СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ


RU (11) 2098246 (13) C1

(51) 6 B23K9/095 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1997.12.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 93021781/02 
(22) Дата подачи заявки: 1993.04.26 
(45) Опубликовано: 1997.12.10 
(56) Аналоги изобретения: Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом.- М.: Машиностроение, 1974, с. 121. 
(71) Имя заявителя: Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии 
(72) Имя изобретателя: Букаров В.А.; Ермаков С.С.; Онисюк Г.В. 
(73) Имя патентообладателя: Научно-исследовательский и конструкторский институт монтажной технологии 

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ 

Изобретение относится к технологии получения соединения с использованием сварки плавящимся электродом и может найти применение в тех отраслях народного хозяйства, где используется указанный вид сварки. Сущность изобретения состоит в том, что в способе регулирования задают эталонные значения параметров режима для стадий каплеобразования и ее перехода. Корректируют в процессе сварки с учетом реального процесса законы изменения эталонных значений. После чего в процессе сварки в каждый момент времени фиксируют действующее значение параметра режима и по отклонению этого параметра от заданного значения регулируют процесс сварки. При этом в качестве параметра режима выбирают мгновенную мощность дуги. 6 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к технологии получения соединения с использованием сварки плавящимся электродом и может найти применение во всех отраслях хозяйства.

При сварке плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка основным недостатком процесса является разбрызгивание металла сварочной ванны и электрода, что приводит к нестабильному формированию шва.

Изобретение направлено на решение задачи повышения стабильности процесса сварки за счет учета и регулирования размера капли жидкого металла на электроде, что позволяет получить оптимальный объем капли, обеспечивающий стабильное горение дуги, отсутствие чрезмерного движения капли и благоприятное соприкосновение капли с ванной, уменьшающее разбрызгивание.

Известен способ сварки в углекислом газе пульсирующий дугой с оптимальным выбором наклона внешней характеристики источника питания, когда ток импульса обеспечивают при работе на жесткой характеристике, а ток паузы на крутопадающей (авт. св. СССР N 837665, кл. B 239/16).

Реализация способа при сварке с короткими замыканиями дугового промежутка не обеспечивает стабильности процесса из-за большого разбрызгивания на жесткой характеристике, что снижает качество сварки.

Известен способ дуговой сварки плавящимся электродом, при котором в период между короткими замыканиями регистрируют импульсы тока и напряжения дуги и при появлении не менее двух импульсов переходят с одной характеристики на другую и изменяют скорость подачи проволоки (авт. св. СССР N 1570159, кл. B 23 K 9/16).

Область оптимальных режимов сварки, при которых возможно выделение импульсов тока и напряжения дуги в период между короткими замыканиями, мала, поэтому при реализации способа не исключена возможность выхода из указанной области, что приведет к нестабильности процесса сварки, повышенному разбрызгиванию расплавленного металла электрода и ванны.

Наиболее близким способом того же назначения к предлагаемому способу по совокупности признаков является способ регулирования процесса дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором фиксируют разность между эталонным значением параметра режима и действующим значением на каждой стадии процесса сварки, а процесс регулируют одним из параметров режима (А. Г. Потапьевский. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. М. Машиностроение, 1974, с. 121).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа регулирования, принятого за прототип, относится то, что способ не обеспечивает достаточной стабильности процесса сварки, т. к. в процессе регулирования используется параметр время цикла короткого замыкания и не учитываются ряд других характеристик процесса, определяющих его стабильность, например размер капли, характер движения капли и взаимодействие ее с жидкой ванной расплавленного металла.

Сущность изобретения заключается в том, что способ регулирования процесса дуговой сварки плавящимся электродом позволяет учитывать изменяющийся в процессе сварки параметр режима и корректировать его в соответствии с эталонным значением, а выбор в качестве параметра режима мгновенной мощности дуги дает возможность учитывать объем капли и регулировать характер ее перехода и взаимодействия с ванной, что повышает стабильность горения дуги, а следовательно и качество соединения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе регулирования процесса дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором фиксируют разность между эталонным значением параметра режима и действующим значением на каждой стадии процесса сварки, а процесс регулируют одним из параметров режима перед сваркой, определяют законы изменения эталонного значения параметра режима для стадий каплеобразования и ее перехода и соответствующие им значения энергий, в момент зажигания дуги определяют величину параметра и по отклонению этого параметра от эталонного значения задают законы изменения параметра режима, соответствующие реальному процессу и обеспечивающие эталонные значения энергий для стадий каплеобразования и ее перехода, а в процессе сварки в каждый момент времени фиксируют действующее значение параметра режима для указанных стадий и по результатам его сравнения с соответствующим заданным законом изменения этого параметра регулируют процесс сварки, при этом в качестве параметра режима выбирают мгновенную мощность.

Учет в процессе сварки реального характера изменения параметра режима повышает точность регулирования процесса, стабильность горения дуги, что уменьшает разбрызгивание расплавленного металла электрода и ванны, а следовательно повышается качество сварного соединения.

На основании изложенного можно сделать вывод, что признаки, изложенные в формуле изобретения, являются существенными.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия изобретения требованию изобретательского уровня был проведен дополнительный анализ известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками изобретения, результаты которого показывают, что изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 3 представлены стадии процесса: горение дуги и каплеобразование, перехода капли в ванну и зажигание дуги, соответственно; на фиг. 4 диаграмма изменения мощности во времени; на фиг. 5 блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг. 6 циклограмма регулирования мощности.

Способ регулирования процесса дуговой сварки плавящимся электродом осуществляют следующим образом. При горении дуги 1 между электродом 2 и ванной 3 происходит образование капли 4. По мере горения дуги 1 растет высота жидкой прослойки между дугой 1 и электродом 2 (фиг. 1). Как известно, жидкая прослойка в меньшей степени, чем твердый металл, проводит тепло и является своего рода теплоизолятором. В результате чего скорость плавления Vпл электрода 2 уменьшается. При этом снижается мощность дуги Pд (фиг. 4). Исследованиями с помощью скоростной киносъемки и синхронного осциллографирования параметров режима (I, U) было установлено, что Vпл изменяется от 1000 м/ч до 5 10 м/ч. Методами математической статистики с применением ПЭВМ были обработаны результаты экспериментов и найден закон изменения P f(t). В частности, он оказался близок к функции P Pздeat, где P мгновенная мощность дуги; Pзд мощность при зажигании дуги; a коэффициент пропорциональности, учитывающий теплофизические свойства электрода, его диаметр, длину дуги и т.д.

Таким образом, определяют закон изменения P на стадии каплеобразования. С помощью блока 5 (фиг. 5) устанавливают этот закон в качестве эталонного значения (кривая 6 на фиг. 4). Причем энергия, соответствующая кривой 6 и времени горения дуги tд, выбрана из условия оптимального объема капли, при котором наблюдается стабильное горение дуги, отсутствие чрезмерного движения капли и благоприятного соприкосновения капли 4 с ванной 3. При таком объеме капли 4 нет ее отбросов от ванны 3, сливание капли с ванной протекает спокойно. При сбросе капли на электроде 2 остается небольшое количество жидкого металла, которое в свою очередь будет влиять на мощность при зажигании дуги Pзд. Как было замечено, чем больше остаток капли на электроде, тем меньше мощность при зажигании дуги.

В результате чего в реальной обстановке кривые 7, 8 будут эквидисцентны эталонной кривой 6 и зависеть от Pзд. Поэтому в момент зажигания дуги определяют величину параметра режима и по отклонению этого параметра (в частности Pзд на фиг. 4) от эталонного значения Pзд (фиг. 4) задают законы изменения параметра режима (кривые 7, 8 на фиг. 4), соответствующие реальному процессу и обеспечивающие эталонные значения энергий для стадии каплеобразования. Затем в каждый момент времени фиксируют действующее значение параметра режима P397 (кривая 9 на фиг. 4) и сравнивают в блоке 10 (фиг. 5) с эталонным P397 (фиг. 4). По результатам его сравнения с соответствующим заданным законом изменения этого параметра (кривая 7) с помощью блока 11 (фиг. 5) регулируют процесс сварки. При этом в качестве параметра режима выбирают мгновенную мощность дуги. Для того, чтобы обеспечить объем капли 4, одинаковый с эталонным (кривая 6), необходимо контролировать время горения дуги tд и соответственно накапливаемую в капле энергию. При достижении энергии, равной эталонной, расплавление электрода 2 прекращают. В частности, по истечении времени tд капля 4 приобретает заданный объем. На стадии перехода устанавливают эталонный закон изменения мощности (кривая 13 фиг. 4), который соответствует идеальным условиям перехода. В реальных условиях после касания каплей 4 ванны, которое протекает при мощности касания Pкас (фиг. 4), задают в блоке 5 (фиг. 5) закон изменения перехода капли 4 в ванну 3 (кривая 14 на фиг. 4). Предварительно закон изменения Pпер f(t) был определен с помощью скоростной киносъемки синхронного осциллографирования I, U и обработки данных на ПЭВМ. В частности, он близок был к функции Pпер Pкасebt, где Pпер эталонная мгновенная мощность при переходе капли в ванну; Pкас мощность при касании капли; b коэффициент, зависящий от теплофизических свойств жидкого металла, диаметра соприкосновения капли с ванной и т.д.

Далее процесс на стации перехода капли 4 в ванну 3 регулируют аналогично, т.е. регистрируют в каждый момент времени действующее значение Pпер, сравнивают с Pпер 14 и с помощью блока 11 (фиг. 5) регулируют процесс сварки.

Предлагаемый способ используется при управлении процессом сварки. В частности, обеспечивая заданный неизменный объем капли 4 за счет накопления энергии, можно задавать время tкапл (фиг. 6) и осуществлять перед касанием уменьшение мощности P для избежания отброса капли и взрывообразного испарения металла. При переходе капли в ванну задавать время перехода tпер и снижать мощность перед разрывом перемычки и зажиганием дуги. Такие операции в сочетании с более точным значением времен для управления (t1 и t2 уменьшаются) позволяют уменьшить разбрызгивание металла, повышают стабильность процесса и качество сварки.

Пример. Способ осуществляли при наплавке проволокой СВ-08 Г 2 С в среде углекислого газа на пластинах из стали Ст. 3 от источника питания ВДУ-504 УЗ с дополнительным блоком управления, включающим в себя датчик коротких замыканий, датчик тока и специально разработанную аналоговую схему.

Сварку вели на исходном режиме Vэ 150 м/ч, dэ 1,2 мм, Uxx= 225 В.

В конечном итоге был установлен режим, который по контрольным приборам регистрировал ток Iсв 180 190 А, Uсв 218 В, при этом на осциллограмме было зарегистрировано длительность горения дуги tд 0,0136 с и tкз 0,0084 с при стабильности времени одного цикла (каплеобразование + каплепереход) 1-1,5

На основании изложенного можно сделать вывод о соответствии предлагаемого способа регулирования критерию изобретения "промышленная применимость". 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ регулирования процесса дуговой сварки плавящимся электродом с коротким замыканием дугового промежутка, при котором в качестве регулирующего параметра режима выбирают мгновенную мощность дуги, отличающийся тем, что перед сваркой определяют законы изменения эталонного значения мгновенной мощности дуги для стадии каплеобразования и ее перехода и соответствующие им значения энергий, в момент зажигания дуги определяют величину мгновенной мощности, сравнивают ее с эталонным значением и по отклонению его от эталонного задают законы изменения мгновенной мощности дуги, соответствующие реальному процессу и обеспечивающие эталонные значения энергий для стадий каплеобразования и ее перехода, а в процессе сварки в каждый момент времени фиксируют действующее значение мгновенной мощности дуги для указанных стадий, сравнивают дуги для указанных стадий, сравнивают с эталонными и по результатам сравнения регулируют параметры режима процесса сварки.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Технология сварки и сварочное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+сварка -металлов".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сварка" будут найдены слова "газасварка", "электросварка" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("сварка!").



Рейтинг@Mail.ru