Способ регулирования процесса сварки

(51) 5 В 23 К 9/10 АНИК ИЗОЬРЕТЕН ТЕЛЬСТВУ ВТОРСНОМУ(57) Изобретение ному производств зовано для регул термического цики при заполнении р ход, в частности сварке с принуди шва. Цель изобре области примести контроляса сварки, уп каче повьппени нения. И венного слов дине ти при вертикальудительным формиро част проход, в ной сварк ванием швЦелью рение обл точности рочно- спосоварки, егулиится с нос ессов с тся расшиповьппениерования прпользуемой ованоермичекогддит за для р ког аполнецесс ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР 9 1013163, кл, В 23 К 9/10,01.02.82.(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СВАРКИ относится к сварочд может быть исполрования и контроляа в процессе сварки азделки за один пропри вертикальной тельным формирование тения - расширение ия, повьпнение точноегулирования процес- ение аппаратуры и ва сварного соедия получения качестия определяют допуИзобретение отному производству, вбам регулированияи может быть испольрования и контроляла в процессе сваркние разделки происх стимую погонную энергию, изменяющуюся в пределах а/Чщ,., 1 Юд, выбирают точку замера, находящуюся на расстоянии 7, от движущегося источника тепла, и контролируют взаимосвязь между расстоянием 7, и температурой в точке замера. Параметры процесса, влияющие на погоннук 1 энергию, регулируют согласно неравенству(с+а Т,1" /7 , где ц - мощность источника тепла, Дж/с, 7 - скорость сварки, см У, - расстояние от точки на кр е стыка, над которой находится источник, до точки с температурой Т находящейся на перпендикуляре к стыку, а, Ъ, с, й - эмпирические коэффициенты зависящие от теплофизических свойств металла. В качестве измеряемого параметра выбирают температуру Т в точке замера или расстояние 7, до точки с температурой Т . Выбор одного измеряемого параметра повышает точность регулирования процесса сварки. Способ наиболее эффективен в случаях, когда скорость ра пространения тепла в зоне термического влияния больше скорости сварки или сопоставима с ней. 2 э.п. ф-лы. изобретения явля асти применения, контроля и регул Рки, упрощение и50 55 аппаратуры и повьшение качества сварного соединения.Суть способа состоит в том, что экспериментально определяют допустимую погонную энергию а/7, обеспечивающую качественное сварное соединение из заданной стали, находящуюся в пределах ц/7 , ц/7, выбирают точку замера, находящуюся на расстоянии У, от движущегося источника тепла, и контролируют взаимосвязь между расстоянием У, и температурой в точке замера, а параметры процесса сварки, влияющие на погонную энергию, регулируют согласно неравенству(с+дТр)- (У,/а ехр(-ТЬ)3 с7 в ю 7 щак где и - мощность источника,7 - скорость сварки, см/с,У - расстояние от точки на кромке стыка, над которой находится источник, до точкис температурой Тщ,а,Ь,с,д - эмпирические коэффициенты,зависящие от теплофизических свойств свариваемогометалла,В качестве измеряемого параметравыбирают температуру в точке замераили расстояние Т до точки с температурой ТСпособ осуществляется следующимобразом,На заранее заданном расстоянии наодной из свариваемых кромок стыка устанавливается термодатчик, перемещающийся в процессе сварки совместно с источником нагрева параллельнооси стыка.Термодатчик, например, может бытьзакреплен на формирующем ползуне приаварке вертикальных стыков спринудительным формированиемшва. По указаннойэмпирической формуле при установленномдопустимом диапазоне /7 определяется диапазон температур Т, для выбранного заранее расстояния У , накотором расположен термодатчик. 3процессе сварки датчик регистрируеттекущую температуру и при необходимости дает команду на пульт управления аппарата об изменении режимасварки для поддержания ц/7 в установленном диапазоне. 5 30 15 20 г 5 ЗО 35 40 Возможен другой путь осуществления способа, например, в монтажныкусловиях с применением термокарандаша. При этом выбирают контрольнуютемпературу Т , определяют удовлетворяющий указ а иному неравенс тву диапазон расстояний У ,У а и теи щ мО" на расстоянииу уот кромкистыка, параллельно ей, на изделиенаносят оси, например, посредствомгибкой нити и мела, вдоль стыка термокарандашом наносят штрихи, пересекающие эти оси.Шаг штрихов термокарандашей выбирается произвольно в зависимости отскорости .сварки. В процессе сваркисварщик-оператор следит за тем, чтобы длина штриха термокарандаша, изменившего цвет, находилась в промежутке между крайними осями и максимально приближалась к средней оси.Тенден-ция к изменению длины штриха, поменявшего цвет, в сторону ближней ккромке или дальней оси является сигналом сварщику-оператору, свидетельствующим о необходимости корректировки режима.Способ наиболее эффективен в техслучаях, когда скорость распространения тепла в ЭТВ больше или сопоставима со скоростью сварки и при этомпредполагает не столько констатациюмгновенного несоответствия Т и 7,сколько тенденции к этому несоответствию, которое устраняется до того, как погонная энергия превыситсвое допускаемое значение,В способеизмеряют только однувеличину: Т; или У, это обеспечивает его достаточно высокую точность.Взаимосвязь между мощностью дуги(погонной энергией) и температуройнагрева основного металла выраженапредлагаемой эмпирической зависимостью, где с изменением мощности источника тепла, т.е. с увеличением или уменьшением сварочного тока и надуге о "ф Т/увеличивается или уменьшается количество тепла, отдаваемого в основной металл , и, как следствие этого, различные по температуре нагрева точки эоны термического влияния (ЗТЗ) отстоят на определенном расстоянии от5 5445 линии сплавления. При этом эмпирические коэффициенты указанной зависимости а,Ъ,с,д и допустимая погонная энергия о/Ч определяются экспериментально для каждого класса свариваемой стали.Эмпирические коэффициенты в укаэанной формуле учитывают зависимость теплофизичесхих свойств свариваемого металла от изменения температуры его нагрева.Находятся они следующим образом, На поверхность металла вблизи свариваемой кромки термокарандашами, идеи тифицированными на различную температуру, наносят штрихи и затем производят сварку на различных погонных энергиях. После сварки замеряют расстояние У для каждого термокаранда ша и находят зависимость 1/7 = АУ, для температуры Т, каждого термокарандаша, а затем выраженияА = ь" (Т, ) = аехр(-Ь Т,),25В=1(Т) =с+оТ,для всего набора использованных термокарандашей. Обработку результатов мож. -но производить посредством любого про 30граммируемого калькулятора.В частности, значения эмпирическихкоэффициентов, вычисленных для низколегированных конструкционных сталей,приведены в примере использования способа. ц/7 определяется как максимальиая погонная энергия, при которой ещегарантируются регламентируемые механические свойства сварного соединения.ч/7 устанавливается из условия обеспечения провара кромок стыка,1П р и м е р. Экспериментально установлено, что при дуговой сварке вертикальных швов с принудительным формированием шва стали марки 14 Г 2 АФ 45значение максимальной погонной энергии а/Ч щравно 1 91 000 Дж/см,ц/Ч ,;, = 180000 Дж/см,. а коэффициенты в указанной Формуле равны а =2,33х 10-, Ь = 1,23 10 , с = 0,39; а == 6,651 03 ып сварен образец изстали 14 ГЫФ толщиной 25 мм аппаратом Апорошковой проволокой ППАНС диаметром 3 мм, на котором темопература Т = 300 С достигалась на рас стоянии 7 = 7,5 см (1 з = 550 А,= 32 В, 70,093 см/с). Подстановкаэкспериментальных данных в указаннуюФормулу показывает, что принятый ре 356жим сварки обеспечивает погоннуюэнергию ц/71 89250 Дж/см, величинакоторой близка к допустимой, При этомрезультаты механических испытанийсварного соединения соответствовалинормативным значениям, в частности,поударной вязкости при отрицательнойтемпературе.При сварке второго образца при тех же условиях, но на режиме 1 = 350 А, Б = 29 В, 7 = 0,04 см/с температуора Т = 300 С была зарегистрирована на расстоянии 8,85 см (на предыдущем расстоянии У = 7 5 см была зафиксиУ0рована температура 340 С) . Подстановка полученных экспериментальных данных в формулу определяет величину погонной энергии порядка 250000 Дж/см, что значительно превышает допустимую погонную энергию и, следовательно, предполагает занижение механических свойств сварного соединения.Контролируя в процессе сваркивзаимосвязь между расстоянием от точки замера до кромок свариваемого образца и температурой в этой точке,сог.ласно указанной формуле, посредствомтехнологических приемов (увеличениескорости подачи электрода, напряжения дуги и вылета электрода) былапроизведена оптимизация температурного поля свариваемого образца, чтопозволило отрегулировать погоннуюэнергию до величины, близкой к допустимой, и реально обеспечить получение нормативных значений механических свойств сварного соединения.Предлагаемый способ регулированияпроцесса сварки расширяет областьприменения, повышает точность контроля и регулирования процесса сварки,упрощает используемую аппаратуру иповышает качество сварного соединения за счет поддержания оптимальноготермического цикла в свариваемых кромках,Формула изобретения1. Способ регулирования процесса сварки, при котором в зависимости от изменения температуры в определенной точке изделия изменяют параметры сварки, влияющие на погонную энергию, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с15 й 4535 расстояние от кромки стыка,над которой находится источник, до точки с темпе"ратурой Т а,Ь,с, Д е(снТу /а ехр(-Т, Ь) 6Я ЯЧ 20мощность источника тепла, -скорость сварки, см/с,Составитель Т, Арест Техред Л.Сердюкова Корректор С. Черни Редактор А, П 1 андор Заказ 457 Тираж 652 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям.и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 целью расширения области применения, повышения точности контроля и регулирования процесса сварки, повышения качества сварного соединения и упрощения используемой аппаратуры, выби 5 рают точку замера, находящуюся на расстоянии У от движущегося источника тепла, определяют допустимые значения погонной энергии о(Ч, находящиеся в пределах о(Ч, ЧЧах И контролируют взаимосвязь между расстоянием Уи температурой в точке замера а параметры процесса регулируют согласно неравенству15 эмпирические коэффициенты,зависящие от теплофиэических свойств свариваемогометалла.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что в качестве измеряемого параметра выбирают рассто"яние У от кромки свариваемого иэделия до точки с заранее заданнойтемпературой Т3. Способ по нп,1 и 2, о т л и -ч а ю .щ и й с я тем, что в качествеизмеряемого параметра выбирают температуру Тщ на заранее заданном расстоянии от кромки свариваемого изделияУ,п,