RU2429111C2

RU2429111C2 - Combined method of pulse control of welding process using consumable electrode

Info

Publication number: RU2429111C2
Application number: RU2009125960/02A
Authority: RU
Inventors: Андрей Гарольдович Крампит (RU); Андрей Гарольдович Крампит; Наталья Юрьевна Крампит (RU); Наталья Юрьевна Крампит; Анатолий Федорович Князьков (RU); Анатолий Федорович Князьков; Сергей Анатольевич Князьков (RU); Сергей Анатольевич Князьков; Георгий Дмитриевич Ковалев (RU); Георгий Дмитриевич Ковалев
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-09-20
Also published as: RU2009125960A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention refers to electric arc welding with consumable electrode of solid cross-section, flux cored wires, self-shielding wires in active and inert gases, mixtures Ar+CO₂; CO₂+O₂; Ar+CO₂+O₂ on reverse and direct polarity in various spatial positions, and it refers namely to combined control method of transfer of electrode material during welding with the use of consumable electrode. Welding is performed by using short arc or long arc and welding current pulses are supplied synchronously with wire supply pulses or in phase with supply pulses of welding wire. Welding current pulses and welding wire supply pulses are supplied at one and the same frequency and irrespective of supply frequency. Welding wire supply pulses at pauses are performed at wire movement speed values equal to zero or not equal to zero.

EFFECT: improving quality of weld joint owing to synchronous combination of welding wire supply pulses and welding current pulse.

9 dwg

Description

Изобретение относится к области электродуговой сварки плавящимися электродами сплошного сечения, порошковыми проволоками, самозащитными проволоками в среде активных и инертных газов, а также их смесях Ar+CO₂; CO₂+O₂; Ar+CO₂+O₂, на обратной и прямой полярности.The invention relates to the field of electric arc welding with consumable electrodes of solid cross section, cored wires, self-shielding wires in the environment of active and inert gases, as well as their mixtures Ar + CO ₂ ; CO ₂ + O ₂ ; Ar + CO ₂ + O ₂ , on reverse and direct polarity.

Известен способ сварки металлов двойными импульсами [Kemppi Pro Evolution. Сварка алюминия двойным импульсом. // Сварка в Сибири. - 2003. - №1. - С.47-50].A known method of welding metals with double pulses [Kemppi Pro Evolution. Double impulse aluminum welding. // Welding in Siberia. - 2003. - No. 1. - S. 47-50].

Сущность этого способа заключается в том, что при сварке плавящимся электродом в аргоне на нормально горящую дугу при базовом токе с целью отрыва и переноса капли электродного металла в сварочную ванну подают импульсы с частотой 50-250 Гц и с амплитудой, превышающей критическое значение тока для конкретных условий сварки. Помимо пульсаций тока осуществляют импульсную подачу сварочной проволоки с частотой импульсов 2,7-3 Гц. При этом скорость подачи сварочной проволоки колеблется относительно заданного среднего значения, а базовый ток и частота импульсов, отрывающих капли, пульсируют. Мощность дуги во время импульса подачи сварочной проволоки существенно выше, чем при традиционной импульсно-дуговой сварке при постоянной скорости подачи, а вид сварного шва из-за малой частоты импульсов подачи проволоки крупночешуйчатый.The essence of this method is that when welding with a consumable electrode in argon to a normally burning arc at the base current, pulses with a frequency of 50-250 Hz and with an amplitude exceeding the critical current value for specific currents are supplied to the weld pool in order to detach and transfer a drop of electrode metal welding conditions. In addition to current ripples, the welding wire is pulsed with a pulse frequency of 2.7-3 Hz. In this case, the welding wire feed speed fluctuates with respect to a predetermined average value, and the base current and the frequency of the pulses detaching the droplets pulsate. The arc power during the welding wire feed pulse is significantly higher than with traditional pulsed arc welding at a constant feed speed, and the type of weld due to the low frequency of the wire feed pulses is coarse.

Недостатки данного способа следующие: расплавление капель электродного металла происходит при различных значениях базового тока, напряжения дуги и времени расплавления капли, что существенно влияет на ход металлургических реакций. Крупночешуйчатость шва способствует возникновению подрезов, что создает опасность для конструкций, работающих при динамических нагрузках.The disadvantages of this method are as follows: the melting of drops of electrode metal occurs at different values of the base current, arc voltage and time of melting of the droplet, which significantly affects the course of metallurgical reactions. The coarse flake of the seam contributes to the occurrence of undercuts, which creates a danger to structures operating under dynamic loads.

Известен способ комбинированного управления переносом электродного металла при дуговой механизированной сварке в защитных газах, взятый за прототип [Патон Б.Е., Лебедев В.А., Микитин Я.И. Способ комбинированного управления процессом переноса электродного металла при механизированной дуговой сварке. // Автоматическая сварка. - 2006. - №8. - С.27-32].A known method of combined control of the transfer of electrode metal in a mechanized arc welding in protective gases, taken as a prototype [Paton B.E., Lebedev V.A., Mikitin Ya.I. A method for the combined control of the transfer process of electrode metal in mechanized arc welding. // Automatic welding. - 2006. - No. 8. - S. 27-32].

Сущность этого способа заключается в одновременном применении двух источников импульсов: механического (механизм импульсной подачи) и электрического (генератор импульсов или источник сварочного тока с импульсной составляющей), при этом совмещают во времени импульс подачи сварочной проволоки и импульс сварочного тока, причем питание дуги осуществляют от источника с жесткой внешней характеристикой, а импульсы сварочного тока, подаваемые синхронно с импульсами подачи сварочной проволоки, формируют в виде отрезков полусинусоиды на спадающей ее части от сварочного трансформатора. Частота импульсов привязана к частоте сети и равна 50 и 100 Гц. Длительность импульсов тока определяется углом отпирания тиристоров полууправляемого мостового выпрямителя, включенного между сварочным трансформатором и сварочной дугой. Налагаемые импульсы в зависимости от параметров импульсов тока и сдвига по фазе относительно начала полупериода напряжения сети, от которого запитываются и электромагниты импульсной подачи проволоки, обеспечивают переход капли в сварочную ванну, как во время короткого замыкания, так и без него.The essence of this method consists in the simultaneous use of two sources of pulses: mechanical (pulse supply mechanism) and electric (pulse generator or welding current source with a pulsed component), while the welding wire feed pulse and the welding current pulse are combined in time, and the arc is supplied from a source with a rigid external characteristic, and pulses of the welding current, supplied synchronously with the pulses of the welding wire, form in the form of segments of a half-sine wave to fall the guide part of the welding transformer. The pulse frequency is tied to the network frequency and is equal to 50 and 100 Hz. The duration of the current pulses is determined by the unlocking angle of the thyristors of a semi-controlled bridge rectifier connected between the welding transformer and the welding arc. The imposed pulses, depending on the parameters of the current pulses and the phase shift relative to the beginning of the half-cycle of the mains voltage, from which the electromagnets of the pulsed wire feed are fed, provide the droplet to transfer to the weld pool, both during a short circuit and without it.

Недостатками способа являются: ограниченные регулировочные возможности, так как используют только два фиксированных значения частоты 50 и 100 Гц; расплавление капель электродного металла происходит при различных значениях базового тока, в случае изменения средней скорости подачи сварочной проволоки; во время паузы плавление капли происходит при уменьшающемся базовом токе и уменьшающемся анодном пятне, через которое тепловой поток дуги вводится в электрод, что приводит к перегреву капли и отрицательно сказывается на качестве сварного соединения. Кроме того, формирование импульсов в виде отрезков полусинусоиды на ее спадающей части существенно снижает коэффициент мощности системы питания.The disadvantages of the method are: limited regulatory capabilities, as they use only two fixed frequency values of 50 and 100 Hz; melting of drops of electrode metal occurs at various values of the base current, in the case of a change in the average feed rate of the welding wire; during a pause, the droplet melts at a decreasing base current and a decreasing anode spot, through which the heat flux of the arc is introduced into the electrode, which leads to overheating of the droplet and negatively affects the quality of the welded joint. In addition, the formation of pulses in the form of segments of a half-sine wave on its falling part significantly reduces the power factor of the power system.

Задача - повышение качества сварного соединения за счет синхронного совмещения импульса подачи сварочной проволоки и импульса сварочного тока.The task is to improve the quality of the welded joint due to the synchronous combination of the welding wire feed pulse and the welding current pulse.

Поставленная задача достигается за счет импульсного управления процессом сварки плавящимся электродом, совмещающего во времени импульс подачи сварочной проволоки и импульс сварочного тока. Импульсы сварочного тока и импульсы подачи сварочной проволоки осуществляют с одной частотой, но в различные моменты времени. Импульсы сварочного тока и импульсы подачи сварочной проволоки осуществляют независимо от частоты питающей сети. Импульсы подачи сварочной проволоки осуществляют как при значениях скорости движения проволоки в паузе, равных нулю, так и не равных нулю.The task is achieved by impulse control of the process of welding with a consumable electrode, combining in time the pulse of the supply of the welding wire and the pulse of the welding current. The pulses of the welding current and the pulses of the welding wire are carried out with the same frequency, but at different points in time. The pulses of the welding current and the pulses of the welding wire are carried out regardless of the frequency of the supply network. The pulses of the filing of the welding wire is carried out both when the values of the speed of movement of the wire in the pause, equal to zero, and not equal to zero.

Использование всех отличительных признаков позволяет расширить диапазон применения способа сварки плавящимся электродом с управляемым механизмом переноса электродного металла, снизить газодинамическое воздействие со стороны сварочной дуги, благодаря чему повышается устойчивость горения дуги и улучшается формирование сварного шва.The use of all the distinguishing features allows us to expand the range of application of the method of welding with a consumable electrode with a controlled mechanism of transfer of electrode metal, to reduce the gas-dynamic effect from the side of the welding arc, which increases the stability of arc burning and improves the formation of the weld.

Сущность заявленного способа поясняется фиг.1-9, на которых приведены циклограммы процесса сварки.The essence of the claimed method is illustrated in figure 1-9, which shows the sequence diagrams of the welding process.

При сварке короткой дугой импульсы сварочного тока подают:When welding with a short arc, pulses of the welding current are supplied:

а) синхронно с импульсами подачи сварочной проволоки в момент времени t₁ (фиг.1, 2), причем плавление сварочной проволоки осуществляется только во время импульса, а в промежутке между импульсами горит дежурная дуга небольшой мощности, что позволяет получить управляемый перенос электродного металла;a) synchronously with the pulses of the supply of the welding wire at time t ₁ (Fig. 1, 2), moreover, the welding wire is melted only during the pulse, and in the interval between the pulses a standby arc of small power burns, which makes it possible to obtain controlled transfer of electrode metal;

б) синфазно с импульсами подачи сварочной проволоки на интервале времени t₁-t₃ (фиг.3, 4), т.е. в момент образования надежного контакта капли электродного металла с поверхностью жидкого металла сварочной ванны, что позволяет устранить выброс капли электродного металла в момент закорачивания дугового промежутка;b) in phase with the feed pulses of the welding wire in the time interval t ₁ -t ₃ (Fig.3, 4), i.e. at the moment of formation of reliable contact of the drop of electrode metal with the surface of the molten metal of the weld pool, which eliminates the emission of drops of electrode metal at the time of shorting the arc gap;

в) синфазно с импульсами подачи сварочной проволоки на интервале времени t₁-t₃ после окончания действия паузы (I_п=10-30 А) в момент времени t₂, которая вводится синфазно с импульсом подачи сварочной проволоки в момент времени t₁ (фиг.5, 6), что позволяет обеспечить надежный контакт капли электродного металла с поверхностью жидкого металла сварочной ванны.c) in phase with the welding wire feed pulses in the time interval t ₁ -t ₃ after the end of the pause period (I _p = 10-30 A) at time t ₂ , which is introduced in phase with the welding wire feed pulse at time t ₁ (Fig. .5, 6), which ensures reliable contact of the drop of electrode metal with the surface of the molten metal of the weld pool.

При сварке длинной дугой импульсы сварочного тока подают:When welding with a long arc, welding current pulses are supplied:

а) синхронно с импульсами подачи сварочной проволоки в момент времени t₁ (фиг.1, 2);a) synchronously with the feed pulses of the welding wire at time t ₁ (figure 1, 2);

б) синфазно с импульсами подачи сварочной проволоки при этом совмещают момент окончания действия нормальногорящей дуги с моментом подачи импульса сварочной проволоки и с моментом введения паузы сварочного тока перед наложением импульса сварочного тока (фиг.5, 6);b) in phase with the pulses of the supply of the welding wire, at the same time, the moment of the end of the action of the normally burning arc is combined with the moment of supply of the pulse of the welding wire and with the moment of introducing a pause of the welding current before applying a pulse of the welding current (Figs. 5, 6);

в) синфазно с импульсами подачи сварочной проволоки в момент времени t₁ (фиг.3, 7, 8, 9), что позволяет получить управляемый перенос электродного металла.c) in phase with the feed pulses of the welding wire at time t ₁ (Fig.3, 7, 8, 9), which allows to obtain a controlled transfer of electrode metal.

Комбинированный способ импульсного управления процессом сварки плавящимся электродом осуществляется следующим образом: в процессе сварки происходит совмещение импульса подачи сварочной проволоки и импульса сварочного тока в различные моменты времени. Это достигают совмещенным управлением системы импульсной подачи сварочной проволоки и системы импульсного питания, например, при использовании электромагнитной системы, обеспечивающей подачу сварочной проволоки, или при использовании в качестве привода подачи сварочной проволоки системы, работающей по определенной программе совместно с системой импульсного питания, работающей с обратной связью по дуговому напряжению.The combined method of pulsed control of the fusion electrode welding process is as follows: in the welding process, the welding wire feed pulse and the welding current pulse are combined at different points in time. This is achieved by the combined control of the pulsed welding wire supply system and the pulsed power supply system, for example, when using an electromagnetic system that supplies the welding wire, or when using a system operating according to a specific program in conjunction with a pulsed power supply system operating with reverse feed, as a drive for feeding the welding wire arc voltage coupling.

Комбинирование системы импульсного питания и системы с импульсной подачей сварочной проволоки повышает стабильность процесса сварки, расширяет регулировочные возможности.The combination of a pulsed power system and a system with a pulsed feed of the welding wire increases the stability of the welding process, expands the adjustment capabilities.

Лабораторные испытания показали возможность использования предлагаемого способа в промышленных условиях. Проведенные исследования для сварки плавящимся электродом в углекислом газе, в аргоне и в смесях на основе аргона показали хорошую устойчивость процесса, улучшение внешнего вида сварных швов (шов мелкочешуйчатый с плавным переходом к основному металлу). Процесс сварки протекает стабильно при частотах от 20 до 130 Гц, что позволяет существенно расширить диапазон используемых частот. При исследовании механических свойств сварных соединений, выполненных сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С на стали 20 в комбинированном и стационарном режимах, выявлено следующее: предел прочности и ударная вязкость при температуре 20°С одинаковые, а при температуре -20°С ударная вязкость сварного соединения, выполненного сваркой в комбинированном режиме, на 30% выше ударной вязкости сварного соединения, выполненного сваркой в стационарном режиме.Laboratory tests showed the possibility of using the proposed method in an industrial environment. The studies performed for welding with a consumable electrode in carbon dioxide, argon and in mixtures based on argon showed good process stability, improved appearance of welds (fine-scale weld with a smooth transition to the base metal). The welding process proceeds stably at frequencies from 20 to 130 Hz, which allows you to significantly expand the range of frequencies used. When studying the mechanical properties of welded joints made by welding in carbon dioxide with a Sv-08G2S welding wire on steel 20 in combined and stationary modes, the following were revealed: tensile strength and impact strength at a temperature of 20 ° C are the same, and impact temperature at -20 ° C a welded joint made by welding in a combined mode is 30% higher than the toughness of a welded joint made by welding in a stationary mode.

Изобретение может быть использовано при изготовлении металлоконструкций в различных областях техники.The invention can be used in the manufacture of metal structures in various fields of technology.

Claims

A method for combined control of electrode metal transfer during consumable electrode welding, comprising supplying welding current pulses synchronously with wire feed pulses or in phase with welding wire pulses when welding with a short arc or when welding with a long arc, while welding current pulses and welding wire feed pulses are supplied with at the same frequency and regardless of the frequency of the supply network, and the pulses of the filing of the welding wire in pauses are carried out at values of the wire speed are zero or not equal to zero.