Способ стыковой сварки непрерывным оплавлением

 

О П И С А Н И Е (ii)737I56

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.11.76 (21) 2421490/25-27 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51) M. Кл.з

В 23 К 11/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 30.05.80. Бюллетень № 20 (53) УДК 621.791.762 (088.8) (45) Дата опубликования описания 30.05,80

В. С. Лифшиц (72) Автор изобретения (71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (54) СПОСОБ СТЫКОВОЙ СВАРКИ НЕПРЕРЫВНЫМ

ОПЛАВЛЕНИЕМ

Изобретение относится к области сварочного производства, а именно к стыковой сварке изделий непрерывным сплавлением.

Оно может быть использовано для сварки труб. 5

Известен способ стыковой электроконтактной сварки изделий непрерывным оплавлением, при котором перед началом сварки осуществляют зажатие свариваемых изделий в зажимах машины, подводят к из- 10 делиям переменный сварочный ток, осуществляют непрерывное сближение свариваемых изделий, находящихся под током, навстречу друг другу с переменной скоростью, В результате процесса оплавления произво- 15 дят нагрев свариваемых изделий, а затем осуществляют их пластическую деформацию в процессе осадки (1).

Известен способ стыковой сварки непрерывным оплавлением, в котором с помощью 20 токоподводов к свариваемым изделиям подводят постоянный ток, а далее проводят те же операции, как у оппсанного способа сварки (2).

Известно, что для обеспечения устойчивости процесса оплавления, особенно в его начале, при сварке изделий с большим поперечным сечением стремятся, при прочих равных условиях, уменьшить сопротивление сварочной цепи машины при коротком замыкании (импеданс). Для этой цели в процессе оплавления используют низкую (до

5 Гц) частоту тока, питающего сварочный трансформатор, которая не меняется в течение всего процесса сварки.

Однако, для повышения тепловой эффективности процесса оплавления в ряде случаев, при сварке изделий с небольшим поперечным сечением, используют повышенную частоту тока, питающего сварочный трансформатор, не изменяемую в процессе оплавления (3).

К недостаткам способа сварки, когда к свариваемым изделиям подводят переменный синусоидальный ток с постоянной частотой в процессе оплавления, относится низкая эффективность использования источника электроэнергии из-за низкого эффективного значения тока и высокого значения импеданса сварочной машины. Снижение частоты тока, питающего сварочный трансформатор, приводит к уменьшению импеданса сварочной цепи машины и повышению устойчивости процесса оплавления.

Однако в этом случае резко снижается тепловая эффективность процесса оплавления, приводящая к увеличению длительности процесса сварки и большому расходу свариваемых изделий на оплавление и осадку.

Увеличение частоты тока, питающего сва737156

Зо

65 рочный трансформатор, препятствует обеспечению устойчивого процесса оплавления, особенно в начале процесса сварки, хотя в этом случае повышается его тепловая эффективность. В этих условиях представляется целесообразным использовать постоянный ток. Однако, кажущаяся простота рсшспия наталкивается на серьезные препятствия при сварке изделий большего сечсния, связанные с необходимостью создания источников постоянного тока на сотни тысяч ампер при низких значениях напряжения (о — 9 В), способных выдержать короткое замыкание в процессе осадки. Помимо этого, в сварочных машинах должны быть созданы устройства, способныс произвести отключение указанных токов за тысячные доли секунды после подачи команды. Всс это не позволило до настоящего времени использовать постоянный ток при стыковой сварке оплавлением изделий больших сечений. Попытки выпрямить сварочный ток во вторичном контуре сварочного трансформатора также не могут привести к успеху, поскольку это не только не приводит к уменшению импеданса машины при стыковсй сварке оплавленисм, а наоборот повышает его.

Целью изобретения является повышение эффективности использования установленной мощности электростанции, питающей сварочную машину, путем повышения тепловой эффективности процесса сварки.

Это достигается тем, что в способе стыковой сварки оплавлением, включающем зажатие свариваемых изделий в зажимах машины без их контакта между собой, подвод к свариваемым изделиям токоподводов вторичной обмотки сварочного трансформатора, подключение первичной обмотки сварочного трансформатора к источнику переменного тока, непрерывное сближение сзариваемых изделий, находящихся под током, навстречу друг другу с переменной скоростью в процессе оплавления и их пластическую деформацию в процессе осадки, нагрев при оплавления и осадку под током производят с использованием переменного прямоугольного тока, при этом в процессе оплавления меняют частоту тока.

Наибольшую эффективность от использования указанного источника тока можно достигнуть в том случае, если частоту тока непрерывно увеличивать по мере приближения к процессу осадки. При этом максимальное значение частоты тока соответствует моменту начала осадки.

В зависимости от метода регулирования процесса сварки по жесткой программе или по алгоритму с обратными связями, могут использоваться различные методы регулирования частоты переменного прямоугольного тока, 4

При регулировании мгновенной скорости оплавления по времени или величине оплавления целесообразно частоту тока менять в зависимости от этих величин. С увеличением времени илп величины оплавления частоту тока целесообразно увеличивать.

При регулировании процесса оплавления по тепловому состояншо свариваемых изделий перед осадкой частоту тока, питающего сварочный трансформатор, целесообразно увеличивать по мере повышения температуры торцов свариваемых изделий. В этом случае по мере нагрева сварнваемых изделий в процессе оплавления растет электросопротивление «искрового промежутка», приводящее к снижению общей величины потребляемой мощности, поэтому повышение частоты тока, питающего сварочный трансформатор, по мере приближения к процессу осадки позволяет повысить тепловую эффективность процесса оплавления за счет повышения мощности плоского подвижного источника нагрева.

В предлагаемом способе стыковой сварки непрерывным оплавлением перед началом. сварки осуществляют зажатие свариваемых изделий в зажимах сварочной машины. При этом свариваемые изделия в зажимах машины устанавливают таким образом, чтобы между ними был минимальный зазор, После этого к свариваемым изделиям с помощью специальных прижимов подводят токоподводы вторичной обмотки сварочного трансформатора. Затем устанавливают на сварочной машине режим сварки, включающий установку ступени сварочного трансформатора (вторичное напряжение холостого хода), программу оплавления и осадки (программный кулачок или алгоритм процесса сварки), а также программу изменения частоты тока, питающего сварочный трансформатор, в процессе оплавления. Помимо этого устанавливают давление в гидросистеме механизма зажатня свариваемых изделий и механизма перемещения свариваемых изделий в процессе оплавления и осадки. После этого производят с помощью релейной системы подключение первичной обмотки сварочного трансформатора к источнику переменного прямоугольного тока.

Затем включают привод перемещения свариваемых изделий навстречу друг другу, тем самым начинают процесс сварки. В ходе процесса оплавления с помощью автоматических устройств изменяют частоту переменного прямоугольного тока, питающего сварочный трансформатор. При этом, если процесс оплавления ведется по жесткой программе, при которой мгновенная скорость оплавления меняется в зависимости от времени или величины оплавления, то частоту тока увеличивают по мере увеличения времени или величины оплавления.

Например, возможно использовать зависимость частоты f тока от величины 1„„или

737156 или

60 оплавле65

5 времени t оплавления в соответствии с формулами

f à, +к,1»„, f а, +ю t», где а, а, .кь к и h — коэффициенты, зависящие от характеристик сварочной машины, материала изделий и свариваемого сечения.

При регулировании процесса сварки в зависимости от теплового состояния свариваемых изделий, частоту переменного прямоугольного тока увеличивают по мере роста температуры Т„торцов свариваемых изделий, например, в соответствпи с формулой

f —.. а,+к,Т", где аз, кз и h — коэффициенты, зависящие от характеристик сварочной машины, материала изделий и их сечения.

При достижении на торцах свариваемых изделий заданной температуры Т или при сварке по жесткой программе заданной величины оплавления автоматическое устройство подает команду на осадку. Осадку свариваемых изделий производят под током силами, направленными перпендикулярно к плоскости стыка. Сварочный ток в процессе осадки выключают через определенное время (от 0,1 до 0,2 сек.) до окончания процесса осадки. Осадку свариваемых изделий производят на заданную величину при жесткой программе регулирования процесса сварки или на величину, равную расстоянию между сечениями с заданной температурой границы стыка при регулировании процесса сварки по тепловому состоянию.

На этом процесс сварки заканчивается.

Сваренные изделия освобождают из зажимов машины и токоподводов вторичной обмотки сварочного трансформатора, механизм перемещения свариваемых изделий возвращают в исходное состояние.

Производилась сварка труб диаметром

219Х7 мм из ст. 3 по ГОСТ 380 — 72, при этом величина оплавления 4пл.= 19 мм, время оплавления 4 . — — 65 с, закон перемещения подвижной станины описывается формулой 4 „ . — g Р, напряжение источниника переменного прямоугольного тока равно 6 В, начальная частота переменного прямоугольного тока f,,.,=25 Гц, частота прямоугольного переменного тока в момент начала осадки fH«.— — 80 Гц и закон изменения частоты переменного прямоугольного тока при регулировании ее. а) в зависимости от величины оплавления описывается формулой: .((сопл ) — fнач + К1 где К вычисляют при t„„.„=19 мм;

f»„— 25 Гц. f«», — — 80 Гц; б) в зависимости от времени ния—

6

У(оп») — 1нач + акоп@. где 2 вычисляют при oaa.— = 65 с, (на;,=

25 Гц и /кон.=80 Гц; в) в зависимости от температуры оплавляемых торцов—

У(т,) =У„„+,7,, где Кз вычисляют при T„=1520

/науч.=25 Гц и. /кон.=80 Гц.

Проведенные исследования показали, что использование для стыковой сварки непрерывным оплавлением данного способа сварки позволяет на 25% сократить время сварки, на 17% уменьшить расход свариваемых изделий на оплавление и осадку, а также снизить, при прочих равных условиях, установленную мощность сварочной машины и источника ее питания íà 32%.

Формула изобретения

1. Способ стыковой сварки изделий непрерывным оплавлением, при котором свариваемые изделия крепят в зажимах машины, подводят к изделиям переменный сварочный ток, осуществляют непрерывное сближение свариваемых изделий под током навстречу друг другу с переменной скоростью в процессе оплавления, нагрев свариваемых изделий в процессе оплавления и их пластическую деформацию в процессе осадки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса сварки, нагрев изделий при оплавлении и осадку под током производят с использованием переменного прямоугольного тока, при этом в процессе оплавления меняют частоту тока.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту тока изменяют в процессе оплавления в зависимости от величины оплавления.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту тока изменяют в процессе оплавления в зависимости от времени оплавления.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту тока изменяют в процессе оплавления в зависимости от температуры оплавляемых торцов свариваемых изделий.

5. Способ по пп. 1 — 4, отл ич а ю щ и йс я тем, что частоту тока непрерывно увеличивают по мере приближения к процессу осадки, при этом ее максимальное значение соответствует моменту начала осадки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 202376, В 23К 11/04, 1965 (прототип).

2. Авторское свидетельство СССР № 354955, B 23К 11/04, 1971.

3. Лифшиц В. С. и Лптвинчук М. Д.

Прессовые методы сварки магистральных и промышленных трубопроводов, «Недра», 1970, с. 63 — 64,