Способ автоматического регулирования длины дуги при сварке плавлением (его варианты)

(5 П В ИСАНИЕ ИЗОБРЕ ЕНИ Н РСН а тельство СС9/10, 1977 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР ВЙДетельСТВУ(56) 1.Авторское свидетельство СССР9 429911, кл.В 23 К 9/10, 1973.2 . Патент США В 3262006,кл 314-63, 1966.3 . Авторское свиде СРВ 561641, кл, В 23 К(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИ-РОВАНИЯ ДЛИНЫ ДУГИ ПРИ СВАРКЕ ПЛАВЛЕНИЕМ (ИГО ВАРИАНТЫ).(57) 1 Способ автоматического регулирования длины дуги при сваркеплавлением путем регистрации интен.сивности спектра излучения электронов, выделенньа из светового потока, излучаемого сварочной дугой,с последующим использованием оезультата регистрации в виде функ-"ции автоматического регулирования,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью улучшения качества сваркипутем повышения чувствительностии точности регулирования, дополни-.тельно выделяют область спектраизлучения металла иэделия, мщеленные области регистрируют раздельно, сравннваот между собой и изменяют длину дуги до получения равенств интенсивностей излучения свободн элект.юнов и металла иэделия,2, Способ автоматического регулирования данны дуги при сварке плавлением путем регистрации интенсивности спектра излучения электроноввыделенных из светового потока, излучаемого сварочной дугой, с последующим использованием результата регистрации в виде Функции автома" тического регулирования, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества сварки путем ноэышения чувствительности н точнос" ти регулирования, дополнительно выделяют .область спектра излучения металла изделия и йыделенные области регистрируют одновременно, при этом величину дугового промежутка колеблют с амплитудой 0,05-0,3 мм и частотой 1-1000 Гцю определяют. знак производной Функции изменения интенсивносги излучения выделенной области от:.изменения длины дуги и в случае отрицательного знака длину дуги увеличивают, а в случае положительного - уменьшают.Изобретение относится к автоматизации процесса дуговой сварки,в частности к способам автоматического регулирования длины дуговогопромежутка, и может найти применениепреимущественно при сварке неплавя.щимся электродом в среде защитныхгазов в любой отрасли народногохозяйства .Известен способ автоматическогорегулировг ия длины дуги при сварке плавлением путем регистрацииинтенсивности светового потока изэоны сварки с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулирования 13.К недостаткам этого устройстваотносится низкая точность из-за того, что на .фотоприемник попадаетизлучение не только сварочной дуги,но и сварочной ванны, размеры которой в ходе сварки могут существенноизменяться,Известен способ регулирования длины дуги, согласно которому из общего излучения дуги выделяют либоультрафиолетовую, либо инфракраснуюобласть, интенсивность излучения котоРых преобразуют фотоприемником, ауправляющим воздействием на длинудуги является функция этого сигнала.12) .,30Известный способ не может обеспе-,чить регулирование длины короткихдуг, так как зависимОсть интенсивности излучения используемых областейот длины дуги отличается существенной нелинейностью при дяине дугименее 1 мм .Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является способ авто матического регулирования длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интенсивности световогопотока излучения сварочной дуги споследующим использованием результата регистрации в виде функцииавтоматического регулирования, согласно которому из светового потокавыделяют область излучения электронов и линий защитной атмосферы, Спо.соб обладает высокой точностью и 50универсальностью, особенно при сварке малых толщин 3.Однако в процессе сварки, когдапроисходит и зменение геометрическихи эмиссионных характеристик электрода, известный способ не можетобеспечить высокой стабилизации средней плотности тока в анодном пятне,что плохо сказывается на качествесварки. 60Цель изобретения - улучшение качества сварки путем повьааения чувствительности и точности регулиравания э а счет стабилизации требуемой. средней плотности энергии нагрева пятна, б 5 Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу автоматического регулирования длины дугипри сварке плавлением путем регистрации интенсивности спектроизлученияэлектронов, выделенных из световогопотока, излучаемого сварочной дугой, с последующим использованиемрезультата регистрации в виде функции автоматического регулирования,дополнительно выделяют область спектра излучения металла изделия, выделенные области регистрируют раздельно,сравнивают между собой и Изменяютдлину дуги до получения равенстваинтенсивностей излучения свободных .электронов и металла изделия.Согласно второму вариантув способе автоматического регулирования длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интенсивности спектра излучения электронов, выделенныхиз светового потока, излучаемого сварочной дугой, с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулирования, дополнительно выделяют область спектра излучения металла изделия и выделенные области регистрируют одновременно, при этом величину дугового промежутка колеблют с.амплитудой 0,05-0,3 мм и частотой1-1000 Гц, определяют знак производной функции изменения интенсивностиизлучения выделенной области от изменения длины дуги и в случае отрицательного знака длину дуги увеличивают, а в случае положительногоуменьшают,1Дополнительное выделение области спектра излучения металла изделия повышает чувствительность регулирования, так как позволяет получить информацию об испарении металла изделия, которое пропорционально средней плотности энергии в пятне нагрева . Регистрируя выделенныеобласти спектра раздельно и сравнивая между собой, дополнительно повышают чувствительность способаза счет улучшения помехоэащищенности. Добиваясь при этом равенства интенсивностей излучения свободных электронов и металла изделия,стабилизируют состав плазьвя сварочной дуги, обеспечивая тем самымтребуемую среднюю плотность энергии в пятне нагрева и стабилизируя геометрические. параметры шва,что обеспечивает высокое качествосварки,По второму варианту, которыйпредполагаетодновременную регистрацию выделенных областей спектрасвободных электронов и металла иэделия, для обеспечения стабильногосостава плазма дуги дуговой промежуток колеблют с амплитудой 0,05-0,3 мми частотой 1-1000 Гц для определе"ния знака производной функции изменения интенсивности излучениявыделенной области от изменения длины дуги.На фиг 1 показана принципиальнаясхема устройства для осуществленияпервого варианта предлагаемого способа; на фиг 2 - кривые зависимостиизменения интенсивности .различныхспектральных диапазонов от длины "Рдугового промежутка; на фиг 3 - принципиальная схема устройства для осуществления второго варианта предлагаемого,способа; на фиг,4. - кривые изменения суммарной интенсивности ли" 15ний металла изделия из свободныхэлектродов в дуге при различных эмиссионных характеристиках катода,Способ по первому варианту осу"ществляется следующим образом.С помощью фотоэлектрического спектрального датчика 1 выделяют из излучения дуги спектральный диапазон,содержащий излучение свободных элект,ронов и регистрируют его интенсивность. 25Одновременно с помощью фотоэлектрического спектрального датчика 2выделяют одну или несколькоспект-,ральных линий металла, присутствующего в сварочной ванне, и регистрируют их интенсивность, В зависимостиот длины дугового промежутка интенсивность излучения свободных элект"ронов соответствует кривой 8, аинтенсивность излучения линий метал.ла - семейством кривых 9 Интенсивность выделенных областей сравнива;,ют между собой в блоке 3 сравненияи сигнал подают в усилитель 4 и далее на исполнительный механизм 5.Если интенсивность спектра свободных электронов выше интенсивностиспектра металлов, длину .дуги увеличивают, поднимая горелку 6 с помощью исполнительного механизма .5.Если интенсивность спектра свободных электронов ниже спектра из"лучения металлов, длину дуги увеличивают, т,е . добиваются равенствасигналов спектральных интенсивностей,устанавливая оптимальную длину 7дуги, которая соответствует пересечению кривйх 8 и 9 .Согласно второму варианту спбсобосуществляется следующим образомС помощью фотоэлектрическогоспектрального датчика 10 иэ свето"вого потока, излучаемого дугой вы-.деляют и регистрируют совместно интенсивность спектрального диапазона, содержащего линии излученияметалла иэделия и свободных электронов, С помощью генератора 11 вертикальных колебаний обеспечиваютвертикальные колебания сварочнойгорелки 7 и соответственно колебания длины дугового промежутка с 65 амплитудой в диапазоне 0,05-0,3 мми с частотой 1-1000 Гц. Соответственно возникают колебания интенсивности спектрального диапазона,регистрируемые спектральным датчиком 10, с помощью селективногоусилителя 4 эти колебания выделяют-ся из общего сигнала усилителя, Затем с помощью синхронного детектора 12 определяют знак производнойфункции изменения интенсивности отдлины дуги, сравнивая фазы сигналовс генератора 11 и селективного усилителя 4. В зависимости от длины дуги интенсивность излучения изменяется в соответствии с семействомкривых 13, В случае, если производная положительная (восходящие ветвисемейства кривых 13), уменьшают длину дуги, опуская с помощью исполнительного механизма 5 горелку 6, в случае, если производная отрицательная(исходящие ветви семейства кривых 13),увеличивают длину дуги, устанавливаяоптимальную длину 7 дугового промежутка, при которой производная будет равна нулю,1Амплитуда колебаний менее 0,05 ммне позволяет получить четкое изменение сигнала интенсивности и определить знак производной,. При амплитуде более 0,3 мм снижается стабильность глубины провара,Частота менее 1 Гц не обеспечивает быстродействия регулирования, частота более 1000 Гц не осуществимапри современных габаритах и весесварочных горелок .В обоих вариантах способа обеспечивается постоянное соотношениемежду концентрацией свободных электронов и концентрацией атомов металлов иэделия, испаряемых в дугу с поверхности анодного пятна, Посколькуколичество испаряемого металла проlпорционально плотности энергии, способ позволяет стабилизировать плот"ность энергии в пятне нагрева и темсамым повысить стабильность геометрических размеров сварных швов и ихкачество независимо от изменения геометрических параметров электродаи ухудшения его эмиссионных харак-.теристик.1Первый вариант способа требуетприменения в качестве датчика какминимум двух канальных спектральных приборов, обладающих большимигабаритами .и сравнительно высокойстоимостью, но позволяющих легкоперестраивать.его для контроля процесса сварки металлов самого раэлич"ного состава. Его целесообразно ис"пользовать на сложньк. универсальныхсварочных машинах, предназначенных для сварки широкой номенклатурыизделий.Второй вариант способа может бытьприменен с простыми переноснымиспектральными приборами и даже сузкополосными интерференционнымисветофильтрами малых габаритов инизкой. стойкости, Эти приборы тяжело перенастраивать с одного спектрального диапазОна на другой и поэтому нельзя использовать при смене свариваемых материалов, Второйвариант целесообразно использовать 10на оборудовании для сварки однотипных изделий,П р и м е р, Испытания способапроводятся на специальном стенде,в состав которого входит стационарная сварочная установка, состоящаяиэ источника питания, сварочной дугиТИРДМ, вращателя и сварочной горелки с механизмом ее вертикальногоперемещения, а также спектрографаДФСсо специальной приставкой,имеющей две регулируемые выходныещели и два Фотоумножителя, Передачаизлучения сварочной дуги на входнующель спектрографа осуществляетсяс помощью световода. При первом варианте способа с помощью первой входной щели выделяется диапазон спектра5180-5200 А, содержащий излучение свободныхэлектронов, с помощью второйщели выделяется участок спектра5204"5208 А, содержащий три линиихрома . Сварка проводится на трубчатых образцах Ф 55 2 мм из стали12 Х 18 Н 10 Т . В качестве возмущающеговоздействия используются электроды 35с различным углом заточки 15, 45и 90 ф Установка длины дуги после смены электрода выполняется путем выравнивания интенсивности вышеуказанн-,ыхх областей спектра. Исследованияпоперечных шлифов сварных швов показывают, что отклонение по глубинепровара не превышает 5,При использовании способа регулирования длины дуги, взятого забазовый объект, которым являетсяпрототип, колебания глубины проплавления достигают 20,При испытании второго вариантаспособа используется однокамерныйдатчик, выделяющий область спектра5195-5215 А, которая содержит какизлучение свободных электронов, таки атомов хрома (линия 5204, 5206и 5208 А),Оба варианта способа позволяютполучить практически одинаковоеулучшение качества,Применение способа при сваркепродольных швов обечаек У=0,4 ммдля формовки сильфонов позволяет получить экономию за счет сокращениябрака 3435 руб.в течение года,Для осуществления первого варианта способа необходим спектрографтипа ДФСстоимостью около 3000 руби окупаемость затрат составляетодин год .Для осуществления второго варианта достаточен интерференционныйфильтр с максимумом пропускания3=4254 А и полушириной пропусканйя ВЛ 1/2 20 А, содержащий спектрсвободных электронов и линий хрома,стоимость которого около 50 руб.Однако этот фильтр не позволяетиспользовать способ при сварке цветных металлов и сплавов,.Метелева Состави Корректор В. Гири я Редактор М. Ткач ед ПодписиСССР Заказ 10406/13 Тираа 1106ВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открыти 3035, Москва, Ж, Рауюская наб тная илиал ППП Патентф у жгород УЛ