Способ регулирования процесса электродуговой сварки

 

Союз Советскмк

Социалистическнк

Республик

О П ИС А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«» 742065

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Зан влено 26.08.77 (2! ) 2518995/25-27 с присоединением заявки .%— (28) Приоритет (5% Э М. Кд.

В 23 К 9/16

Гоеударстеаииый комитет

IIo делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 25.06.80. Бюллетень _#_i 23

Дата опубликования описания 25,06.80 (53) УДК 621.791. .755 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. А. Букаров, Ю. Н. Корнеев, Ю. С. Ищенко, В. А. Виноградов и Б. P. Рябиченко (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ

Изобретение относится к способам регулирования.сварочного процесса при сварке проникающей сжатой дугой, цри котором процесс регулируЮт по моменту сквозного проникания, определяемого по изменению переменной составляющей интенсивности излучения ванны и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства. В химической, энергетической, авиаракетостроении, судостроении и других отраслях народного хозяйства предьявляются повышенные требования к качеству сварных соединений. Для получения необходимой формы шва, снижения деформаций, увеличения проплавления и производительности применяют сварку проникающей сжатой дугой, в наибольшей степени удовлетворяющей пере15 численным требованиям.

В качестве сварки проникающей сжатой дутой в начале шва, особенно трубных конструкций, во многом зависит от точности фиксирования момента выхода факела дуги с обратной стороны стыка. В начале сварки возможны непровары или наплыви с внутренней

2 стороны стыка и выброс металла во внутреннюю полость трубы.

Известен способ регулирования, при котором момент сквозного проникания определяют фотоэлементом, устанавливаемым под свариваемым стыком перпендикулярно направлению сварки (13.

Однако этот способ не пригоден при ciapке стыков труб в монтажных условиях, когда доступ во внутреннюю полость трубы затруднен.

Известен также способ регулирования с определением момента сквозного проникания фотодатчиков по интенсивности излучения сварочной ванны, при котором получаемый световой поток разлагают в спектр и по интенсивности спектральной линии базового элемента устанавливают необходимое значение регулируемого параметра (23.

Недостатком этого способа является необходимость введения базового элемента в случае сварки стыков труб из однородного ме:талла и невысокая точность регулирования

42065 4 ориентирован на дугу 9, горящую на свариваемом изделии 10. На фиг. 2 обозначено

15

30

40 пл . -дг 5 7 ° 10з с где 0„„

4 с

45 сварочный ток, А, На фиг, 1 представлена. блок-схема осуществления способа; на фиг. 2 и 3 — осциллограмма сигнала фотодатчика и изменение парамет50 ров режима сварки.

Блок-схема состоит из плазменной горелки 1, соединенной с блоком 2 изменения расхода плазмообразующего газа и с блоком 3 изменения сварочного тока. Блоки 2 и 3 подключены к блоку 4 питания и управления сварочным процессом, связанным с фотоэлементом 5. Фотоэлемент 5 помещен в корпусе фотодатчика 6 и через фильтр 7 и световод 8

3 7 ,из-за случайных отклонений абсолютных значений интенсивности излучения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ регулирования процесса электродуговой сварки по интенсивности светового излучения сварочной ванны, при котором измеряют частоту и амплитуду переменной составляющей интенсивности светового излучения ванны и момент сквозного проникания дуги, т.е, выход факела дуги с обратной стороны шва, определяют по появлению низкочастотных колебаний с увеличенной амплитудой Щ.

Однако этот спОсоб характеризуется нестабильностью сигнала фотодатчика при сжатой проникающей дуге ввиду ее большей, чем при обычной дуге, жесткости, следствием чего являются ограниченные возможности повышения стабильности сигнала параметрами режима сварки, т.е. недостаточная точность регулирования процесса сварки.

Цель изобретения — повышение точности регулирования процесса сварки сжатой проникающей дугой.

Это достигается тем, что в способе регулирования процесса электродуговой сварки по интенсивности светового излучения, при кото.ром момент сквозного проникания дуги определяют по появлению низкочастотной переменной составляющей светового излучения с увеличенной амплитудой, в качестве переменной составляющей используют интенсивность спектральных линий металлов, давление насыщенных паров которьгх при их температуре плавления составляет 102 — 10 мм рт. ст., для чего периодически устанавливают режим горения дуги, удовлетворяющий условию расход плазмообразующего газа, л/мин; диаметр сопла, см — — ° J — изменение обобщенного параметПЛ 2

4 ра режима сварки, 3 — интенсивность спектральной линии металла ванны до проникания, J2 — минимальная интенсивность спектральной линии соответствующая дискретному прониканию, Ч вЂ” скорость сварки, включаемая в момент сквозного проникания, J ф — ток фотоэлемента, t — время протекания процесса;

Т вЂ” периодичность установления дискретного режима, которую определяют исходя из реальных условий сварки, но не менее, ì удвоенное суммарное время t + t2 + ta, где — время переходного процесса при изменении рабочего на-дискретный режим. t2 = 0,01—

0,03 с — время непосредственно * опроса, t3 — время переходного процесса лри изменении режима с дискретного на рабочий. В некоторых случаях tä,= тз и по опытным данным составляет 0,6 — 0,8 с. Следовательно, Т > 1 22 — 1 66 с.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.При сварке плазменной проникающей ду— гой стыковых соединений возможно три вида проникания: одиночное, дискретное и квазистационарное. Каждое из указанных видов обеспечивается при определенных условиях и параметрах режима сварки.

Поэтому в начале процесса в блоке 2 изменения расхода плазмообразующего газа и в блоке 3 изменения сварочного тока устанавливают значения параметров режима из условия Опл . г (5 10з (л ° Аг мин. ммг)

4 обеспечивающих дискретеное проникание дуги 9.

В первоначальный момент времени фотоэлемент S регистрирует квазистационарное излучение плазмы (ток J>, фиг. 2). В момент сквозного проникания происходит дискретное изменение интенсивности излучения, которое фиксируется фотоэлементом 5 (ток Лг, фиг.2).

Дискретность позволяет, Во-первых, получить многократный сигнал о проникании, что снижает влияние случайных помех, во-вторых, в более явном виде получить сигнал из-за значительного изменения амплитуды до и после проникания.

При параметрах режима, выбранных из словия ддл

УсловиЯ -ип J (5 10з происходит. одиноч2

С ное проникание или лроникание не происходит вообще до самопроизвольного выливания сварочной ванны. При одиночном проникании сигнал фотодатчика 6 изменяется только один

2,2

1,6

0,6

5 74206 .раз. Прн параметрах режима, соответствующих условию пл J2 ) 7 10з происходит квазид стационарное проникание, характеризующееся также одиночным изменением сигнала. 5

Дискретное изменение амплитуды переменной составляющей интенсивности излучения дуги 9 фиксируют фотоэлементом 5 через фильтр

7 и световод 8. Экспериментально установлено, что интенсивность излучения атомных линий 10 некоторых металло существенно уменьшается в момент сквозного проникания плазменной дуги, в частности, интенсивность Fe> с длиной волн 4271А, 4307А, 4325А, 4383А, 4404А, 4415А Mn, — 404SA, 40344А уменьшается в 15

2,5 — 3,0 раза. В то время, как интенсивности линий Сч,, Nb,, Ni изменяются незначительно (1,05 — 1,4 раза). Излучение физических характеристик указанных металлов показало, что причиной существенной разницы в интенсивнос- э0 ти излучения спектральных линий металлов типа Fe> является давление насыщенных паров при их температуре плавления, которая для этих металлов составляет 10 — 10 з мм рт.ст.

Фильтр 7 пропускает только спектральную 25 интенсивность излучения металлов, входящих в свариваемое изделие, давление насыщенных паров которых при их температуре плавления составляет 10 г + 10 з мм рт.ст. При этом условии переменная составляющая имеет наиболь- 30 шее изменение в момент сквозного проникания.

Сигнал о проникании с фотоэлемента 5 подают в блок 4 питания и управления сварочным процессом. Блок питания и управления сварочным процессом включает перемещение плазменной З5 горелки 1 со скоростью V . После включесв ния скорости сварки устанавливают параметры режима, соответствующие рабочему режиму.

В процессе сварки периодически устанавливают параметры режима, соответствующие 40 (фиг. 2) дискретному прониканию, т.е. из условия лл Jã = 5 7. 10з (л Аг/мин. ммг) г с

Регистрируют повторно переменную составляющую спектральной интенсивности, тем самым 45 контролируют процесс сварки. При отклонении значения амплитуды переменной составляющей регулируют параметры режима до получения сигнала, идентичного сигналу при. начальном проникании. 50

Пример. Предварительно устанавливают режим сварки, обеспечивающий дискретное проплавление металла. Для этого в блоке 2 изменяют расход плазмообразующего газа, а в блоке 3 сварочный ток и обеспечивают следующие значения параметров режима сварки:

Расход плазмообразующего газа (аргона), л/мин 2

Сварочный ток, 3, А

>2О

5 6

Диаметр сжимающего сопла, мм

Расход защитного газа (аргона), м/мин

Расстояние электрод-сопло, мм

Угол заточки вольфрамового о электрода, Диаметр притупления, мм

При этих значениях режима сварки пара0 метр "ÿ ". J2 6,10ç л.Аг/мин ммг. Сварс ку осуществляют на пластинах из стали

12Х18Н10Т толщиной 4 мм. В качестве металлаиндикатора используют линии Fe> — Л=4271А.

С целью выделения именно этих линий в корпусе фотодатчика 6 устанавливают интерферрециальный фильтр 7 с пропусканием максимальной длины 4254 + 50А.

Прн зажигании плазменной дуги 9 фотоэлемент 5 регистрирует интенсивность линий

Fe, с длиной волны Л = 4271А. При этом ток, проникающий через фотоэлемент равен 31 (фиг. 2). В момент сквозного проникания происходит уменьшение его до значений J2

Поскольку отверстие при дискретном проплавленил периодически закрывается, то при этом ,ток фотоэлемента несколько раз меняется от

;Яг до 72. Неоднократное изменение спектральной интенсивности подтверждает правильность регистрации момента сквозного проникания.

После 3 — 4 подобных изменений фототока в блоке 4 срабатывает исполнительное устройство и одновременно поступает команда на перемещение горелки 1 со скоростью Ч

= 0,25 см/с и на увеличение расхода плазмообразующего газа до 2,5 л/мин. При этом

0 паРаметР влг 32 = 7,4 лАг/мин ммг, а его ,1 г с

Увеличение от "л 1 12 составляет 23%. Ус1г с тановленные параметры режима сварки обеспечивают сварку на рабочем режиме. При движении горелки по истечении времени равного

1,5 с вновь автоматически уменьшают расход плазмообразующего газа до появления дискретного изменения интенсивности излучения атомной линии Feq регистрируемой фотоэлементом 5, причем из-за изменения условий сварки это пРоисходит ПРи С1 2 3 л/ a срабаты вает исполнительное устройство в блоке 4, который вьщает команду на увеличение расхода плазмообразующего газа до значений 2,8 л/мин, параметр — ""з Зз возрастает иа 22% от его

2 с значений на дискретном режиме сварки.

Подобным образом повторяют несколько раз до окончания процесса сварки. Таким обд

3 — сварочный ток в А.

7 разом, периодическим изменением параметра

О

-фа ,1 э а до появления дискретного изменения с интенсивности излучения следят за соблюде- нием рабочего режима в процессе сварки.

Применение данного способа позволяет разработать простую и надежную аппаратуру управления процесса плазменной сварки про,никающей дугой. При этом повышается качество сварки в начале шва в 2 раза при сохранении высокой производительности процесса. то, в свою очередь, снижает затраты на исправление брака и повышает эффективность использования процесса плазменной сварки.

742065 ния точности регулирования процесса сварки сжатой проникающей дутой, в качестве переменной составляющей используют интенсивность спектральных линий металлов, давление насыщенных паров которых при их температуре плавления составляет 10 — 10 мм.рт.ст. для чего периодически устанавливают режим горения дуги, удовлетворяющий условию пл

1О,1 Г 3 = 5 -. 7 10 с где 0 „„— расход плазмообразующего газа в л/мин — диаметр сопла в см

Формула изобретения

Способ регулирования процесса электродуговой сварки по интенсивности светового излучения, прн котором момент сквозного проникания дуги определяют по появлению низкочастотной переменной составляющей светового излучения с увеличенной амплитудой, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышеИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3602683, кл. 219 — 121; зо

2. Авторское свидетельство СССР N 287215, кл. В 23 К 9/10, 1966.

3. Авторское свидетельство СССР по заяв.ке N 2359167, кл. В 23 К 9/10, 1976 (прототип),