Способ сварки и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 38 АЗ 79 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПВЕДОМСТВО СССР(ГОспАтент сссР) К 9/1 НТНОЕ ИЗОБР ПИ ПАТЕНТУ 7 сити Дженерейтинг (АО) и Роберт Деркон я к сварочному ении двух кусков обычно стремятенный шов с равием, при этом ет во избежании ет вручную конт- , однако исполький контроль оцесса сварки,(21) 4356758/08(72) Рован Томас ДимСолтер (ОВ(54) СПОСОБ СВАРКИ И У ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относитс производству. При соедин металла с помощью сварки ся получить хорошо провар номерным проплавлен процесс сварки контролиру непровара или прорывов шва Опытный сварщик мож ролировать процесс сварки зуется и автоматичес конкретных параметров прВ известных устройствах автоматического контроля сварочного процесса для определения глубины проплавления сварного шва используется излучение, отраженное от тыльной стороны шва, т,е. от нижней части, образующейся в процессе. сварки сварочной ванны. Однако такие устройства нельзя(57) Использование: в сварочном производстве, Сущность изобретения: управление процессом сварки осуществляется путем приведения сварочной ванны в вибрирую. щее состояние, подачи на ванну излучения (преимущественно в виде света), приема отраженного от ее поверхности модулированного излучения и преобразования последнего в электрический сигнал. Далее электрический сигнал обрабатывают с целью получения конкретных параметров сварочной ванны, Преимуществом данного способа является то, что при его осуществлении должен быть обеспечен доступ лишь к поверхности сварочной ванны, при этом исключается загрязнение последней, которое имеет место при использовании зонда.2 с. и 10 з.п,ф-лы, 5 ил,применять в том случае, если тыльная сторона шва недоступна. В других известных устройствах используется ультразвуковой зонд, соприкасающийся с металлом вблизи жидкого шва для измерения его проплавления. Недостатком таких устройств является то, что зонд обычно покрывают смазкой, чтобы обеспечить хороший акустический контакт; и смазка подмешивается в жидкий шов,Известны устройства контроля, определяющие вибрацию жидкого шва путем замера изменений напряжения вольтовой дуги сварочного аппарата, Однако такие устройства требуют применения высококачественных источников питания, поддерживающих короткую устойчивую дугу, за счет чего гарантируется адекватное соотношение сигнал/шум в напряжении дуги..3.Целью изобретения является повышение качества сварного соединения путем автоматического формирования сварного шва с равномерным проплавлением без прожогов и непроваров.Способ сварки включает этапы формирования сварочной ванны, приведение сварочной ванны в вибрирующее состояние; подачу излучения на вибрирующую поверхность ванны, прием отраженного от вибрирующей поверхностиванны модулированного излучения, преобразования принятого излучения в электрический сигнал и обработку этого сигнала для получения конкретных параметров сварочной 15 ванны.Сварочное устройство включает средство для формирования сварочной ванны, средство для приведения сварочной ванны в вибрирующее состояние, источник излучения, направляемый на вибрирующуюповерхность ванны, средство для приема от вибрирующей поверхности ванны модулированного излучения, преобразователь,п реобразующий принятое излучение в алек трический сигнал, и средство для обработкиэлектрического сигнала с. целью полученияконкретных параметров сварочной ванны.Применяемое излучение может быть световым, полученным например, от лазера или от сварочного аппарата, используемого для формирования сварочной ванны, илилюбое другое подходящее излучение,На фиг.1 изображена блок-схема сварочного устройства; на фиг.2 и фиг.З - низкочастотные. колебания, которые могут возникать в сварочных ваннах с полным и неполным проплавлением соответственно; на фиг,4 и 5 - частота вибрации сварочных ванн, указанных на фиг,2 и 3 соответственно,На фиг.1 показано сварочное устройство, состоящее из источника питания 1 и сварочной горелки. 2, с помощью которой производится сварка двух кусков металла 3 и 4, Свет горелки отражается от поверхности сварочной ванны, формируемой горелкой 2, собирается оптоволоконным коллектором (оптическим волокном) 5 и передается им на обрабатывающее средство в виде компьютера б, Свет, собранный в оптическом волокне 5, преобразуется в электрический сигнал фотодиодным устройством в компьютере б,. где этот сигнал обрабатывается для получения конкрет н ых параметров сварочной ванны. Сварочная ванна встряхиваетсяи приводится в вибрирующее состояние кратковременным мощным импульсом электрического тока. Вибрирование ванны можно вызвать также кратковременным понижением величины электрического тока сварки или кратковременным импульсом давления газа, используемого в процессе сваркиХарактер вибрации сварочной ванны зависит от его параметров, например, массы и глубины, и эти характеристики ванны содержатся в световом излучении, собранном в оптическом волокне 5 и в соответствующем этому излучению электрическом сигнале. Обрабатывающее средство определяет конкретные параметры сварочной ванины и контролирует ее размер и глубину провора при помощи соответствующего управляющего сигнала; Указанный сигнал может задавать величину сварочного тока или скорость формирования сварного шва илй оба эти параметра вместе. Если сварочная ванна чрезмерно велйка (что регистрируется по значениям частоты и амплитуды ее вибрационного перемещения), тогда управляющий сигнал будет уменьшать сварочный ток или увеличивать путевую скорость фор. мирования сварного шва. В свою очередь, если сварочная ванна. слишком мала; тогда необходимо, чтобы указанный сигнал увеличивал величину сварочного тока или же уменьшал скорость формирования шва. Управляющий сигнал по существу задает режим энергопитания процесса сварки и перемещения сварочной головки.В описанной аппаратуре источником светового излучения, собираемого в оптическом волокне 5, служит горелка 2, однако в других случаях может применяться и независимый источник, например лазер.Кроме того, хотя в описанном устройстве применяется видимый источник света, следует отметить; что в других случаях может быть использован источник излучения какой-либо другой подходящей частоты.На фиг.2 и 3 изображены типы вибрации сварочной. ванны 7, которая проникает сквозь рабочие детали 3 и 4 соответственно полностью и неполностью. На фиг,4 и 5 изображены объединенные частотные характеристики ванн, указанных на фиг.2 и 3 соответственно. По этим характеристикам обрабатывающее средство 6 выдает управляющий сигнал на источник питания 1.По сравнению с базовым объектом-про.тотипом данные способ и устройство обеспечивают следующие преимущества: доступ требуется только к наружной поверхности сварочной ванны, которая всегда доступна, сварочная ванна не загрязняется смазкой, возможно использований сравнительно дешевого источника питаниядля сварки.Формула изобретения 1. Способ сварки, заключающийся в том, что формируют сварочную ванну, на поверхность .которой подают излучение, принимают отраженное от поверхности сварочной ванны излучение, преобразуют принятое излучение в электрический сигнал и обрабатывают электрический сигнал для определения параметров сварочной ванны, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что; с целью повышения качества сварного соединения и увеличения точности регулирования сварочного процесса за счет модуляции сигнала обратной связи, проводят колебания сварочной ванны, причем вычисленные параметры сварочной ванны сравнивают с заданными; определяют сигнал рассогласования, по которому изменяют сварочный ток или скорость перемещения сварочной горелки для сведения сигнала рассогласова: ния к нулю.2, Способ по п.1, отл ич а ю щи й с я тем, что колебания сварочной ванны проводят кратковременным импульсом сварочного тока.3. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что колебания сварочной ванны проводят кратковременным понижением сварочного тока.4, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что колебания сварочной ванны проводят кратковременным импульсом давления газа, используемого в процессе сварки,5, Способ по п.1, о т л и. ч а ю щ и й с я тем, что на поверхность сварочной ванны подают световое излучение.6, Способ по п.1, отл ича ю щи йся ,тем, что на поверхность сварочной ванны подают лазерное излучение 7, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что на поверхность сварочной ванныподают излучение сварочной дуги.8. Способ по пп,5 - 6, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что прием отраженного от поверхности сварочной ванны излучения производят оптическим волокном.9. Способ по и 8, отл и ч а ю щи й с ятем, что преобразование принятого излучения в электрический сигнал производят фотодиодом.10. Способ поп.1, отл ич а ю щийсятем, что в качестве параметров сварочнойванны вычисляют массу и/или глубину сварочной ванны.11, Способпо п.1,отличающийсятем, что.сварочный ток или скорость перемещения сварочной горелки изменяат автоматически,12. Сварочное устройство, включающеев себя источник сварочного тока, сварочнуюгорелку, источник излучения, направленныйна поверхность сварочной ванны, фотопри-.емное устройство для приема модулированного излучения, отраженного отповерхности сварочной ванны,и преобразователь излучения в электрические сигналы,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения качества сварного соединения,устройство снабжено блоком для колебаниясварочной ванны и процессором для вычисления параметров сварочной ванны и сравнения их с заданными параметрами иполучения в результате на выходе сигналарассогласования, вход которого связан свыходом преобразователя излучения в электрические сигналы.. Составител Техред М,М Заказ 661 . Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобрете 113035, Москва, Ж, РаушскПодписное ям и открытилм при ГКНТ СССнаб 4/5