Способ регулирования процесса сварки тонкостенных изделий на повышенных скоростях

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОЙ ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 64(61) Дополнительное к авт. свид-ву 3.78 (21) 2585316/25-27 2)Заявлен исоелинением заявки Лф Всударстввннын ком СССР до делам изобретен3) Приоритет Опубликовано 25,06.80. Дата опубликования оп Бюллетень Эй ткрыти а н и я 25.06.80. П. Камаев н манскии Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышев явител 54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СВАРКИ ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ПОВЫШЕННЫХ СКОРОСТЯХ сдействия сва.по закону,ому Тепловои поток в изделие отой дути распределен обычнокому к нормальному крутов хр(-М плотность теплового потока;максимальное значение теплогд емое в вого потока, дос центре пятна наг Изобретение относится к электродуговой сварке металлов неплавящнмся элементом.Известен способ регулирования, основанный на контроле характеристик сварочной дуги как источника нагрева путем измерения тока и на 5 пряжения сварочной дуги н вычисления мощности, вводимой в пятно нагрева, получают величину, которая используется для регулирования процесса сварки. Данный способ позволяет осуществить регулирование лишь по величине средней мощности, которая подводится к свариваемому изделию. При этом совершенно не учитывается закон распределения теплового потока по поверхности свариваемого изделия 1,Однако геометрия сварного шва и качество сварного соединения тонкостенного изделия существенным образом зависят от того, каким образом распределена плотность теплового потока по пятну нагрева.Цель изобретения - повыйенне качества регулирования процесса сварки тонкостенных изделий на повышенных скоростях за счет учета распределения плотности теплового потока по пятну нагрева. Поставленная цель достигается тем, что в качестве параметра регулирования используют значение частоты максимума мнимой частотной характеристики комплексного сопротивления обратно пропорциональное диаметру пятна нагрева, получаемого путем наложения на ток дуги малого гармонического возмущения переменной частоты, и измерения мнимой части комплексного сопротивления электрической дуги по переменным составляющим тока и напряжения с последуюшим определением частоты максимума мнимой частотной характеристики комплексного сопротивления.г - текущее значение радиусапятна нагрева;М - коэффициент сосредоточенности теплоисточника.При сварке тонкостенных изделий показатели сварного шва определяются как величи. ной интегрального теплового потока, так иего локальными характеристиками, в частности величиной сосредоточенности М, которая при заданном законе распределения определяет диаметр пятна нагрева, Следует отметить, что нидиаметр пятна нагрева, ни коэффициент сосре. доточенности не могут быть определены в процессе сварки известными способами, что затрудняет управление процессом сварки, ухудшает показатели сварного шва.Предлагаемый способ регулирования основан на контроле коэффициента сосредоточенности по внешним электрическим характеристикам дуги постоянного тока,Температурное поле в изделии при сварке описывается следующим уравнениеме-- = Роехр( -- ч )сТ сТ с Т бТсЕо д сдц безразмерная темпе рату.ра;масцггабная температура;температура окружающейсреды;безразмерные пространственные координаты;характерный размер;безразмерная скоростьсварки;скорость сварки;коэффициент температуропров одно сти;число Фурье (безразмер.ное время);число Померанцева;мощность теплоисточника;- коэффициент теплопро.водности,Типичные значения параметров технологического процесса имеют следующие величины: скорость сварки Ч от 0,05 до 0,5 м/с, толщина материала свариваемого изделия 0,2 - 1,0 мм характерный размер, в качестве которого удоб-зно выбирать М ч = (1,5 - 3,0)10 м.ПРи этих данных для стали,. коэффициент температуропроводности которой а = 0,5 10 м/с, без.размерная скорость (число Пекле) лежит в пределах от 3 до 30. Это позволяет использовать для анализа решения уравнение (2) асимптотические разложения дня больших Р 4Частотная характеристика температурногополя в центре пятна нагрева имеет видЮ й ьТсо = Ро - (1, - его - ) ехр( -- ) (3)2 Р 2 Ре 4 Ре5 Мнимая часть частотной характеристики (3)может быть представлена следующим образом:-х 1 т 2Функция Е(г) имеет максимум, по частоте 15 которого ы можно провести оценку постоян.ной временйтепловых процессов в пятне нагрева 8 .О (5)Или с учетом параметров технологическогопроцесса:О1(6)т,гЧМ С другой стороны, величина постоянной25 времени О может быть найдена по результатамизмерения внешних электрических характеристик сварочной дуги при наложении на постоянный ток дуги малого (2 - 5% от значения сварочного тока) синусоидального возмущения.30 Она определяется как величина, обратная частоте максимума мнимой частотной характерис.тики комплексного сопротивления сварочнойдуги по переменной составляющейх(м) = 0 (со)/ (я),35где О (ю) - комплекстное значение переменной составляющей напряжениядуги;ы) - комплексное значение тока переменной составляющей тока40дуги.При этом частота синусоидального возмущения выбирается таким образом, чтобы0,1 ( со 6 Т ( 10. Для указанных параметровтехнологического процесса круговая частотавозмущения должна изменяться в пределах от10 до 10 рад/с.Обозначая через О -постоянную времени,ЧТнагрева изделия, определяемую экспериментально по результатам измерения переменных со.ставляющих тока и напряжения дуги, получаемй, = ,(6)Или 3ч = 1, :п 1, (7)п Ч 9 Я55 Эгде су - частота максимума2(и), определяемая по результатам измеренияпеременных составляющих тока и.напряжения дуги,5 742064 Диаметр пятна нагрева при сварке связан коэффициентом сосредоточенности соотношением 3,46а диаметр пятна нагрева (следовательно, и коэффициент сосредоточенности) зависит от длины дути.Таким образом, изменяя длину дуги, можно стабилизировать значение коэффициента сосредоточенности теплоисточника, при дуговой свар. ке наплавляющимся электродом на постоянном токе.На чертеже приведена схема для реализации данного способа.Способ регулирования процесса сварки осу ществляется следующим образом.Электрическая дуга 1 возбуждается и поддерживается между неплавящимся электродом 2 и свариваемым изделием 3. Постоянный ток сварки обеспечивается источником 4. Опреде ление средней мощности теплоисточника производится с помощью блока 5, на который поступает сигнал, пропорциональный току и на. пряжению дуги. Выходной сигнал блока 5 используется для управления источником 4 пи тания.Для наложения малого синусоидального возмущения переменной частоты используется модулятор 6 тока. На измеритель 7 мнимой частотной характеристики поступают перемен ные составляющие тока и напряжения дуги, Блок 8 фиксации максимума мнимой частотной характеристики комплексного сопротивления сварочной дуги позволяет определить час. тоту о, Выходной сигнал блока 8 исполь- З 5 зуется для формирования управляющего воздействия на устройство 9 перемещения элект родаДля реализации предлагаемого способа управления источник питания поддерживает та кой ток дуги, чтобы обеспечить требуемое значение мощности Р = О 1.При отклонении величины 01 от установленного значения изменяется величина сварочного тока, 45Отклонение величины коэффициента сосредоточенности теплоисточннка от установленного значения корректируется за счет изменения длины дуги путем перемещения электрода по высоте относительно изделия. Сигнал, управ. ляющий перемещением электрода, формируется с использованием величины , вырабатываемой блоком фиксации частоты максимума.Предлагаемый способ позволяет осуществить регулирование процесса сварки тонкостенных изделий как по величине средней (интеграль. ной) мощности, так и с учетом распределения плотности теплового потока но пятну нагрева, что необходимо при сварке на повышенных скоростях. Применение предлагаемого способа дает возможность обеспечить заданное распределение температуры по сечению сварного шва, следовательно, позволяет получить требуемые геометрические и механические характеристики сварного соединения и, в конечном счете, повысить качество сварного соединения. Формула изобретения.Способ регулирования процесса сварки тон-,костенных изделий на повышенных скоростях,при котором контролируют интегральные характеристики сварочной дуги путем измерения то.ка и напряжения дуги с последующим изменением мощности пятна нагрева, о т л и ч а ю.щ и й с я тем, что, с целью повышения ка-.чества регулирования и стабилизации геометрических характеристик путем заданного распределения температуры по сечению шва, в качестве параметра регулирования используютзначение частоты максимума мнимой частотнойхарактеристики комплексного сопротивленияобратно пропорциональное диаметру пятна нагрева, получаемого путем наложения на токдуги малого гармонического возмущения переменной частоты, и измерения мнимой частикомплексного сопротивления электрической дуги по переменным составляющим тока и напряжения, с последующим определением частоты максимума мнимой частотной характеристики комплексного сопротивления,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент Франции У 2235753,кл. В 23 К 9/00, 1975,742064 Составитель Т. Тютченкова Техред М,Петко Корректор Е. Папп Редактор С. Патрушева Тираж 1160 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5