Способ дуговой механизированной сварки модулированным током

(51)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Вагнер В,И.сварки пульсирую1980, с. 37, 72. М 7росварки им. Е,О.Патона Д А Дудко, С.И.Горшков, Мосен кисросварки им. Е,О,Патона Оборудование и способы щей дугой, - М,: Энергия; 54) СПОСОБ ДУВАННОЙ СВАРКИТОКОМ МЕХАНИЗИРО ЛИРОВАННЫМ е относится к ванной сва м, преиму и может быть нии, судостр Изобретени тевой механиэиро ркиванным токо щезащитных газах, исв машинострое о 6, р . тельстве и пр,Известен способ сварки с шаговым перемещением головки, уменьшаемым в паузе синхронно с уменьшением скорости подачи электрода. При этом напряжение сварки в паузе также уменьшают. В импульсе процесса эти параметры соответственно увеличивают. Недостаток способа заключается в низком качестве получаемых швов, т.к; сварочная ванна характеризуется повышенной глубиной при малой ее ширине, Эти явления происходят по причине нехватки мощности в паузе процесса сварки.Цель изобретения - повышение устойчивости процесса и улучшение формирования шва при сварке в защитных газах. Цель достигается путем повышения напряжения в паузе от Оик до Опк0,8 Оео, где Оик -Ы 1797539 А(57) Использование: для дуговой механизированной сварки модулированным током преимущественно в защитных газах. Сущность изобретения: напряжение сварки в паузе повышают от Оик до Опк0,8 0,8 Оео, где Оик - напряжение в конце импульса, Ое - напряжение в конце паузы, Осо - заданное напряжение естественного обрыва дуги при неподвижном плавящемся электроде, Длительность паузы при этом поддерживают согласно выражению 0 т 0,033 тф, где гф - длительность охлаждения слоя шлака на поверхности валика шва до температуры, при которой шлактеряет электропроводимость. 4 ил. напряжение сварки в конце импульса, Оп - напряжение в конце паузы, Оео - заданное напряжение естественного обрыва дуги при неподвижном плавящемся электроде. При этом длительность паузы равна сумме длительностей переходного периода повышения напряжения сварки от Оидо Опк0,8 Оео и задаваемой длительности горения стационарной дуги при напряжении СВарКИ, раВНОМ Опк,НО МЕНЬШЕ 0,33 Гкф, ГдЕ вакф - длительность охлаждения слоя шлака на поверхности валика шва до температуры, при которой шлак теряет электропроводимость.Отличие предлагаемого способа заключается в пределах изменения напряжения сварки в паузе (ниже нижнего, принятого в известном изобретении) и во временном интервале паузы (меньше нижнего предела, принятого в известном изобретении), Способ позволяет вести сварку модулированным током с периодически изменяемой в широких пределах скоростью подачи плавя1797539 20 25 30 35 40 3щегася электрода без обрывов дуги на протяжении всего сварочного цикла,Возможны два варианта сварки по предлагаемому способу. Согласно первому варианту длительность горения стационарнай дуги при напряжении сварки Опк равна нулю. В этом случае длительность паузы строго ограничена длительностью переходногопериода увеличения напряжения сварки от Онк до Опк (синхронного с 10 уменьшением скорости подачи плавящегося электрода). Здесь скоростьподачи плавящегося электрода может быть уменьшена до нуля. Во втором варианте длительность горения стационарной дуги больше нуля - ее значение поддерживают в зависимости оттехнологических целей. В обоих вариантахдугу не прерывают,На фиг.1 показаны знацения свароцного тока и напряжения в соответствии с положением вольт-амперных характеристик ВАХ истацника тока и вольт-амперных характеоистик Ч- сварочной головки на различных промежуточных этапах перехода от импульса к паузе при сварке по известному изобретению; на фиг,2 - то же при сварке по предлагаемому изобретению; на фиг,З -циклограммы скорости подачи плавящегося электрода Че, напряжения сварки О и сварочнаго тока 1 при сварке по известному изобретению; на фиг.4- та же прй сварке по предлагаемому изобретению,Как следует из фиг.1, при сварке по известному изобретению параметры в импульсе соответствуют точке Аи с координатами: Ь и Он, В этой точке пересекаются кривые вальт-амперной характеристики источника питания ВАХ и вольт-ампернай характеристики сварочной головки Чен, Это означает, что параметры. режима сварки В импульсе 1 и и Он достигаются благодаря установлению скорости подачи плавящегося электрода (соответствующая вольт-амперная характеристика сварочной головки обозначена тем же символом) и напряжения холостого хода источника питания Оххи, которому соответствует вольт-амперная характеристика источникапитания ВАХ и(в данном случае:она принятапологопадающей, что определяется элект рической схемой источника. Возможны и другие вальт-амперные характеристики источника). После того, как наступил сигнал перехода к паузе; скорость подачи электрода уменьшается, что на схеме 1 отражено 55рядам кривйх вольт-амперных характеристик саарочной головки Че 1, Чег и т.д. до ЧекКаждому значению последовательно уменьшаемой скорости подачи плавящегося алектрода соответствует последовательно жеувеличиваемое напряжение сварки О 1, Ог и т.д, до Оп, Оп может быть равно Оео (отмечено на фиг.1 пунктирной линией) или составлять 0,9 Ое При сварке по известному изобретению скорость подачи плавящегося электрода может быть уменьшена ниже Че вплоть до нуля и.поддерживаться равной нулю до тех пор, пока не произойдет обрыв дуги при напряжении Оео В дальнейшем пауза может продолжаться в течение (0,033- 0,9) гф . Напряжение холостого хода источника питания при переходе от импульса к паузе последовательно увеличивается от Оххи через значения Охх 1, Охх 2 да значения Оххп, соответствующего Ое 0. Повторное . возбуждение дуги при сварке по известному изобретению в случае использования в качестве защитной среды сварочного флюса не представляет труда и происходит, как описано выше,Согласно предлагаемому способу (фиг.2) в импульсе дуга горит на режиме: ток .1 и (при скорости подачи электрода Чен) и напряжениеОи, что обеспечивается напряжением холостого хода источника Оххи. Режиму в импульсе соответствует. точка Аи пересецения кривых вольт-амперных характеристик сварочной головки Че и источника питания Оххи, Здесь и на последующих этапах перехода к режиму в паузе динамикапроцесса такая же, как и при сварке по известному изобретению скорость подачи электрода последовательно уменьшается через значения Че 1, Че 2,Чек а напряжение сварки соответственно увеличивается; О 1, О 2 О путем увеличения напряжения холостого хода источника питания. Отличие. предлагаемого способа сварки от известного имеет место на стадии окончания перехода от режима импульса к режиму паузы; переходный процесс заканчивается в тат момент, когда напряжение сварки О становится равным 0,8 Ое 0 или меньше этого значения - в зависимости от выбранного предварительно предельного значения напряжения сварки в паузе Оп, По сути, при сварке по первому варианту предлагаемого способа .пауза сокращается до длительности переходного периода повышения напряжения от Оик до Опк и в отличие от прототипа здесь отсутствует период, когда дуга обрывается и шлак охлаждается до температуры, соответствующей интервалу охлаждения шлака -(0,033-0,9) г,ф. Поскольку при сварке по предлагаемому способу обрыв дуги исключен, процесс сварки в паузе существует в интервале 0 (т( 0,033 вакф При сварке по второму варианту предлагаемого способа длительность паузы превыша 17975395 10 20 25 ет длительность переходного периода и мо- .жет продолжаться столько, сколько требуется по технологии (как правило; додостижения заданной ширины шва), однакои в этом случае процесс существует во временном интервале 0 гп0,033 гф, В. отличие от известного изобретения оба варианта предлагаемого способа сварки недопускают обрыва дуги.На фиг,З показана циклограмма параметров режима при сварке по известномуизобретению, когда дугу обрывают, а длительность паузы тп устанавливают большедлительности переходного периодагпер повышения напряжения от Ои до Оп,Принят случай, когда Оп = Оео. В момент т 1подается сигнал на увеличение скоростиподачи че плавящегося электрода и умень-.. шение напряжения сварки О, че увеличива. ется (фиг.За) от нуля до чеи (в момент 12), анапряжение сварки уменьшается к этомумоменту от Оп до Ои (фиг.Зв). В моменткасания концом электрода слоя шлака возникает сварочный ток, который лавинообразно возрастает; а в момент возбуждениядуги возникает импульс тока амплитудой 0(фиг.Зс). После выравнивания скоростейподачи и плавления электрода протекает. стационарный процесс сварки с параметрами Оик и 1 н Нэ кривой тока (фиГ.Зс) этомупроцессу соответствует пилообразная кривая, средняя линия которой параллельнаоси г . В момент (з подается сигнал науменьшение скорости подачи плавящегосяэлектрода и увеличение напряжения сваркиО. Скорость подачи электрода уменьшаетсяот чен до нуля (момент 14), а напряжениесварки увеличивается до Оп, которое в дан. ном,случае равно Оео В момент обрыва дугинапряжение между электродом и изделиемстановится равным напряжению холостогохода источника Охи, а сварочный ток - ну-.лю. По истечении заданного периода паузыв момент 15 подается сигнал на увеличение: скорости подачи плавящегося электрода иуменьшение напряжения сварки. Цикл модуляции параметров режима сварки повто.ряется,Для случая сварки модулированным током по известному изобретению в защитных газах кривые тока на фиг,Зс показаныпунктирными линиями, При этом алгоритммодуляции сохранен как для сварки подфлюсом. В этом случае процесс горения ду. ги нестабилен. После замыкания электродана иэделие возникает импульс тока большой амплитуды А, в результате чего электрод может расплавиться взрывообразно,как плавнйй предохранитель. После этогоследует повторный импульс тока В и короткий период горения дуги с последующим естественным обрывом,Циклограмма параметров режима предлагаемого способа отражает фиг,4. Здесь в момент т 1 поступает сигнал на увеличение в импульсе скорости подачи плавящегося электрода и уменьшение напряжения сварки. Поскольку в паузе дуга горит(на режиме: напряжение Оп, ток 1 п), возбуждения дуги не требуется, За период между моментами т 1 и 12 происходит увеличение скорости подачи плавящегося электрода от чеп до чем и уменьшение напряжения сварки от Оп до Ои (фиг.4 в). Сварочный ток при этом возрастает от 1 и до 1 и (фиг.4 с) - . в соответствии с увеличением скорости подачи электрода Между моментами 12 и 13 происходит стационарное горение дуги на режиме: Длительность импульса х, поддерживается в зависимости от технологических целей: например, если требуется увеличить глубину провара, тп повышается, если необходимо увеличить ширину шва при малой глубине провара - ти снижается. В момент тз подается сигнал на снижение скорости подачи электрода и увеличение напряжения сварки. Этот процесс происходит в промежуток времени тьер между моментами тз и ц 4, На фиг.4 приведен случай, когда в паузе скорость подачи электрода уменьшают до нуля(это происходит в момент И). До момента ц электрод неподвижен (фиг.4 а),:но дуга продолжает гореть, при этом напряжение сварки увеличивается от Оп до Оп0,80 ео.В момент 15, когда напряжение сварки становится равным установленному напряжению Оп, подают сигнал на включение подачи электрода и уменьшение напряжения сварки. Если будет допущено увеличение напряжения сварки более установленного Оп - до Оео (пунктирная линия на фиг.4 в), то может произойти обрыв дуги (фиг.4 с - ток уменьшается донуля). В этом случае повторное возбуждение дуги 45 затруднено: возникают импульсы тока амплитудой А, В (пунктирные кривые на фиг. 4 с), сопровождаемые взрывом плавящегося электрода как плавкого проводника. Следовательно, для устойчивости процесса необ-.50 ходимо соблюдать условие Ол0.8 ОеоСварку по второму варианту осуществляют следующим образом: устанавливается скорость подачи электрода чсдп, адекватная НаПРЯЖЕНИЮ СВЭРКИ Оп, ПРИ Этом Чеп Можвт 55 быть многократно меньше чеи,Для осуществления предлагаемого способа сварки по первому варианту в электрическую схему сварочного аппарата необходимо включить зэдатчик Оп, датчик1797539 30 Таблица 1 сварочного напряжения, компаратор и усилитель. Способ сварки по второму варианту можно осуществлять на сварочном аппарате, подготовленном для сварки по основному изобретению.П р и м е, р 1. Выполняли сварку стыковых швов в углекислом газе по второму варианту предлагаемого способа сварки. Сваривали металлические пластины из стали СтЗСп толщиной 6 мм, зазор между свариваемыми кромками составлял 2 мм. Применяли сварочный полуавтомат АУ в комплекте с блоком модуляции конструкции ИЭС им, Е.О.Патона (макет), источник сварочйого тока - выпрямитель ВДУ. Использовали сварочную проволоку Св 08 Г 2 С диаметром 1,2 мм. Режим сварки представлен в табл.3.Экспериментально установлено, что напряжение естественного обрыва в паузе равно 42 В. Режим 1 выполнен по известному изобретению, здесь Опк .0,9 Оео При таком повышенном напряжении в паузе (38 В) качество шва ухудшилось из-за повышенного разбрызгивания, пористости (вследствие ослабления защиты металлической ванны от воздуха) и нескольких обрывов дуги, происходивших в результате случайных Формула изобретения Способ дуговой механизированной сварки модулированным током с уменьшением сварочного напряжения в паузе, о тл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения устойчивости процесса и улучшения формирования шва при сварке в защитных азах, напряжение сварки повышают от Оик до Опк0 8 Оео где Оик - напряжение в отклонений дуга сварки (увеличивалась длина дуги).При сварке по режиму 2 процесс горения дуги протекал устойчиво, поры отсутст 5 вуют,Поскольку в паузе дугу не прерывали,слой шлака на поверхность валика в паузе не образовался, поэтому длительностьможет быть принята бесконечно боль 10 шой, поэтому справедливо неравенствоО т0,033 %ф,П р и м е р 2 Приводится расчетныйрежим сварки предлагаемым способом попервому варианту см. табл.2).15: От режима 2, принятого в примере 1,расчетный режим отличается тем, что дли. тельность паузы равна длительности переходного периода между импульсом ипаузой, стационарного дугового процесса в20 паузе нет, Этот вариант несколько производительнее второго варианта.Поскольку в паузе дуга не прерывалась,слой шлака на поверхности шва не образовался, поэтому длительность паузы физиче 25 ски не может быть равна какой-либо доли%ф. Отсюда следует, что и в первом варианте предлагаемого способа сварки неравенство 0 т 0,033 тф верно..конце импульса, Опк - напряжение в конце . паузы, Оео - напряжение естественного обрыва дуги при неподвижном плавящемся электроде, при этом длительность паузы поддерживают в пределах 0 т 0,033 %,ф, где хл, - длительность паузы, %,ф - . длительность охлаждения слоя шлака на поверхности валика шва до температуры, при которой шлак теряет электропроводимость.1797539 едактор С,Кулакова . каз 661 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 а/ /е оставитель В,Сид ехред М,Моргента ук Корректор И,Шулл