Способ автоматического регулирования уровня сварочной ванны

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 32 4 В 25/00 ИТЕТ РЫТИ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. О. ПаСах ескои сварки мением. / Под ред. ностроение, 1974,слеженияи сварке ом фор мир сьмо54 удование а уровкрытой ваниемотке и пользоарочнойформие с прикто тельным роволока иченнум. шение выше- арочЗа время Л в сварочнуаплавленный металл объеварочная ванна поднима ванну поступает а 111. При этом ся на величину ма устй спо- редла(21) 4378802/31-27(56) Технология электриталлов и сплавов плавлеБ. Е. Патона. - М,: Машс. 439.Устройство СУдлянем сваоочной ванны прдугой с принудительныметалла шва. Информ. пиСерия Сварочное оборим. Е. О, Патона, 1985. Изобретение относится к обраб сварке материалов и может быть ис вано для регулирования уровня св ванны относительно верхней кромки рующего ползуна при дуговой сварк нудительным формированием шва.Целью изобретения является улу качества сварных соединений путем п ния точности регулиоования уровня ной ванны.На фиг. 1 представлена блок-схе ройства, реализующего предлагаемь соб; на фиг. 2 - режимы сварки по(54) СПОСОб АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ(57) Изобретение относится к обработке и сварке материалов и может быть использовано для автоматического регулирования уровня сварочной ванны относительно верхней кромки формирующего ползуна при дуговой сварке с принудительным формированием шва. Цель изобретения - улучшение качества сварных соединений путем повышения точности регулирования уровня сварочной ванны. Уровень сварочной ванны поддерживают за счет определения скорости перемещения сварочного аппарата через зависимость, учитывающую скорость заполнения разделки шва наплавленным металлом и разность текущего и заданного уровней сварочной ванны. Эти параметры определяются, в свою очередь, по контролируемым в процессе сварки сварочному току, напряжению на дуге и скорости подачи электродной проволоки с учетом вылета электрода и площади поперечното сечения разделки шва. 2 ил 1 табл,гаемому способу в различных трубы.При дуговой сварке с принуд формированием шва электродная п подается в сварочную ванну, огра разделкой и формирующим ползунгде 5 - площадь поперечного сечения разделки.Чтобы удержать сварочную ванну на заданном уровне необходимо перемещать сварочный аппарат со скоростьюУ= - , (2) После преобразования получаемФ -Х(3)ЛГгде 6 --- скорость плавления электродной проволоки.Отношение 6/5 - это скорость заполнения разделки наплавленным металлом . С учетом потерь металла на угар и разбрыз- гивание 6 К=ц =К у,(4) где К - постоянный коэффициент,Величину 6 можно вычислить по параметрам режима сварки6=Ко 1+Кз 1., Р, (5)где 1 - сварочный ток;1. - вылет электрода, вычисляемый поформуле:=К1 +К - 7(КвЬ +К 7) (6)Ьп, - скорость подачи электродной проволоки;Кг, Кз,К, КьКвК-, - постоянные коэффициенты.В процессе сварки необходимо поддерживать определенный заданный уровеньванны. Для этого нужно знать текущий уровень сварочной ванны, который можно определить следующим образом.Напряжение между токопроводящиммундштуком и изделием включает напряжение на вылете электрода и падение напряжения на дуге.Известно, что соотношение между длинойдуги ,сварочным током 1 и напряжениемна дуге У описывается уравнением АиртонаУ=Кв 1 + Ко+ (Ко 7 р+К ), (7)где Кв, К 9, Ко, К - постоянные коэффициенты.Следовательно, длину дугиможноопределить преобразовав уравнение (7)(8)о Кв+Ко 7Напряжение на дуге У не может бытьизмерено непосредственно и рассчитываетсяпо измеренному напряжению У между токоподводящим мундштуком и изделием с коррекцией на падение напряжения на вылетеэлектродаУ=У - Уэ, (9)где У, - падение напряжения на вылетеэлектрода, вычисляемое по фор- муле(10) 1 э =Кгэ7,К г - постоянный коэффициент.Подставляя в уравнение (8) значенияиз уравнений (9) и (О), получаемУ - К 9 - (К+Кг э) 7и К+К ( (11)Зная расстояние между торцом токоподводящего мундштука и верхней кромкойформирующего ползуна 1., можно вычислить текущий уровень сварочной ванныН=. + - (12)Полученную по уравнению (4) скоростьперемещения сварочного аппарата У необходимо корректировать в зависимости оттекущего уровня сварочной ванны. В результате получаем уравнение регулирования дляскорости перемещения сварочного аппаратаВ =1. +К (Н - Н,), (13)где Нз, Н - заданный и текущии уровнисварочной ванны;Кз, - постоянный коэффициент,Постоянные коэффициенты К - Кз определяются методом статистической обработки 5 10 15 20 экспериментальных данных, которые получают при сварке опытных образцов.Таким образом, в процессе сварки измеряют параметры режима - сварочный ток ), напряжение на дуге К скорость подачи электродной проволоки Ьр и площадь поперечного сечения разделки 5. По измеренным параметрам режима из уравнений (4) - (13) 30 рассчитывают скорость заполнения разделки Выходы датчиков 1 - 4 подключены к входам коммутатора 5 аналоговых сигналов, выход последнего соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 6, выход которого подключен к одному из входов микро- ЭВМ, к другому входу которой подключен выход устройства 7 ввод-вывода. Один из выходов микроЭВМ 8 подключен к управляющему входу коммутатора 5, второй выход - к входу цифроаналогового преобра 50 55 шва наплавленным металлом К, текущий уровень сварочной ванны Н и требуемую скорость движения сварочного аппарата Ф.Далее полученное значение Ж передается в блок управления скоростью перемещения 35 сварочного аппарата.Устройство, реализующее предлагаемыйспособ (фиг. 1), содержит датчик 1 тока сварки, датчик 2 напряжения на дуге, датчик 3 скорости подачи электродной проволоки, датчик 4 площади поперечного сечения разделки, коммутатор 5 аналоговых сигналов, аналого-цифровой преобразователь 6, устройство ввода-вывода 7, микроЭВМ 8, цифроаналоговый преобразователь 9, устройство 10 управления напряжением на дуге, 45 устройство 1 Управления сварочным токоми устройство 12 управления скоростью перемещения сварочного аппарата. Позицией 13 обозначена установка для дуговой сварки с принудительным формированием шва.510 рочной установки 13, вход датчика 3 - к двигателю подачи электродной проволоки, а датзователя 9, выходы которого подключены к входам устройства 11 управления током сварки, устройства 12 управления скоростью перемещения сварочного аппарата и устройство 10 управления напряжением на дуге. Выход последнего соединен с управляющим входом источника питания сварочной установки 13, выход устройства 11 управления сварочным током - с управляющим входом двигателя подачи электродной проволоки, а выход устройства 12 управления скоростью перемещения сварочного аппарата - с управляющим входом двигателя его перемещения. Кроме того, входы датчиков 1 - 2 подключены к силовой электрической цепи свачик 4 смонтирован на сварочной головкеустановки 13.Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии программа управления процессом, в том числе математические зависимости, заданные параметры режима - /, (/ и уровень сварочной ванны Оз.хранятся в памяти микроЭВМ 8. По командесварщика (оператора) через устройство 7ввода-вывода микроЭВМ 8 считывает заданные параметры режима из памяти и выдаетих значения через цифроаналоговый преобразователь 9 в соответствующее устройство 10 - 12 управления.В процессе сварки микроЭВМ 8, управляя коммутатором 5, с помощью аналогоцифрового преобразователя 6 измеряют навыходе датчиков 1 - 4 сварочный ток /, напряжение на дуге К скорость подачи электродной проволоки Ь и площадь поперечного сечения разделки 5, по математическимзависимостям определяет скорость плавления электрода 6 и текущий уровень сварочной ванны Н вычисляет по скорости плавления электрода и площади поперечногосечения разделки скорость заполнения разделки шва наплавленным металлом 1. Далее микроЭВМ 8 рассчитывает требуемуюскорость перемещения сварочного аппаратаЖ и с помощью циф 1,оаналогового преобразователя 9 формирует сигнал для устройства 12 управления скоростью перемещениясварочного аппарата. Затем цикл работымикроЭВМ 8 повторяется до окончания процесса сварки.Пример реализации способа в системеуправления процессом дуговой сварки порошковой проволокой неповоротных стыковгазопроводных труб с принудительным формированием шва на основе микроЭВМЭлектроникаи модернизированногоаппарата АДкомплекса Стык,При сварке трубы диаметром 20 К 18 мм из стали ГСУ порошковой проволокой ПП-АН 24 диаметром 2,3 мм был задан уровень сварочной ванны равный 1 О мм. Режим 20 25 30 35 40 45 50сварки трубы по секторам (фиг. 2) представлен в таблице. Номер Сварочныйсектора токА Напряжениена дуге, В 1 320 25 11 350 27 111 330 24 Формула изобретения Способ автоматического регулирования уровня сварочной ванны при дуговой сварке порошковой проволокой с принудительным формированием шва, при котором поддерживают заданный уровень ванны, регулируя скорость перемещения сварочного аппарата,Сварку трубы начинали в точке А. На участке В - Р разделка имела сужение. При подходе к точке В измеренная площадь поперечного сечения разделки была равна 105 мм, сварочный ток 320 А, напряжение на дуге 25 В, скорость подачи электродной проволоки 277 м/ч, рассчитанное значение скорости 1 =5,2 м/ч и уровень сварочной ванны 10,2 мм. При этом скорость перемещения аппарата 5,1 м/ч. После точки В плошадь поперечного сечения разделки плавно уменьшилась до 80 мм. Режим оставался прежним. Рассчитанное значение =6,83 м/ч, уровень сварочной ванны 9,8 мм. При этом скорость перемещения аппарата увеличилась до 6,9 м/ч. В точке С изменили режим сварки. Сварочный ток плавно увеличился до 350 А, напряжение на дуге до 27 В. Измеренная скорость подачи электродной проволоки 336 м/ч. Рассчитанное значение скорости 1, =8,3 м/ч и уровень сварочной ванны 9,7 мм. Скорость перемещения сварочного аппарата увеличилась до 8,4 м/ч. В точке Р площадь поперечного сечения разделки плавно увеличилась до 100 мм . При этом сварочный ток уменьшили до 330 А, напряжение на дуге до 24 В. Измеренное значение скорости подачи электродной проволоки равно 294 м/ч. Рассчитанное значение 1 =5,8 м/ч, уровень сварочной ванны 10,1 мм. Скорость перемещения сварочного аппарата стала 5,8 м/ч. В процессе сварки трубы уровень сварочной ванны поддерживался с точностью до + 1 мм.Использование предлагаемого способа для автоматической дуговой сварки плавящимся электродом с принудительным формированием шва при изготовлении магистральных трубопроводов, различных сооружений и конструкций, в судостроении позволит повысить качество сварки швов, снизить нормы применяемых в настоящее время дорогостоящих методов контроля, например, рентгенопросвечивания, сократить объемы работ по подварке сварных швов.1523286 Составитель В. ТкаченкоРедактор В. Бугренкова Техред И. Верес Корректор М. СамборскаяЗа к аз 6934/2 Тираж 894 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 отличающийся тем, что, с целью улучшенияка чества сварных соединений, определяютскорость перемещения сварочного аппаратаФ, определяемую из формулы=-и+К(На - О,),где и - скорость заполнения разделки,шва наплавленным металлом;О Нз - текущий и заданный уровни сварочной ванны;К - постоянный коэффициент,при этом скорость заполнения разделки шва наплавленным металлом определяют по контролируемым параметрам - сварочному току, площади поперечного сечения разделки шва и скорости подачи электродной проволоки, текущий уровень сварочной ванны определяют по контролируемым сварочному току и напряжению на дуге, а постоянный коэффициент учитывает вылет электрода и уровень верхней кромки формирующего ползуна