Способ контроля уровня металлической ванны при электрошлаковом процессе

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 7609 ггг и В 23 К 25/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТАВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К щу шла ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРУ 376013, кл. В 23 К 25/00, 28.07.7Литон Б.Е. и Лебедев В.К. Электрооборудование для дуговой и шлаковой сварки, М.: Машиностроение,1966, с. 126-127.(54) (57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ВАННЫ ПРИ ЭЛЕКТРОЯПАКОВОМ ПРОЦЕССЕ, при котором на конт ролирующий орган подают контрольный сигнал от щупа, погруженного в шлаковую ванну, о т л и ч а ю щ и й с тем, что, с целью повышения надежности контроля в качестве контрольного сигнала используют изменение потенциала, возникающего на участкеи-металл от протекания черезки сварного тока.Изобретение относится к сварочному производству и может быть исФпользовано при электрошлаковой сварке,Известен способ контроля уровняметаллической ванны, основанный наиспользовании индукционного датчикауровня жидкого металла.Принцип работы таких датчиковоснован на искажении магнитного полядатчика вихревыми токами, наводимымив электропроводной немагнитной среде,т.е. в металлической ванне, уровенькоторой необходимо контролировать.Изготовление таких датчиков трудоемко, а в ванных малого объема встроить такой датчик в формующее приспособление практически невозможно,Кроме того, сварочный ток создаетэлектромагнитное поле, искажающеемагнитное поле датчика.Известен также способ контроляуровня металлической ванны приэлектрошлаковой сварке и устройстводля его осуществления. Способ заключается в том, что от щупа, которыйпогружен в шлак, подают контрольныйсигнал на контролирующий орган. Приэтом щуп питают от вторичнойобмоткисварочного трансформатора черездроссель. Щуп вмонтирован в ползун,При подъеме металлической ванны ползун периодически перемещается,соскдростью большей, чем скоростьсварки. Происходит это следующимобразом.В качестве контрольного сигналавзято напряжение, возникающее научастке цепиф щуп - шлаковая ванна -металлическая ванна, при питаниищупа от источника питания черездроссель. Напряжение щупа Ок подаетсяна вход контролирующего органа. Призамыкании щупа на металлическую ванну напряжение на нем падает до нуля.В этот момент контролирующий органавтоматически увеличивает скоростьподъема аппарата с ползуном. Приотрыве щупа от металлической ваннына нем появляется напряжение и скорость движения аппарата снижается,Устройство работает в ключевом режиме,Однако щуп не дблжен зашлаковываться и смачиваться расплавленнымметаллом, чтобы не образовалисьметаллические перемычки между концомщупа и ванной. Для предотвращения оплавления и смачивания металломщуп охлаждают водой. В этом случае(как показала практика) щуп нередкозашлаковывается, Согласно схеме 5 замещения сопротивления жидкого шлака () и шлакового гарниссажа (Пг,находятся в цепи протекания токащупа. В случае зашлаковки щупа сопротивления жидкого шлака и шлакового 10 гарниссажа резко отличаются, так какудельное сопротивление шлака на основе фтористого кальция изменяется впределах от 0,1 ом см при 2000 ОС до1000 ом см при 500 С.15 Согласно схеме замещения падениенапряжения (0), снимаемое для контроля с участка щуп-металл, определяется по формулеО э-м20О,: (11Иь(м+1 шлг)где Оэ. - напряжение на участкеэлектрод-металл;25 ИЬ - индуктивное сопротивлениедросселя;Йм - сопротивление металла.В этом случае устойчивая работавозможна в том случае, когда отсутЗ 0 ствует шлаковый гарниссаж (Г = О),так как при замыкании щупа на металленапряжение контроля (О ) равно нулю.В случае образования шлаковогогарниссажа (1000 ом см Рр)й;,Мш ) формула (1) принимает вид(2)40Как видно из формулы (2) при образовании шлакового гарниссажа напряжение контроля отличается от нуля.Из формулы и схемы замещения (фиг, 4) 45 также следует, что ошибка контрольного сигнала в основном зависит от сопротивления гарниссажа и величиной вводимой погрешности измерения (ЕО ) выражается формулой50ь-к "г (3)Но так как , ЬО:О и полезный сигнал выпадает. Отсюда следует, что при зашлаковке щупа устройство не срабатывает.Установлено, что при применениивольфрамового неохлаждаемого щупашлаковый гарнисаж не образуется,но в этом слечае наблюдается срабатывание устройства на большомудалении щупа от металла (на шлаке),чем затрудняется точный контрольуровня металлической ванны. В этомслучае, когда устройство служитсигнализатором окончания заполнения сварочного зазора, такой недостаток приводит к недовару (к браку)Если щуп не срабатывает (при зашлаковке), происходит перевар, требуюший дополнительную трудоемкость намеханическую обработку и дополнительный присадочный металл.Цель. изобретения - повышение надежности контроля уровня металлической ванны при электрошлаковом процессе,Поставленная цель достигаетсятем, что в качестве контрольногосигнала используют изменение потенциала, возникающего на участкещуп-металл от протекания через шлаксварочного тока. В устройстве дляосуществления способа, содержащемконтактный щуп и электрически связанный с ним контролирующий орган,перед контролирующим органом установлены эмиттерный повторитель иусилитель постоянного тока.На Фиг. 1 показана принципиальная схема осуществления предлагаемого способа; на Фиг. 2 - схемазамещения; на фиг. 3 - технологический вариант использования предлагаемого способа в установке длясварки кольцевых заготовок; нафиг. 4 - узел 1 на фиг 3.При осуществлении контроля уровняметаллической ванны при электрошлаковом процессе используется изолированный от ползуна контактирующийщуп 1 (фиг. 1), электрически связанный с ним контрольный орган 2,перед которым установлены эмиттерныйповторитель 3 и усилитель 4 постоянного тока. При протекании тока вцепи электрод 5 - шлаковая ванна 6металлическая ванна 7, на щупе возникает потенциал (фиг. 2), которыйпо мере приближения металлическойванны убывает. В предлагаемом способе источникомсигнала является величина падениянапряжения на сопротивлениях шпакана участке щуп-металл (ЬКО,) и1217609 металла (1 ) от протекания сварочного тока 1 су, (Фиг. 2).Величина сварочного тока определяется по формуле5 11 ис1,ь=2 бн ф й,и л ф 1 м(5) ОК 1 Я(м ш/,) 20 В предлагаемом способе контроляуровня металлической ванны сопротивление шлакового гарниссажа (Рг)является дополнительным сопротивлением в цепи измерения контрольного 25 сигнала, а не в цепи щупа, как впрототипе. Таким образом, сопротивление шлакового гарниссажа не влияетна величину контрольного сигнала(О к) и в Формулу (5) не входит. З 0 Сопротивление шлакового гарниссажа может повлиять на погрешностьизмерения О . Поэтому, чтобы свестипогрешность измерения к допустимойвеличине, в цепь измерения включенодополнительное сопротивление ( К Вх ),немного превышающее сопротивлениешлакового гарниссажа (1"). В этомслучае (фиг. 2)(6) як= к 1"г квх 40 Тогда, при В)1, 0= , гкубйО т.е, погрешность малаи ею можно пренебречь. Отсутствие 45 шлакового гарниссажа не окажет влияния на контрольный сигнал.(Ок), Впредлагаемом устройстве в качествесопротивления КВ установлены эмиттерный повторитель 3 и усилитель 4.Предлагаемый способ реализованв установке для электрошлаковойсварки комбинированными плавящимсяЭи неплавящимся электродами стыковкольцевых заготовок (фиг. 3 и 4).55Устройство работает следующимобразом.При электрошлаковой сварке стыказаготовки 8 поднимаются вверх металнапряжение источника питания;- полное сопротивление внеш 6 нней цепи;шл - сопротивление шлака научастке электрод-металл.15 Величина контрольного сигнала1217609 фц ИИПИ Заказ 1039/17 Тираж 1000 Подписное филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная лическая ванна 7 и шлаковая ванна 6. В конце шва щун 1 погружается в шлаковую ванну 6. При этом на щупе возникает потенциал не менее 2 В, который по мере приближения металлической ванны плавно падает до О. Например, при расстоянии от щупа до металлической ванны Ь = 1 мм (фиг, 4) величина контрольного напряжения (Ок), составит 200 ИВ. На потенциал этой величины отстраивается контролирующий орган 2. В этом случае предотвраща- ется смачивание неохлажденного, напри. мер, вольфрамового, щупа расплавленным металлом.При достижении металлической ван-, ной 7 верхних кромок заготовки 8 (фиг 3 и 4) по сигналу со щупа 1 срабатывает контролирующий орган 2,включая автоматическую систему выведения усадочной раковины. При этомотключается подача присадочного ме талла и осуществляется подогрев металлической ванны неплавящимся электродом в заданном режиме. Устройство испытано в лабораторных 10 и производственных условиях и показало высокую надежность, Использование устройства только в установках для электрошлаковой сварки позволит значительно автоматизировать процесс.15 Изобретение может быть использованодля автоматизации перемещения ползунов при электрошлаковой сварке длинных швов, а также для автоматизации перемещения кристаллизаторов при электрошлаковом переплаве.