Способ регулирования глубины проплавления при автоматической аргонодуговой сварке неплавящимся электродом без присадочной проволоки

Изобретение относится к обработке и сварке материалов и может бытьиспользовано для регулирования глубины проппавления при автоматическойаргонодуговой сварке неплавящимся 5электродом без присадочной проволоки.Известен способ регулированияпроцесса дуговой сварки, при которомрегистрируют геометрические парамет Оры сварочной ванны,. выбирают параметр, в зависимости от отклонениякоторого вырабатывают регулирующийпараметр, воздействующий на процесссварки 1 ,15Геометрические параметры качества сварного шва, в частности ширинашва и глубина проплавления, при автоматической аргонодуговой сваркенеглавящимся электродом зависят от 2 Опараметров режима сварки ( сварочноготока, напряжения на дуге, скоростисварки и скорости подачи присадочной проволоки 1, геометрических размеров электрода, качества газовой защиты дуги и сварочной ванны, количества тепла, отводимого от свариваемого металла формирующимиподкладками, прижимными и фиксирующимиустройствами, качества подготовки иподгонки деталей в месте сварки ит,п. Отклонение некоторых из этих параметров от заданных значений, вчастности отклонение параметров режима, например, тока сварки и напряжения на дуге, но разному сказывается на изменении ширины шва и глубины проплавления . В этой связи известный способ. управления процессомпо величине отклонения геометри-.ческих параметров ванны от заданногозначения не всегда позволяет полностью компенсировать воздействиевнешних возмущений на процесс и получить требуемую глубину проплавлениясвариваемых деталей, В то же времяглубина проплавления в большинстве случаев аргонодуговой сварки.является более важным параметром,чем ширина шва для достижения герметичности и требуемой прочности свар Оного соединения.Наиболее близким к изобретениюпо техническому решению являетсяспособ регулирования глубины проплавления при автоматической аргонодуговой сварке, при котором измеряютпараметры режима, сварки: ток сварки 1, напряжение на дуге О, скорость сварки Ч, а изменение какого-либо из этих параметров вследствие воздействия внешних возмущений компенсируют изменением другого контролируемого параметра, при этом глубину проппавления определяют из зависимостиН =К 1 БЧ"Уа для регулирования используют уравнение61 йУ дЧ р -- +.о + г О (2) 1 1 Б " ЧОднако при использовании:,данногоспособа нельзя учесть влияния на качество сварного соединения тех внешних факторов, которые не могут бытьпроконтролированы по изменению параметров режима: 3, П, Ч. К их числумогут быть отнесены непостоянствотеплоотвода от места сварки по длине шва, изменение размеров электродаи качества защиты, отклонения в подготовке свариваемых кромок и т.д.Вместе с тем влияние этих факторовна качество сварки очень существенно,особенно при сварке достаточно длинных швов сложной конфигурации.Цель изобретения - повьипениекачества автоматической аргонодуговойсварки неплавящимся электродом безприсадочной проволоки,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу регулирования глубины проплавления при автоматической аргонодуговой сварке неплавящимся электродом без.присадочной проволоки, при котором измеряют параметры режима - ток сварки 3напряжение на дуге О, скоростьсварки У, а изменение какого-либоиз этих параметров вследствие воздействия внешйих возмущений компенсируют изменением другого контролируемого параметра, при этом глубину. Н проплавления определяют из зависимостиН-К "Ц ЧРС гдополнительно измеряют ширину сварно-. го шва В и одновременно рассчитывают ее по контролируемым параметрам режима из зависимостиР.К го ,ги определяют величину неконтролируемых возмущений по погрешности расчета ширины шва Л В = Ь - 8, при этом11238 сШ К к н к,-- г-:ин Кг В в ф 40 зкоэффициенты К 1 и Кг уточняют по= К где К и К - значенияВ 2 ф 1 25 коэффициентов до обнаружения неконтролируемых возмущений, а компенсацию внешних возмущений производят исходя из уравненияО чР В 1 О 4 ч где Д 3- отклонение тока от заданнойвеличины;, ЬО ЬЧ - отклонение напряжения на дуге и скорости сварки от заданных величин;0 в .рассчитанная ширина шва, 58=В-В - отклонение измеренного значения ширины шва от рассчитанной величины; 20 ИсРД постоянные коэффициенты .Коэф 4 жциенты К, К и л, и показатели степени при параметрах режима сварки Р, с,и .Р , гг оп 25 ределяются методом статической обработки экспериментальных данных, которые получают при сварке опытных образцов с изменением параметров режима не менее чем на +207 от оптимальных значений и при неизменностиЗ 0 внешних факторов.Изменение неконтролируемых факторов приводит к изменению коэф 4 ециентов К и Кг пропорционально значениям глубины проплавления и ширины 35 шва при одних и тех же значениях параметров режима, т.е. коэф 4 вщиенты и соответствующиеим значения глубины проплавления:и ширины шва при одних и техже 45параметрах режима сварки и разныхнеконтролируемых факторах ( величине теплоотвода, расходе защитного газа, геометрических размерах электрода, качестве подготов ки и пригонки свариваемых кромок . 03 4метров режима сварки и отклонении неконтролируемых факторов в пределахпроизводственных допусков коэффициенты К 1 и Кг изменяются согласновыражению где и 1-5 в зависимости от заданной глубины ироплавления.,Другими словами, если для заданного уровня неконтролируемых факторов определены зависимости, то изменение этих факторов можно проследить по отклонению расчетных величин геометрических параметров шва от измеренных. При этом новые значения коэффициентов могут быть опре-, делены по изменению любого из рассчитываемых геометрических параметров шва, например ширины шва В ВК и К,=-ф-к в 1 г в г Использование ширины шва длявыявления неконтролируемых возмущений удобнее, поскольку во многихслучаях сварки измерение глубины проплавления непосредственно в ходесварки в отличие от измерения ширйнышва связано с большими сложностямии практически невозможно.Для определения уравнения регулиро-вания рассмотрим полный диАференциалот зависимости018= 3 О У "4 х+Р,К,д О Ч" фЗхРа Ч. г 1-1,+К,З О " Ч "Ю+гКЗ "и Ч ач,где х - параметр, определяющий действие неконтролируемых факторов.После алгебраических преобразова-ний имеем,1 Н 4 аК,11,УО ДЧН Кдх "1 Э 0 1 ЧПереходя к конечным разностям, атакже учитывая, что, В соответствии с производственными требованиями погрешность измерения и расчета ширины шва и глубины проплавления должна быть не более 103. 55 С допустимой для практического применения погрешностью можно полагать, что при постоянных значениях параЬВ:3 сп получаемдН Ьб З О .ду Н 6 "Э 1 ЧГМгде д В=В- В - ошибка расчета ширинышва по зависимости (2),которая определяет уровень действующих напроцесс неконтролируеемых возмущений;,ЬЫ - отклонение глубиныпроплавления от заданной вел"чины;а 3,аО,ЬН - отклонения параметроврежима сварки от заданных величин 3, О,ЧН " заданная величина глубины проплавления,В - ширина шва, рассчитаннаяпо зависимости.Поскольку задачей управления является компенсация возМущений ЙО, с)И,йХ, с целью устранения отклонения отзаданного значения глубины проплавпения, т.е. вН=О, получаем следующееуравнение регулирования25Из полученного уравнения регулирования величина изменения сварочного тока для компенсации возмущений, действующих на процесс, определяется из следующего выражения ЗОЙЗ= - р +с - а р3 ( аЬ аО йЧВ 10 1 ЧТаким образом в процессе сварки измеряют ширину шва и параметры режима: сварочный ток, напряжение на дуге и скорость сварки, По измереннЫм параметрам режима из уравнений рассчитывают глубину проплавления, ширину сварного шва н по погрешности40 ширины ЛВ, = В-В определяют величину неконтролируемых возмущений. Если погрешность вьппе допуска (допуск задается равный погрешности расчета при отсутствии неконтролируемых возмущений), уточняют. коэффициенты К и45 К в уравнениях. Далее определяют велйчины отклонений измеренных значений параметров режима от заданных значений дО, аЧ , и на основании уравнения вычисляют величину коррекции сварочного тока, которую передают в блок управления током источника питания сварочной дуги.На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Устройство содержит датчик тока сварки 1, датчик напряжения на дуге 2, датчик скорости сварки 3,датчик 4 ширины сварного шва, аналого-цифровой преобразователь 5, микропроцессор 6, запоминающее устройство 7, устройство ввода - вывода данных 8, цифроаналоговый преобразователь 9, устройство управления токомсварки 30, устройство 11 управлениядлиной дуги и устройство управления скоростью сварки 12. Цифрой 13 обозначена установка для автоматическойаргонодуговой сварки неплавящнмсяэлектродом.Элементы схемы соединены следующим образом. Выходы датчиков 1-4 подключены к входам аналого-цифровогопреобразователя 5, выход последнегосоединен с входом микропроцессора 6,входы которого подключены также квыходам запоминающего устройства 7.и входу устройства ввода - выводаданных 8, а выход микропроцессора 6соединен с входом цифроаналоговогопреобразователя 9, первый выход которого подключен к входу устройствауправления током сварки 10, второйвыход - к входу устройства 11 управления длиной дуги и третий выход - квходу устройства управления током,сварки 10 и соединен с управляющимвходом источника питания сварочнойьстановки 13, выход устройства управления длиной дуги 11 - с управляющимвходом двигателя задания длины дуги,а выход устройства управления скоростью сварки 12 - с управляющимвходом двигателя перемещения горелкивдоль сварного шва. Кроме того,входы датчиков 1 и 2 подключены к силовой электрической цепи сварочнойустановки 13, вход датчика 3 - к двигателю перемещения горелки вдольшва, а датчик 4 смонтирован на сварочной головке установки 13,Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии программа управления процессом, в том числе математические зависимости заданные параметры режима сварки Э, О , Ч хра/ нятся в запоминающем устройстве 7.По команде сварщика, которая вводится через устройство ввода-вывода 8, процессор б считывает заданные параметры режима из запоминающего устройстваи вьщает их значение черезцифроаналоговый преобразователь 9 в устройство управления 10-12.В процессе сварки процессор 6 с помощью аналого-цифрового преобразователя 5 измеряет на выходе датчи ков 1-4 текущие значения тока, напряжения на дуге, скорости сварки и ширины шва, вычисляет отклонения параметров режима от заданных значений Ь 3, д О, йЧ, рассчитывает по эависи мости ширину сварного шва и определеяет погрешность расчета ширины шва йВ. Если зта погрешность по абсолютной величине более величиныВ,где В- максимальная погрешность рас чета по зависимости, то процессор 6 вычисляет по уравнению требуемую коррекцию тока Д 3 и новые значения коэффициентов К и К 2. Если погрешность расчета ширины шва по абсолют ной величине меньшеВ, процессор 6 вычисляет требуемую коррекцию сварочного тока д 3 из выражения только с учетом отклонения параметров режима сварки. Другими словами, полагаем, 25 что погрешность расчета ширйны шва ДВ = О. С учетом заданного тока3сварки и величины коррекции вычисля ется значение требуемого для качественной сварки тока равное 3 +. Д 1, З 0 которое процессор 6 через цифроаналоговый преобразователь 9 передает в устройство управления током сварки ;10. По зависимости процессор 6 рассчитывает текущее значение глубины проплавления, которое передается в устройствоввода - вывода 8 для контроля процесса сварщиком. Расчетное значение тока 3 + М, коэффициентов К и К2 ф а также измеренные величины напряже ния на дуге и скорости сварки заносятся взапоминающее устройст-во 7При следующем цикле измерения и контроля параметров режима и ширины шва отклонения параметров режима ЬЭ, аО, йЧ будут рассчитываться относительно параметров режима, которые были занесены в запоминающее уст- ройство 7 при последней коррекции тока сварки.В случае, если в результате расчета получена величина коррекции 43, меньшая по абсолютной величине 55 дискретности задания тока процессор 6 осуществляет расчет текущей глубины проплавления и далее снова пере,ходит к измерению показаний датчиковпараметров режима сварки.Способ реализован при сварке де -талей из легких сплавов на модернизированный установке для автоматической аргонодуговой сварки АДСВ и микро-ЭВМ "Электроника",При сварке образцов из сплаваАИг 6 толщиной 3 мм был задан следующий режим: сварочный ток 105 А, напряжение на дуге 12 В, скорость сварки 16 м/ч, использовали вольф-рамовый электрод диаметром 4 мм. Расход аргона составлял 8 л/мин. По линии сварного шва на расстоянии 200 мм от его начала была установлена медная формирующая обратный валик подкладка. Первые 200 мм сваривали беэ,подкладки практически на весу. Возмущения по параметрам режима находились в допусках, при которых не требуется коррекция режима. Глубина проплавления была задана 3 мм. При этом ширина шва составляла 6 мм.Допустимая погрешность расчета ширины шва была задана 1 мм. При подходе горелки к медной формующей"подкладке расчетное значение ширины шва составляло 6,1 мм, в то время как измеренное значение было 5,0 мм. Расчетное значение величины коррекции тока составили 16 А, новое заданное значениетока 121 А., Следующее корректирующее воздействие было выдано системой через 80 мм непосредственно при сварке на подкладке. Расчетное и измеренное значения ширины шва были те же, что и в предыдущем случае. Расчетное значение величины коррекции тока составило 18,3 А, новое значение тока составило 139 А. При этом глубина проплавления изменялась плавно от полного провара до 2,6 мм в точке коррекции.Предлагаемый .способ выгодно отличается от прототипа тем, что он поз воляет учесть вЛияние на формирование сварного соединения внешних факторов, которые не могут быть проконтролированы по изменению параметров режима сварки, Использование способа для автоматической аргонодуговой сварки неплавящимся электродом при изготовлении сварных конструкций в самолетостроении, ракетостроении и других отраслях машиностроительной промьпйленности позволит повысить качество сварных швов, снизить йормы9 . 112380310применяемых в настоящее время дорого- Способ позволяет снизить воздействие стоящих методов контроля, например на процесс сварки возмущающих факторентгенопросвечивания, сократить объ" ров, и тем самым уменьшить объем рент емы работы по подварке сварных швов, генопросвечивания,Составитель В.КулиРедактор Т.Парфенова Техред И.Асталош ктОР С,Че Подписи 4/ Патент", г.ужгород Проектная,4 ил аказ 8180/13ВНИИПИпо д113035,Тираж 1036осударственного коелам изобретений иМосква, И, Рауш тета С крытий ая наб