Способ определения сопротивления вылета сварочного электрода



Способ определения сопротивления вылета сварочного электрода
Способ определения сопротивления вылета сварочного электрода
Способ определения сопротивления вылета сварочного электрода
Способ определения сопротивления вылета сварочного электрода
Способ определения сопротивления вылета сварочного электрода
Способ определения сопротивления вылета сварочного электрода

 


Владельцы патента RU 2634560:

Общество с ограниченной ответственностью "Средневолжский сертификационно-диагностический центр "Дельта" (RU)

Изобретение может быть использовано для оптимизации режимов сварки плавящимся электродом. Электрод располагают неподвижно в двух токоподводах, измеряют его длину между токоподводами, пропускают по электроду ток, измеряют изменение значений тока и падения напряжения во времени и получают экспериментальную зависимость сопротивления единицы длины неподвижного электрода от времени протекания тока. Задают скорость расплавления электрода в реальных условиях сварки и получают на основании экспериментальной зависимости распределение сопротивления единицы длины электрода в сечении с координатой х в момент времени t =x/VЭ, где x - координата сечения вылета электрода, см, VЭ - скорость расплавления электрода, см/с. Проводят интегрирование полученного распределения единичного сопротивления электрода в каждом сечении его вылета. Координату х при механизированной сварке электродной проволокой отсчитывают от сечения подведения тока, а при ручной дуговой сварке принимают равной длине расплавленного участка покрытого электрода. Способ позволяет, выполнив один эксперимент с неподвижной сварочной проволокой данного диаметра или с покрытым электродом, получить все необходимые данные по электродной проволоке, пригодные для различных скоростей плавления электрода и длин вылетов. 5 ил., 2 пр., 2 табл.

 

Изобретение относится к области сварки и может использоваться для оптимизации параметров механизированной дуговой сварки плавящимся электродом и ручной дуговой сварки покрытым электродом.

Известен способ определения сопротивления вылета сварочного электрода при механизированной дуговой сварке, по которому определяют диаметр электрода, ток дуги, скорость расплавления электрода и среднюю величину сопротивления в зависимости от длины вылета определяют по формуле, показывающей выделенную в электроде мощность (см А.А. Ерохин. Основы сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1973, стр. 66).

Недостатком данного способа является низкая точность определения сопротивления, вследствие неопределенности нескольких входящих в формулу коэффициентов: начального удельного электросопротивления, температурного коэффициента изменения сопротивления с увеличением температуры стержня, теплоемкости и температуропроводности стержня.

Известен также способ определения сопротивления вылета, при котором производят измерение диаметра электрода, тока и напряжения дуги и длины вылета электрода. По изменению напряжения дуги можно определить изменение падения напряжения в вылете и определить приращение сопротивления вылета. (См. Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие / Под ред. В.В. Смирнова. Л.: Энергоатомиздат., 1986. - стр. 152, табл. 4.11). Этот способ принят за прототип.

Недостатками данного способа являются его низкая точность, обусловленная нестабильностью значений напряжения дуги вследствие периодического отрыва капель жидкого металла электрода. При данном способе затруднительно получить зависимость распределения сопротивления по длине вылета, так как определяется приращение среднего сопротивления вылета.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения сопротивления вылета при одновременном получении распределений сопротивления и температуры по длине вылета.

В предлагаемом способе определения сопротивления вылета электрода для дуговой сварки заданного диаметра измеряют длину вылета электрода, ток и падение напряжение на электроде, скорость расплавления электрода при сварке.

В отличие от прототипа, сварочный электрод располагают в токоподводах неподвижно, замеряют длину электродного стержня между токоподводами, значения тока и падение напряжения на стержне измеряют во времени и сопротивление вылета электрода при сварке определяют по формуле

,

где Lп - длина электродного стержня между токоподводами при проведении замеров, см;

I - ток, проходящий через стержень, А;

tв - время расплавления вылета при сварке, секунд, где ;

Lв - длина вылета электрода в процессе сварки, см;

Vэ - скорость расплавления электрода, см/с.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что измерение падения напряжения во времени при неподвижном электроде, установленном в токоподводах, позволяет определить полное сопротивление вылета, его распределение по длине вылета и распределение температуры по длине вылета.

На фиг. 1 показана схема нагрева вылета в движущемся плавящемся электроде при механизированной дуговой сварке, на фиг. 2 - схема проведения опыта по предлагаемому способу, на фиг. 3 - зависимости падения напряжения и единичного сопротивления от времени, на фиг. 4 - распределение сопротивления по длине вылета, на фиг. 5 - распределение температуры по длине вылета.

На фиг. 1 электродная проволока 1 движется в процессе сварки через токоподвод 2 со скоростью плавления электрода Vэ. Длина вылета Lв - расстояние от конца токоподвода до торца электрода 1, на котором расположено активное пятно 3 сварочной дуги 4, горящей на изделие 5. Изделие 5 и токоподвод 2 подключены к сварочному источнику питания 6. Электродная проволока 1 выходит из токоподвода 2, имея начальную температуру То. По мере движения конкретного сечения электродной проволоки 1 она нагревается проходящим по ней током. Максимальная температура проволоки от нагрева в вылете достигается в зоне действия активного пятна 3. Скорость плавления электрода 1 зависит от мощности, вносимой в нее в активном пятне 3 дуги 4 и мощности, поглощенной электродной проволокой 1, которая определяется температурой подогрева проволоки в вылете к моменту ее попадания в дугу. Напряжение сварки измеряется подключением вольтметра 7 между токоподводом 2 и изделием 5, включает в себя напряжение дуги и падение напряжения в вылете электрода.

На фиг. 2 сварочная проволока 1 длиной Lп помещается неподвижно между двумя токоподводами 2, которые подключены к сварочному источнику питания 6 через выключатель 8. При измерении сопротивления в проволоке через нее пропускается ток от сварочного источника питания 6, который измеряется датчиком тока 9. Напряжение между токоподводами 2 измеряется с помощью вольтметра 7. Значение тока I и напряжения U записываются во времени с помощью регистратора. После достижения установленного времени сварочная проволока 1 отключается от источника питания 6.

На фиг. 3 представлена зависимость 1 напряжения на сварочной проволоке от времени t протекания тока и зависимость сопротивления единичной длины проволоки 2 от времени t. Диаметр покрытого стержня от электрода LB-52 U 2,6 мм, ток 90 А. Длина стержня 300 мм. В начальный момент падение напряжения на проволоке минимально. Оно обусловлено начальным сопротивлением проволоки, зависящим от его начальной температуры. Затем, вследствие нагрева проволоки, оно увеличивается. Это увеличение до определенного времени происходит с нарастанием. Аналогичный вид имеет зависимость 2 для сопротивления R1 единичной длины проволоки во времени, полученной путем деления напряжений на зависимости 1 на коэффициент Lп⋅I.

На фиг. 4 представлена зависимость 3 сопротивления вылета во времени в реальных условиях сварки, полученная на основании зависимости 1 на фиг. 3. Для получения зависимости 3 необходимо вычисление интеграла по времени от кривой 2 единичного сопротивления, приведенной на фиг. 3.

где Lп - длина электродной проволоки при проведении замеров, см;

I - ток сварки, А;

tв - время расплавления вылета при сварке, секунд;

Lв - длина вылета в процессе сварки, см;

Vэ - скорость расплавления электрода, см/с.

Интеграл (1) по времени представляет суммарное сопротивление вылета для заданного времени его движения tв. На фиг. 4 максимальное время расплавления вылета взято 10 секунд.

Коэффициент 1/LпI перед интегралом (1) представляет сопротивление единицы длины проволоки при данном токе и падении напряжения на проволоке 1 Вольт.

Таким образом, полученная на основе опыта зависимость 3 на фиг. 4 может использоваться для данного диаметра и тока сварки для различных скоростей расплавления электрода и длин вылета.

Зависимость сопротивления от длины вылета можно представить и в другом виде

где x - координата сечения вылета на проволоке, отсчитываемая от сечения подведения тока;

Переход от системы координат tв к линейной координате x производится по формуле

x=VЭ⋅tВ.

На фиг. 5 кривая 4 представляет расчетную зависимость приращения температуры покрытого электрода LB-52 U от координаты x вылета за счет нагрева протекающим током. Диаметр стержня 2,6 мм, ток дуги 90 А. Координата x - это длина расплавленного участка электрода. Температура растет нелинейно, с увеличением координаты приращение температуры увеличивается.

Зависимость удельного электрического сопротивления ρ материала сварочной проволоки от температуры ΔТ имеет вид

где ρo - значение удельного электрического сопротивления при начальной температуре Тo при выходе ее из токоподвода;

α - коэффициент пропорциональности, зависящий от рода материала проволоки;

ΔТ - разность между значением температуры Т в рассматриваемом сечении вылета и Тo.

С другой стороны значение удельного электросопротивления можно выразить

где S - поперечное сечение электродной проволоки, см2.

Приравняв выражения (3) и (4), получаем уравнение для определения зависимости температуры Т по длине вылета.

Так как R1(0)=ρ0⋅S, то при x=0 формула (5) дает ΔT(x)=0.

Таким образом, если известно значение температурного коэффициента α, то можно по распределению сопротивления по длине вылета определить распределение температуры по его длине. Наоборот, если известно распределение температуры по длине вылета, то можно рассчитать значение коэффициента α для данной электродной проволоки.

По температурной зависимости ΔT(x) можно определить приращение теплосодержания ΔНп всего вылета и мощность, передаваемую током проволоке за вычетом мощности, теряемой на теплоотдачу в окружающую среду.

где C(x) - объемная теплоемкость материала проволоки с учетом ее зависимости от температуры, которая приводится в справочной литературе. ΔНп измеряется в Дж/см3.

Мощность, поглощаемая проволокой непосредственно в вылете

Q=ΔHП⋅VЭ⋅S.

Здесь скорость расплавления электрода берется в см/с, площадь сечения проволоки в см2.

Тогда потери вылета в окружающую среду в процессе движения проволоки

QП=I2⋅RB-Q.

Пример 1

Выполняли определение сопротивления в вылете по предлагаемому способу. Использовали стержень электрода марки LB-52 U диаметром 2,6 мм, с которого убирали покрытие. Длина стержня составляла 350 мм. Длина участка, между токоподводами, по которому пропускался ток 90 А, составляла 300 мм. В середине стержня закрепляли с помощью фольги термопару «хромель-копель» из проволоки диаметром 0,5 мм. После включения тока с помощью регистратора записывали изменение во времени падения напряжения между токоподводами, ток и температуру.

Ток в процессе опыта оставался практически неизменным. Получили зависимость роста напряжения, приведенную в табл. 1. В ней также приведены значения изменения сопротивления единичной длины проволоки R1 и температуры проволоки.

При скорости расплавления электрода Vэ=0,5 см/с и времени расплавления tв=20 сек длина вылета составит 10 см. Интегрирование дает сопротивление такого вылета Rв=44,5⋅10-4 Ом. При токе 90 А в таком вылете будет выделяться мощность 36 Вт. При приращении температуры стержня на 100°С и теплоемкости стали 5,0 Дж/(см3°С) теплосодержание стержня Q=265 Дж. Общее энерговыделение в вылете за 20 секунд Рв=36⋅20=720 Дж. Следовательно, Qп=720-265=455 Дж уходит на потери в окружающую среду. Реальные значения скорости расплавления проволоки должны браться из опыта при горении дуги.

Пример 2.

Выполняли определение сопротивления в вылете по предлагаемому способу. Использовали стержень электрода марки LB-52 диаметром 2,6 мм с покрытием. Со второй стороны покрытия электрода также снимали покрытие на длине 30 мм для обеспечения контакта с токоподводом. Длина стержня, по которому проходил ток, составляла 290 мм. Через стержень с покрытием пропускался ток 90 А. В середине стержня закрепляли с помощью фольги термопару «хромель-копель» из проволоки диаметром 0,5 мм. После включения тока с помощью регистратора записывали изменение во времени падения напряжения между токоподводами, ток и температуру.

Ток в процессе опыта оставался практически неизменным. Получили зависимость роста напряжения, приведенную в табл. 2. В ней также приведены значения изменения сопротивления единичной длины проволоки R1 и приращение температуры проволоки.

Единичное сопротивление R1 в примере 2 значительно меньше, чем в примере 1. Это объясняется наличием покрытия на электроде. Покрытие отводит выделяемую в стержне мощность, снижает температуру стержня, что приводит к снижению сопротивления.

Реальная начальная скорость расплавления покрытого электрода марки LB-52 U составляет при токе 90 А Vэ=0,5 см/с.

При скорости расплавления электрода Vэ=0,5 см/с и времени расплавления tв=20 сек длина расплавленного электрода составит 10 см. Эта длина и является в данном случае вылетом, так как электрод подогревался проходящим током 20 сек. Интегрирование по табл. 2 дает сопротивление такого вылета Rв=38⋅10-4 Ом.

При токе 90 А в таком вылете выделяется мощность Рв=34,2 Вт. При приращении температуры стержня на 75°С и теплоемкости стали 5,0 Дж/(см3°С) теплосодержание стержня Q=200 Дж. Общее энерговыделение в вылете за 20 секунд Рв=34,2⋅20=684 Дж. Следовательно, потери Qп=684-200=484 Дж представляют расход энергии на нагрев покрытия и теплоотдачу в окружающую среду.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет, выполнив один эксперимент с неподвижной сварочной проволокой данного диаметра или с покрытым электродом получить все необходимые данные по электродной проволоке: распределение сопротивления по длине вылета, полное сопротивление вылета, падение напряжение на вылете, распределение температуры по длине вылета, потери мощности от вылета в окружающую среду. Эти данные пригодны для различных скоростей плавления электрода и длин вылетов.

Способ может быть реализован с помощью известных приборов и оборудования: датчиков тока и напряжения, регистратора параметров, сварочного источника питания, стандартных электродных проволок, сварочных электродов.

Способ определения сопротивления вылета плавящегося электрода при сварке, отличающийся тем, что электрод располагают неподвижно в двух токоподводах, измеряют его длину между токоподводами, пропускают по электроду ток, измеряют изменение значений тока и падения напряжения во времени и получают экспериментальную зависимость сопротивления единицы длины неподвижного электрода от времени протекания тока, затем задают скорость расплавления электрода в реальных условиях сварки и получают на основании экспериментальной зависимости распределение сопротивления единицы длины электрода в сечении с координатой х в момент времени t =x/VЭ, где

x - координата сечения вылета электрода, см,

VЭ - скорость расплавления электрода, см/с,

после чего проводят интегрирование полученного распределения единичного сопротивления электрода в каждом сечении его вылета, при этом координату х при механизированной сварке электродной проволокой отсчитывают от сечения подведения тока, а при ручной дуговой сварке принимают равной длине расплавленного участка покрытого электрода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу автоматической сварки толстостенных крупногабаритных деталей из сплава на основе Ni-Cr и может быть использовано в производстве ЖРД.

Изобретение относится к способу и устройству сварки плавлением деталей и может быть использовано во всех отраслях промышленности при сварке плавлением по щелевой разделке деталей большой толщины.

Изобретение относится к области сварочной техники, а именно к способу дуговой сварки на металлические изделия сплавов с особыми свойствами, и может использоваться для получения соединений с разделкой кромок.

Изобретение относится к области сварочных систем. Система включает в себя сварочный источник питания и по меньшей мере один сварочный компонент, которые оснащены схемами цифровой связи для синхронизации и согласования заданий, связанных со сварочной операцией.

Изобретение относится к способу дуговой сварки таврового соединения. Полку тавра располагают в горизонтальной плоскости, а стенку перпендикулярно полке.

Изобретение относится к сварным соединениям металлических элементов с угловым швом и способам их образования. Образуют по меньшей мере один наплавленный валик (32), обеспечивающий жесткость соединения, дуговой сваркой на поверхности по меньшей мере одного из металлических элементов в дополнение к угловому шву (3).

Изобретение относится к способу многопроходной автоматической аргонодуговой сварки изделий из низколегированной стали перлитного класса толщиной более 30 мм и может быть использовано в энергетическом машиностроении, при изготовлении, монтаже и ремонте ответственных металлических конструкций и трубопроводов.
Изобретение относится к сварочному производству, в частности к сварке конструкций из легированных сталей и цветных металлов. Способ включает подачу в зону сварки защитного газа в виде монооксида углерода, подачу электродной проволоки, возбуждение дуги и сварку.

Изобретение может быть использовано при изготовлении тонкостенных осесимметричных сварных оболочек с утолщенными кромками и приваренными к ним кольцами, работающих под высоким давлением.

Изобретение относится к горелке для дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитных газов. Горелка содержит корпус, в осевом продольном отверстии которого установлен направляющий токоподводящий тракт для плавящегося электрода в виде проволоки, сопло, камеру для охлаждения корпуса, камеру для защитного газа с каналами для его истечения в сопло и токоподводящий наконечник.

Сварочная установка для сварки труб с нагревом дугой, управляемой магнитным полем, относится к области прессовой сварки с нагревом дугой, управляемой магнитным полем, и может быть использована в различных отраслях промышленности и строительства при сварке трубчатых деталей различного назначения.

Изобретение относится к области сварочной техники, а именно к способу дуговой сварки на металлические изделия сплавов с особыми свойствами, и может использоваться для получения соединений с разделкой кромок.

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано для мониторинга связанных со сваркой заданий. Система содержит контроллер и подключенный к нему датчик для регистрации связанных со сваркой заданий, таких как время, затрачиваемое на шлифование свариваемых деталей, время, затрачиваемое на пескоструйную обработку свариваемых деталей, время, затрачиваемое на загрузку свариваемых деталей, время, затрачиваемое на ожидание предварительного или последующего нагрева свариваемых деталей, время, затрачиваемое на установку свариваемых деталей.

Изобретение относится к области сварочных систем. Система включает в себя сварочный источник питания и по меньшей мере один сварочный компонент, которые оснащены схемами цифровой связи для синхронизации и согласования заданий, связанных со сварочной операцией.

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в способах дуговой сварки. Способ сварки реализуется в результате использования источника питания со сложной формой вольт-амперной характеристики (ВАХ), имеющей по меньшей мере один рабочий участок, описываемый дробно-рациональной функцией.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования выходной мощности резонансных источников питания сварочной дуги. Cпособ регулирования выходного тока резонансного источника питания сварочной дуги: первоначально настраивают схему управления так, чтобы частота переключения верхнего силового ключа и нижнего силового ключа равнялась резонансной частоте нагруженного последовательного колебательного контура, задают необходимое значение выходного тока и частоту переключения верхнего силового ключа и нижнего силового ключа, равную резонансной частоте нагруженного последовательного колебательного контура, устанавливают количество включений верхнего силового ключа относительно количества включений нижнего ключа за определенное количество периодов колебаний колебательного контура.

Изобретение относится к машиночитаемому носителю информации системы веб-конфигурации, способу настройки сварочной системы и системе веб-конфигурации для настройки сварочной системы.

Изобретение относится к области сварки, в частности к устройству для определения качества поверхности шва, и может быть использовано при проведении измерительного контроля качества сварных швов, получаемых наплавкой пайкой или любым известным способом сварки, в процессе образования которых присутствует жидкая фаза материала шва, кристаллизующаяся в поле сил тяжести, оценке качества сварочных материалов и сварочного оборудования.

Изобретение относится к модулю управления сварочным аппаратом, способу сварки методом MIG/MAG и сварочной системе. Модуль (100) предназначен для управления сварочным аппаратом с использованием рабочей точки на синергической характеристической кривой, представляемой на дисплее, характеризующей выбранный способ сварки, построенной при помощи совокупности графиков изменения параметров сварки, содержащих по меньшей мере одну характеристическую кривую (111), построенную на основании соотношения между переменной x параметров сварки и переменной y параметров сварки.

Изобретение относится к области дуговой сварки и может быть использовано преимущественно в орбитальной сварке неповоротных стыков трубопроводов. Способ включает сварку корневого шва, заполняющих и облицовочных швов стыков с колебаниями неплавящегося электрода поперек шва.

Изобретение относится к области термообработки посредством плазменной горелки. Расходуемый компонент горелки для термообработки включает в себя приемник, размещенный внутри упомянутой горелки для термообработки, причем расходуемый компонент содержит:- корпус расходуемого компонента; и- сигнальное устройство, содержащее опознавательную метку идентификации по радиочастотным сигналам (RFID), расположенную на или в корпусе расходуемого компонента, для передачи сигнала, связанного с расходуемым компонентом, причем сигнал является независимым от выявляемой физической характеристики расходуемого компонента. Сигнальное устройство выполнено с возможностью хранения информации, которая должна быть передана сигналом, идентифицирующим два или более из наименования, торгового знака, изготовителя, серийного номера, предыстории использования, по меньшей мере одного рабочего параметра и типа расходуемого материала, и при этом упомянутое сигнальное устройство расположено внутри упомянутой горелки для термообработки, когда расходуемый компонент установлен в эту горелку для термообработки, и сигнальное устройство выполнено с возможностью позволять сигналу быть считываемым упомянутым приемником внутри горелки для термообработки. Технический результат - облегчение управления и оптимизация работы плазменной горелки. 5 н. и 26 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх