Способ дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка

 

Изобретение относится к сварке и может быть использовано при дуговой сварке плавящимся электродом металлов и их сплавов. Цель изобретения -повьпиение качества сварки путем прогнозирования нарушения стабильности. процесса. Сварка ведется с короткими замыканиями дугового промежутка с автоматическим управлением периодом коротких замыканий и подачей управляющих импульсов по сигналу обратной связи. Для осуществления обратной связи используют величину суммы произведений отклонений тока дуги от своего текущего среднего значения с момента предыдущего короткого замьгкания дугового промежутка на соответствующие отклонения напряжения дуги, но имевшие место раньше. При превышении указанной суммой установленного порогового значения подается сигнал на подачу регулирующего воздейст- ВИЯ. Колебания тока и напряжения возникают в начальной стадии действия нарушения, т.е. в то время, когда еще можно вернуть процесс к стабильному состоянию. 3 ил. е (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (504 В23К9 6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР (21) 4282861/31-27 (22) 25.05.87 (46) 23.02.89. Бюл. N 7 (71) Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (72) Э.А.Гумеров, В.Н,Тефанов, Е.И.Вашкевич, P.Н.Киямов и И.В.Михайлов (53) 621.791.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 552757, кл, В 23 К 9/10, 1974. (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ,ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ С КОРОТКИМИ ЗАМЫКАНИЯМИ ДУГОВОГО ПРОМЕЖУТКА (57) Изобретение относится к сварке и может быть использовано при дуговой сварке плавящимся электродом металлов и их сплавов. Цель изобретения — повышение качества сварки путем прогнозирования нарушения стабильности.

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано при дуговой сварке плавящимся электродом металлов и их сплавов.

Цель изобретения — повышение качества регулирования периода коротких замыканий дугового промежутка каплей расплавленного материала электрода, стабилизация величины указанного периода на оптимальном уровне с повышением тем самым устойчивости процесса сварки и качества получаемого сварного соединения.

На фиг. 1 показана типичная зависимость тока и напряжения дуги от времени; на фиг. 2 — зависимость сиг„„SU„„) 459851 А1 процесса. Сварка ведется с короткими замыканиями дугового промежутка с автоматическим управлением периодом коротких замыканий и подачей управляющих импульсов по сигналу обратной связи. Для осуществления обратной связи используют величину суммы произведений отклонений тока дуги от своего текущего среднего значения с момента предыдущего короткого замыкания дугового промежутка на соответствующие отклонения напряжения дуги, но имевшие место раньше. При превышении укаэанной суммой установленного порогового значения подается сигнал на подачу регулирующего воздействия, Колебания тока и напряжения возникают в начальной стадии действия нарушения, т.е. в то время, когда еще можно вернуть процесс к стабильному состоянию. 3 ил. нала обратной связи от величины запаздывания при стабильном ходе процесса; на фиг. 3 — то же, при нестабильном ходе процесса.

В качестве сигнала обратной связи используют значение суммы произведений отклонений тока дуги от своего среднего текущего значения в период между короткими замыканиями дугового промежутка на такие же отклонения напряжения дуги, но имевшие место ранее, причем время запаздывания для отклонения напряжения дуги изменяют в интервале между половиной минимального периода коротких замыканий для

3 145985 данного режима и целым значением этого периода.

При стабильном ходе процесса период между короткими замыканиями ста5 билизируется и принимает значение, близкое к минимальному.

При возникновении нестабильности процесса сварки необходима подача управляющего импульса тока. Важным яв- 10 ляется автоматический выбор оптимального момента подачи управляющего импульса. 7правляющий импульс должен быть подан до того, как нарушения, вызвавшие нестабильность, успеют

yàýâèòüñÿ, Преждевременная подача импульса до формирования капли на конце плавящегося электрода приводит к дальнейшей дестабилизации процесса.

Предварительный анализ осцилло- 2О грамм тока и напряжения дуги не выявил характерных признаков в их колебаниях, Go которым можно было бы судить об оптимальном моменте подачи управляющего импульса. Поэтому прак- 26 тйческое значение приобретает поиск сигнала, содержащего информацию об оптимальном моменте для автоматической подачи управляющего импульса.

Численный анализ экспериментальных данных на ЗВМ позволили выделить информацию о гидродинамическом состо. янии капли на конце плавящегося электрода. Гидродинамические колебания

Поверхности капли, обращенной к дуге, 35 вызывают взаимосвязанные колебания тока и напряжения дуги, и именно эти колебания вносят основной вклад в величину суммы произведений отклонений тока дуги на отклонения напряжения дуги, имевшие место ранее (но не раньше времени предыдущего замыкания дугового промежутка).

Взаимосвязанные колебания тока и 4> напряжения возникают уже в начальной стадии действия нарушения, т.е., в то время, когда еще можно вернуть процесс к стабильному состоянию.

Численный анализ сигналов тока и 6О напряжения дуги показал, что при стабильном течении процесса сварки суммы произведений отклонений. тока дуги на отклонения напряжения дуги имеют отрицательное значение при малых эапаз- 5 дываниях напряжения относительно те« кущего значения тока, а при увеличении запаздывания значения указанных сумм переходят через нуль, но уровень

1 4 их положительных значений остается низким.

При нарушениях стабильного процесса сварки наблюдаются более высокие по абсолютному значению отрицательные суммы произведений отклонений тока и напряжения дуги, так как наблюдается переход через нуль с увеличением запаздывания напряжения относительно текущего значения тока, но наблюдается существенное повышение уровня положительных. значений указанных сумм (в зависимости от величины запаздывания в 5-20 раэ}.

Этот фактор обусловлен взаимосвязанными колебаниями тока и напряжения дуги при воздействии нарушений.

Существование повышенных уровней сумм произведений отклонений тока и напряжения дуги при определенных зас паздываниях напряжения относительно текущего значения тока дуги можно использовать для автоматического определения момента приложения регулирующего воздействия, а именно: нри пре вышении указанной суммой установленного порогового уровня, большего, чем уровень при стабильном протекании процесса, подавать сигнал обратной связи на реализацию управляющего воздействия.

Таким образом, численный анализ экспериментально полученных осциллограмм тока и напряжения дуги при сварке плавящимся электродом доказывает возможность автоматического определения момента приложения регулирующего воздействия при автоматическом управлении периодом коротких замыканий.

Пример. Производилась ручная электродуговая сварка встык конструкции иэ стали АК 29 низколегированными электродами с карбонатно-флюоритовым покрытием марки 48Н-13 с диаметром стержня 4 мм. Сварка производилась на постоянном токе прямой полярности.

В качестве источника питания использовался быстродействующий инверторный источник питания ППЧ-18-315.

Частота инвертирования 18 кГц, номинальный ток источника питания 315 А, время отработки сигнала обратной связи 0,001 с. Для выработки сигнала обратной связи использован программируемый электронный контроллер марки МС

2702. Сигналы, пропорциональные току и напряжению дуги, после преобраэова1459851 ния в цифровую форму подавались.на гальванически развязанные входы контроллера. Микропроцессор контроллера выполнен на большой интегральной схе5 ме КР580ИК80А. Для выработки сигнала обратной связи в реальном масштабе времени использовали следующие подпрограммы библиотеки контроллера:

ADNUM — подпрограмма сложения чисел с плавающей запятой с учетом их знака, MUNUN — подпрограмма умножения чисел с плавающей запятой, SUNUM — . подпрограмма деления чисел с плавающей запятой. l5

Поступающие на вход контроллера значения сигналов тока и напряжения дуги через каждые 0,02 с участвовали в выработке сигнала обратной.связи, а именно: производилось уточнение те- 2р кущего среднего значения сигнала (за время прошедшее с начала периода) с учетом вновь поступившей величины; определялось отклонение вновь поступившей величины от текущего среднего 25 значения; определялось произведение

I отклонения от текущего среднего значения тока дуги на отклонение напря.— жения от своего текущего среднего, имевших место соответственно 0 02; gp

0 04 0,06 с назад, и т.д. (максимальная величина запаздывания для отклонений напряжения дуги О, 12 с); осуществлялось сложение полученных произведений с суммами произведений, определенными до текущего момента времени (для каждой величины запаздывания - своя отдельная сумма); производилось сравнение величины каждой суммы. с величиной порогового уровня 40 (в цифровом виде); если хотя бы одна из непрерывно определяемых сумм превьппала пороговый уровень, то выдавался сигнал обратной связи через цифроаналоговый преобразователь в 4> блок управления источника питания и за счет воздействия управляющего импульса тока осуществлялся принудительный переход капли расплавленного материала электрода через дуговой промежуток.

После короткого замыкания (естественного или принудительного) программными средствами но все ячейки памяти, где накапливаются суммы произведений, засылается нуль и процесс выработки сигнала обратной связи повторяется.

На фиг. 1 обозначены: графики тока 1 и напряжения 2 дуги; величина запаздывания, которая изменяется в интервале О, 5 Т„„,„-T „„, Где T ù„,„, минимальньп период между короткими замыканиями для данного режима. В нашем случае T „„ = 0,12 с.

Среднее значение тока дуги 125 А, напряжение дуги 20 В.

На фиг. 2 обозначены: сигнал 3 обратной связи при стабильном ходе процесса и уровень 4 опорного сигнала.

При стабильном ходе процесса снарки максимальный уровень сигнала обратной связи не превьппает уровня опорного сигнала за все время периода между короткими замыканиями дугового промежутка. В этом случае вмешательства в процесс сварки не происходит, а после перехода капли расплавленного материала электрода через дуговой промежуток сигнал обратной связи возвращается к нулевому уровню и начинается определение сигнала обратной связи для следующего периода.

На фиг. 3 обозначен . сигнал 5 обратной связи при возникновении нарушений, влияющих на ход процесса сварки. В этом случае сигнал 5 обратной связи превысил уровень 6 опорного сигнала и результатом сравнения этих сигналов был управляющий импульс тока, который осуществил принудительный переход капли расплавленного материала электрода через дуговой промежуток до того, как получили развитие возникшие нарушения процесса сварки.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить стабильность процесса сварки плавящимся электродом и качество сварного соединения.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором осуществляют автоматическое унравление периодом коротких замыканий с подачей управляющих импульсов по сигналу обратной связи, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью понишения качества путем прогнозирования возникающих нарушений стабильности процесса, н качестве сигнала обратной связи используют сумму произведений величин отклонений тока дуги

7 1459851

8 от текущего среднего значения с мо- чем время запаздывания лежит в интермента предыдущего короткого замыка- вале между половиной минимального пения дугового промежутка на соответ- риода коротких замыканий для данного ствукяцие величины отклонения напря5 режима и целым значением этого перижения дуги, имевшие место ранее, при- .ода.

Х4 ур

1459851

$2,c

Составитель Г.Тютченкова

Техред Л.Олийнык Корректор В.Бутяга

Редактор О.Юрковецкая

Тираж 892

Подписное

Заказ 396/12

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5