной операции и по меньшей мере один элемент информации из сварочной инструкции, соответствующей идентификатору. Идентификатор считывают посредством устройства (110) сбора данных, а идентификатор и по меньшей мере один элемент информации, соответствующей идентификатору, получают от сервера или устройства сбора данных. Устройство сбора данных получает от сварочного устройства информацию и/или показатели сварочной операции и сохраняет в блоке памяти эту информацию и/или показатели сварочной операции, которые были получены, вместе со временем их регистрации. Осуществляют операцию обобщения информации, в соответствии с которой идентификаторы, полученные перед началом сварочной операции, и информация и/или показатели сварочной операции, собранные и сохраненные во время проведения сварочной операции, объединяют таким образом, чтобы они образовывали информационный пакет, индивидуализирующий сварочную операцию. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу дуговой сварки штучным покрытым электродом. Закрепляют электрод в электрододержателе, установленном с возможностью перемещения в направлении к изделию под действием силы тяжести. Сближают электрод с изделием в процессе горения дуги в соответствии со скоростью расплавления электрода и перемещение сварочной ванны на изделии вдоль линии сварки с регулированием поперечного сечения наплавляемого валика по длине. Перед сваркой для заданного диаметра стержня и тока сварки устанавливают изменение длины расплавленной части электрода в зависимости от времени горения дуги, по которой определяют изменение скорости расплавления электрода. В процессе сварки электрод и изделие сближают с изменением скорости в зависимости от скорости расплавления электрода, при этом электрод или изделие перемещают вдоль линии сварки с изменением скорости, которое устанавливают исходя из полученной скорости расплавления электрода и требуемой площади поперечного сечения наплавляемого валика по его длине. Изобретение позволяет автоматизировать подачу электрода в сварочную ванну, повысить качество выполнения сварочных швов и производительность труда при сварке коротких швов за счет использования оператора для замены электродов.1 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 пр.

Изобретение относится к области электродуговой сварки. Способ включает формирование сварного соединения с использованием источника питания с по меньшей мере двумя вольт-амперными характеристиками (ВАХ). При этом формирование сварного соединения осуществляют с разбиванием на этапы, для каждого из которых задают определенную ВАХ источника питания в виде кривой Безье не более третьего порядка, две концевые опорные точки которой соответствуют току короткого замыкания и напряжению холостого хода, а переключение источника питания с одной ВАХ на другую при смене этапа осуществляют с учетом значения сварочных параметров, в качестве которых могут быть использованы ток или напряжение сварочной дуги, производные по времени тока или напряжения сварочной дуги, временные интервалы работы источника питания с заданной ВАХ. Использование изобретения позволяет повысить качество сварки. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области сварки, осуществляемой штучными покрытыми электродами. При данном способе сварки обеспечивают постоянную скорость плавления электрода во времени, а плотность тока дуги J во времени t регулируют в соответствии с формулойгде β - коэффициент пропорциональности, равный β tэJ0, A0 - начальное значение коэффициента расплавления электрода, Aк - конечное значение коэффициента расплавления электрода, J0 - начальное значение плотности тока на электроде при зажигании дуги, tэ - время полного сгорания электрода при плотности тока на электроде J0. Использование изобретения позволяет увеличить производительность сварки. 1 ил.

Наверх