Способ измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну

(5 нф В 23 К 31/12 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ на вие л, -ктродугоовано дляварочнойалла.повышейство для варочной талла, обительный ластины 2 в.4 соедиружи нами ке 6, уста- ллельные ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) 09.01.89 (46) 15.06,91, Бюл. Ь 22 (71) Институт электросварки им, Е.О.Па (72) А.Н,Корниенко и Я.А.Романенко (53) 621.791.75(088.8) (56) Ерохин А.А, и др. Силовое воздей импульсной дуги на свариваемый мета Автоматическая сварка, 1976, Мг 5, с. 6(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ НА СВАРОЧНУЮ ВАННУ(57) Изобретение относится к электродуго- вой сварке и может быть использовано для измерения силового воздействия сварочной дуги на ванну расплавленного металла. Цель изобретения - повышение точности измерения. Исследуемую дугу возбуждают между электродом и рабочей поверхностью чувствительного элемента (Ч Э) измерительИзобретение относится к эле вой сварке и может быть использ измерения силового воздействия с дуги на ванну расплавленного метЦелью изобретения является ние точности измерения,На чертеже изображено устро измерения силового воздействия с дуги на ванну расплавленного ме щий вид,Устройство содержит чувств элемент 1, выполненный в виде и с трубкой 3, посредством эажимо ненной с плоскопараллельными и 5. Пружины 5 укреплены на стой новленной на плите 7. Плоскопара ного прибора, Величину силового воздействия определяют по показаниям датчика перемещения ЧЭ. Токоподвод к ЧЭ осуществляют коаксиально продольной оси электрода, а радиус, на котором осуществляют токоподвод, выбирают равным половине ширины сварочной ванны, ЧЭ выполнен в виде пластины с трубкой, являющейся продолжением пластины со стороны, противоположной стороне, на которой возбуждается активное пятно исследуемой дуги. Длину трубки устанавливают не менее десяти диаметров трубки, а толщину стенки выбирают из условия, что плотность тока в трубке не выше 0,1 плотности тока в электроде, При этом продольная ось трубки совпадает с продольной осью электрода, Показания датчика перемещения чувствительного элемента не зависят от размеров исследуемого образца, а определяются только размерами сварочной ванны, 1 ил. пружины 5 обеспечивают вертикальное.перемещение чувствительного элемента 1. Жесткое крепление концов пружин устраняет необходимость в направляющих, вызывающих трение в системе. На плите 7 установлена балка 8 с микрометрическим механизмом 9 перемещения, позволяющим точно устанавливать балку 8 у шарикового упора 10 на верхнем зажиме 4 без ее упругой деформации. Балка 8 представляет собой плоскую пружину с укреплен ными на ее поверхности электродатчиками сопротивления (тензодатчиками) 11,Питание датчиков и запись их сигналов осуществляется при помощи тензометрического усилителя (не показан), например УД 16557305 10 40 45 50 4 М,. и осциллографа (не показан), например Н. Токоподвод к трубке 3 чувствительного элемента 1 осуществляется при помощи приспособления 12, состоящего из водоохлаждаемой пластины 13 и соленоида 14. Чувствительный элемент соединен с демпфером 15.Продольная ось симметрии электрода 16 совпадает с продольной осью симметрии трубки 3 чувствительного элемента 1.Устройство для поджатия флюса состоит иэ пластины 17 и пружин 18, соединяющих ее с пластиной 2 чувствительного элемента 1.Внутренний диаметр трубки 3 выбирают таким образом, чтобы он был равен ширине сварочной ванны, т.е. предварительно выполняют сварку; а затем, экспериментально определив ширину сварочной ванны и рассчитав диаметр трубки, определяют необходимую толщину ее стенки и расстояние от пластины 2 до плоскости, в которой горит добавочная дуга.Усилие пружин 18 подбирают так, чтобы воспроизвести давление флюса на сварочную ванну, которое имеет место при ведении реального процесса сварки.Способ измерения давления дуги заключается в следующем.Чувствительный элемент 1, изготовленный из исследуемого материала, закрепляют в зажимах 4, Затем подводят электрод 16, который может быть как плавящимся, так и неплавящимся, к пластине 2 так, чтобы продольная ось симметрии электрода 16 и трубки 1 совпадали.Засыпка сварочного флюса и поджатие его осуществляется при помощи пластины 17 и пружин 18. Перед возбуждением дуги необходимо при помощи микрометрического механизма 9 перемещения установить балку 8 так, чтобы показания датчиков 1 были равны нулю, а шариковый упор находился в контакте с верхним зажимом 4. Тарировка системы проводится предварительно, например статистическимнагружением.После возбуждения дуги следят зэ показаниями осциллографа и после того, как переходный процесс завершится, обрывают дугу; В случае применения плавящегося электрода разность между уровнями самописца осциллографа равна весу наплавленного металла, а величина силового воздействия дуги на ванну расплавленного металла равна разности между максимальной отмашкой самописца и положением его после обрыва дуги,Осуществление токоподвода коаксиально продольной оси электрода дает воз- ь 15 20 25 30 35 можность получить распределение плотно-. сти тока в металле ванны, близкОе к возникающему в реальном процессе сварки, что играет существенную роль при определении результирующей объемных сил Лоренца в металле сварочной ванны. Объемные силы Лоренца возникают в свариваемом изделии и действуют во всех точках, где плотность тока не равна нулю, поскольку Р ЯВ,где -ппотноотьтокпеиедепии, В - магнитная индукция, Действие сил, обусловленных статическим избыточным .давлением дуги на поверхность сварочной ванны, ограничено радиусом активного пятна исследуемой дуги и за его пределами равно нулю.Прогиб поверхности жидкого металла сварочной ванны обусловлен суммарным как действием силы, обусловленной статистическим избыточным давлением дуги на поверхность сварочной ванны, тэк и действием объемных сил Лорен цэ в металле сварочной ванны, при этом объемные силы Лоренца, действующие в нерасплавленном металле, т.е. за пределами жидкого металла сварочной ванны, никакого влияния на прогиб поверхности металла сварочной ванны не оказывают. Следовательно, практический интерес представляет измерение именно суммарной силы, вызывающей прогиб сварочной ванны. Для этого необходимо исключить действие объемных сил Лоренца за пределами сварочной ванны на датчик перемещения чувствительного элемента. Это достигэется путем осуществления токо- подвода к объему металла сварочной ванны,Такой способ измерения силового воздействия сварочной дуги на ванну расплавленного металла позволяет. получить достоверные данные о величине суммарной силь 1, вызывающей прогиб ванны (или выдувание металла при определенной силе тока в дуге), что представляет практический интерес для сварщиков.Длина трубки 3 должна быть не менее десяти диаметров трубки. В процессе горения дуги флюс плавится под воздействием ее тепла, образуется газовый пузырь, окруженный слоем жидкого шлака, Под воздействием избыточного давления газы проходят через слой жидкого шлака наружу по каналу, в котором движется электрод 16, и оттесняет шлак ат электрода 16. Кроме того, благодаря конусообразной форме пластины 17, высота конуса которой подобрана так, что в процессе горения дуги слой жидкого шлака находитсягде Й - радиус элект В - ширина сва 1 мм,Поскольку длин меньше 10 ее диаме ее длина составляла Роль демпфера ким маслом. Измерения пок режиме сварки сил составляет,1 е 10 2 Использование лового воздействия ну расплавленногорода;рочной ванны, и вна"- 3 на быт ом слу трубки долров,то вда250 мм,ыполняла в анна сжидзали, что при данном вое воздействие дуги способа измерения сисварочной дуги на ванметалла обеспечивает практически у ее вершины, т.е. так, чтотолщина слоя флюса составляет около 3.;.4 мм, трением проволоки о флюс можно пренебречь, 5П р и м е р. Проводили измерения силового воздействия сварочной дуги, горящей в потолочном положении, т.е; электрод находится под изделием. Для изготовления чувствительного элемента была применена 10 сталь 09 Г 2 С. Измерения производили при токе дуги 450 А, полярность обратная, напряжение на дуге 32 В. Источник питания дуги ВДУ. Время горения дуги 56 с, Диаметр плавящегося электрода марки Св 08 Г 2 равен 3 мм, Толщина пластины 2 чувствительного элемента 1 соответствовала толщине реального свариваемого металла - 8 мм. За время горения дуги осуществлялось полное проплавление пластины. Ши рина ванны при этом была равна 16.18 мм. В соответствии с шириной ванны был выбран внутренний диаметр трубки, который, согласно изобретению, равен ширине ванны, т.е. 18 мм. Толщина стенки струбки вы брана так, что плотность тока в ней в 10 раз меньше плотности тока в электроде, т.е, толщина стенки трубки может быть определена соглано формуле30 следующие преимущества: воэможность непосредственного измерения силового воздействия дуги на ванну расплавленного металла; возможность исследования влияния состава флюса, марки флюса, марки проволоки, материала образца на величину силового воздействия дуги; возможность создания уточненной модели процессов, протекающих в сварочной ванне.Проведение экспериментов по определению силового воздействия сварочной дуги на ванну расплавленного металла необходимо для разработки оборудования для автоматической сварки, полной автоматизации дуговых способов сварки, создания роботов третьего поколения.Формула изобретения Способ измерения силового воздействия дуги на сварочную ванну, при котором исследуемую дугу возбуждают между электродом и рабочей поверхностью чувствительного элемента измерительного прибора и определяют величину воздействия по показаниям датчика перемещения чувствительного элемента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем учета действия объемных сил Лоренца в сварочной ванне и исключения действия этих сил на датчик перемещения за пределами сварочной ванны, чувствительный элемент выполняют в виде трубки с пластиной, устанавливают его соосно электроду, размещая пластину в сторону активного пятна дуги, ток к чувствительному элементу подводят коаксиально продольной оси электрода по кольцу, площадь которого устанавливают, исходя из максимально допустимой для материала токоподвода, внутренний радиус кольца выбирают равным половине ширины сварочной ванны, определенной предварительно, при этом длину трубки устанавливают не менее десяти диаметров трубки, а толщину стенки из условия получения плотности тока в трубке не выше 0,1 плотности тока в электроде,1655730 едактор на м при ГКНТ Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 аз 20 ВНИ оставитель Г,Тютченковаехред М. Моргентал Корректор Т.Мал Тираж 517 ПодписнГосударственного комитета по изобретениям и откр 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5