RU2632751C1 - Method of control of arc deflection from joint of fusion edges - Google Patents

Method of control of arc deflection from joint of fusion edges Download PDF

Info

Publication number
RU2632751C1
RU2632751C1 RU2016135586A RU2016135586A RU2632751C1 RU 2632751 C1 RU2632751 C1 RU 2632751C1 RU 2016135586 A RU2016135586 A RU 2016135586A RU 2016135586 A RU2016135586 A RU 2016135586A RU 2632751 C1 RU2632751 C1 RU 2632751C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
welding
joint
arc
temperature
product
Prior art date
Application number
RU2016135586A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович Сидоров
Анна Викторовна Мельзитдинова
Original Assignee
Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования Технический учебный центр "Спектр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования Технический учебный центр "Спектр" filed Critical Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования Технический учебный центр "Спектр"
Priority to RU2016135586A priority Critical patent/RU2632751C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2632751C1 publication Critical patent/RU2632751C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/095Monitoring or automatic control of welding parameters

Landscapes

  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention can be used to automatically control the defection of the welding arc from the joint of fusion edges. In the process of welding, the indicators of the intensity of the physical state of the surface of the welded product in the welded connection zone along the joint axis in two points located at a constant distance from each other are measured. As an indicator, the temperature of the surface heating by the welding arc at the mentioned measuring stations is used. Before welding, a reference temperature distribution is obtained in the location section of the measuring stations perpendicular to the welding direction. When the product is moved relative to the welding torch, the temperature at the measuring stations located symmetrically relative to the welding torch is measured, and when the welding torch is moved relative to the product, it is symmetrical relative to the joint of the fusion edges. The temperatures half-difference in each of two symmetrical measuring stations is calculated and the deflection of the arc from the joint is determined, taking into account the reference temperature distribution.
EFFECT: high sensitivity to arc deflections from the joint and the possibility to choose the temperature measuring stations at a considerable distance from the welding bath.
6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области сварки и может использоваться в машиностроении при автоматическом регулировании отклонения сварочной дуги от стыка свариваемых кромок.The invention relates to the field of welding and can be used in mechanical engineering with automatic control of the deviation of the welding arc from the joint of the welded edges.

Известен способ контроля отклонения горелки от стыка свариваемых кромок с помощью электромагнитного датчика, которым измеряют электродвижущую силу, наводимую переменным током в измерительных обмотках при несимметричном расположении датчика, связанного со сварочной горелкой относительно стыка (см. Э.А. Гладков. Автоматизация сварочных процессов / Э.А. Гладков, В.Н. Бродягин, Р.А. Перковский. - Москва: Издательство МГТУ им. Баумана, 2014. С. 219-220).A known method of controlling the deviation of the torch from the junction of the welded edges using an electromagnetic sensor that measures the electromotive force induced by alternating current in the measuring windings with an asymmetric arrangement of the sensor associated with the welding torch relative to the joint (see E. A. Gladkov. Automation of welding processes / E .A. Gladkov, V.N. Brodyagin, R.A. Perkovsky. - Moscow: Publishing House of MSTU named after Bauman, 2014.S. 219-220).

Этот способ позволяет контролировать воздействие только отклонения дуги от стыка и не позволяет контролировать действие других возмущений на процесс сварки. На выходной сигнал датчика влияют координаты стыка; отклонения геометрических параметров соединения, подготовленного под сварку; свойства материала изделия; различия электрических и магнитных свойств материалов заготовок. При сварке стыковых швов значительное влияние на выходной сигнал датчика оказывает взаимное превышение кромок.This method allows you to control the impact of only the deviation of the arc from the joint and does not allow you to control the effect of other disturbances on the welding process. The output of the sensor is affected by the coordinates of the junction; deviations of the geometric parameters of the welded joint; material properties of the product; differences in electrical and magnetic properties of workpiece materials. When welding butt welds, the mutual excess of the edges has a significant effect on the output signal of the sensor.

Известен также способ контроля отклонения дуги от стыка свариваемых кромок, при котором в зоне шва возбуждают ультразвуковые колебания сварочной дугой путем наложения на дугу импульсов тока длительностью 10-6-10-5 с и периодом следования 10-3-10-2 с и определяют разность интенсивностей этих колебаний на поверхности свариваемого изделия в точках, равноудаленных от сварочной горелки (см. описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1042924 от 29. 09.1983 г.). Этот способ контроля отклонения дуги от стыка принят за прототип.There is also a method of controlling the deviation of the arc from the joint of the welded edges, in which ultrasonic vibrations are excited in the weld zone by applying current pulses of 10 -6 -10 -5 s and a repetition period of 10 -3 -10 -2 s on the arc and determine the difference the intensities of these vibrations on the surface of the welded product at points equidistant from the welding torch (see the description of the invention to the copyright certificate SU 1042924 from 29. 09.1983). This method of controlling the deviation of the arc from the junction is taken as a prototype.

Этот способ позволяет контролировать воздействие также только отклонения дуги от стыка и не позволяет контролировать действие других возмущений на процесс сварки, сказывающихся на изменении температуры поверхности свариваемых деталей. Поэтому для контроля действия таких возмущений необходимо проводить дополнительные измерения состояния поверхности другими физическими способами.This method allows you to control the impact also only the deviation of the arc from the joint and does not allow you to control the effect of other disturbances on the welding process, affecting the change in surface temperature of the parts being welded. Therefore, to control the action of such disturbances, it is necessary to carry out additional measurements of the state of the surface by other physical methods.

В предлагаемом способе контроля отклонения дуги от стыка свариваемых кромок в зоне сварного соединения измеряют интенсивности физического состояния поверхности свариваемого изделия в двух точках при постоянном расстоянии между ними и определяют разность интенсивностей физического состояния.In the proposed method for monitoring the deviation of the arc from the junction of the welded edges in the welded joint area, the intensities of the physical state of the surface of the welded product are measured at two points at a constant distance between them and the difference in the intensities of the physical condition is determined.

В отличие от прототипа до сварки получают эталонное распределение температуры поверхности сварного соединения в направлении, перпендикулярном направлению сварки в сечении расположения точек замера, в процессе сварки обеспечивают расположение точек замера на поверхности изделия в зависимости от вида относительного перемещения сварочной горелки и изделия, измеряют температуры в точках, рассчитывают полуразность температур в точках и определяют по ней и эталонному распределению температур отклонение дуги от стыка.In contrast to the prototype, a reference distribution of the temperature of the surface of the welded joint in the direction perpendicular to the direction of welding in the cross section of the location of the measuring points is obtained before welding, during the welding process, the location of the measuring points on the surface of the product depending on the type of relative movement of the welding torch and the product is measured, temperatures are measured at points , calculate the half-difference of temperatures at points and determine from it and the reference temperature distribution the deviation of the arc from the junction.

При перемещении во время сварки изделия относительно сварочной горелки точки замера температур располагают симметрично относительно сварочной горелки.When moving during welding the product relative to the welding torch, the temperature measuring points are symmetrically relative to the welding torch.

При перемещении во время сварки сварочной горелки относительно изделия точки замера температур располагают симметрично относительно стыка.When moving during welding of the welding torch relative to the product, the temperature measuring points are located symmetrically with respect to the joint.

Технический результат предлагаемого способа контроля заключатся в том, что при смещении сварочной дуги или стыка относительно друг друга вид температурной зависимости в поперечном направлении свариваемого стыка не изменяется, а изменяется только ее положение относительно неподвижного объекта. Это создает возможность контроля отклонения дуги относительно стыка. Установлено, что величину такого отклонения характеризует полуразность измеренных температур в точках замера. Помимо измерения отклонения дуги от стыка измерение температур в двух точках можно использовать для оценки действия других возмущений на процесс сварки.The technical result of the proposed control method is that when the welding arc or joint is shifted relative to each other, the type of temperature dependence in the transverse direction of the welded joint does not change, but only its position with respect to a fixed object changes. This makes it possible to control the deflection of the arc relative to the joint. It was found that the magnitude of such a deviation characterizes the half-difference of the measured temperatures at the measurement points. In addition to measuring the deviation of the arc from the butt, temperature measurement at two points can be used to evaluate the effect of other disturbances on the welding process.

На фиг. 1 показано поперечное сечение сварного соединения; на фиг. 2 - эталонное распределение температур; на фиг. - 3 аналогичное распределение температур при другой скорости сварки; на фиг. 4 показана схема измерения температур в точках замера по предлагаемому способу; на фиг. 5 представлена методика определения отклонения дуги от стыка; на фиг. 6 - зависимость отклонения дуги от стыка от полуразности температур в точках замера.In FIG. 1 shows a cross section of a welded joint; in FIG. 2 - reference temperature distribution; in FIG. - 3 a similar temperature distribution at a different welding speed; in FIG. 4 shows a diagram of measuring temperatures at measuring points by the proposed method; in FIG. 5 presents a methodology for determining the deviation of the arc from the junction; in FIG. 6 - dependence of the deviation of the arc from the joint on the half-difference of temperatures at the measurement points.

На фиг. 1 приведено поперечное сечение сварочного шва изделия из пластин без разделки кромок с полной глубиной проплавления при сварке с одной стороны стыкового соединения неплавящимся электродом без подачи присадочной проволоки. Е1 - максимальная ширина сварочной ванны (шва) на наружной поверхности (со стороны действия сварочной дуги) в сечении с максимальной шириной проплавления. Е2 - ширина обратного валика. На фиг. 1 показаны оси при расчете температур - ось Y, перпендикулярная направлению скорости сварки, и ось Z, направленная от наружной поверхности пластины со стороны действия сварочной дуги. Ось X совпадает с направлением скорости сварки. Сварное соединение на фиг. 1 получено без смещения сварочной дуги относительно стыка.In FIG. Figure 1 shows the cross section of the weld of a product from plates without cutting edges with a full penetration depth when welding on one side of the butt joint with a non-consumable electrode without filler wire feeding. E1 - the maximum width of the weld pool (seam) on the outer surface (from the side of the welding arc) in cross section with a maximum penetration width. E2 - width of the reverse roller. In FIG. Figure 1 shows the axes when calculating temperatures — the Y axis perpendicular to the direction of the welding speed, and the Z axis directed from the outer surface of the plate from the side of the welding arc. X axis coincides with the direction of the welding speed. The weld in FIG. 1 obtained without offset welding arc relative to the joint.

На фиг. 2 кривые 1 и 2 представляют расчетное распределение температур в направлениях полуосей Y на наружной поверхности свариваемых деталей (со стороны действия сварочной дуги) в точке с координатой х=0,5 см по оси X, в области максимальной ширины сварочной ванны. Распределение получено при отсутствии отклонения дуги относительно стыка, то есть является эталонным. Распределение температур по оси Y симметрично относительно начала координат.In FIG. 2, curves 1 and 2 represent the calculated temperature distribution in the directions of the Y axis on the outer surface of the welded parts (from the side of the welding arc) at a point with the coordinate x = 0.5 cm along the X axis, in the region of the maximum width of the weld pool. The distribution is obtained in the absence of deflection of the arc relative to the joint, that is, it is a reference. The temperature distribution along the Y axis is symmetrical with respect to the origin.

Кривые 1 и 2 получены с помощью формулы для расчета температур в пластине при действии на ее поверхности источника тепла с нормально круговым распределением теплового потока (НКИ).Curves 1 and 2 are obtained using the formula for calculating the temperatures in a plate under the action of a heat source on its surface with a normally circular distribution of heat flux (NKI).

Формула для расчета температур при сварке от НКИ тепла, действующего на поверхности пластины, имеет видThe formula for calculating the temperatures during welding from NKI of heat acting on the surface of the plate has the form

Figure 00000001
Figure 00000001

где х, у, z - координаты точки относительно подвижной системы координатwhere x, y, z are the coordinates of the point relative to the moving coordinate system

источника теплоты, см; координата х является в данном случаеheat source, cm; the x coordinate is in this case

положительной в направлении, противоположном скорости сварки.positive in the opposite direction to the welding speed.

Т - температура точки изделия, °С;T is the temperature of the product point, ° C;

Т0 - начальная температура пластин изделия, °С;T 0 - the initial temperature of the plates of the product, ° C;

t - время с момента начала действия движущегося источника тепла, с;t is the time from the moment the moving heat source began to act, s;

сρ - объемная теплоемкость материала изделия, Дж/(°С⋅см3);сρ is the volumetric heat capacity of the product material, J / (° C⋅cm 3 );

qи - эффективная мощность дуги, Вт;q and - effective arc power, W;

δ - толщина пластины, см;δ is the plate thickness, cm;

а - коэффициент температуропроводности, см2/с;a is the thermal diffusivity, cm 2 / s;

t0=1/4ak - постоянная времени, характеризующая сосредоточенность теплового потока от источника тепла к изделию, с;t 0 = 1 / 4ak - time constant characterizing the concentration of the heat flux from the heat source to the product, s;

k - коэффициент сосредоточенности сварочного источника тепла, см-2;k is the concentration coefficient of the welding heat source, cm -2 ;

VC - скорость движения источника тепла, см/с;V C is the velocity of the heat source, cm / s;

N - число фиктивных теплоисточников, учитывающих отражение теплоты от поверхностей плоского слоя (пластины).N is the number of fictitious heat sources that take into account the reflection of heat from the surfaces of a flat layer (plate).

По формуле (1) можно рассчитать температуру в любой точке пластин.By the formula (1), you can calculate the temperature at any point on the plates.

Величина эффективной мощности в формуле (1) определяется, например, по формулеThe value of the effective power in the formula (1) is determined, for example, by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где ηи - эффективный КПД сварочного источника тепла, UC - напряжение сварки, IC - ток сварки.where η and are the effective efficiency of the welding heat source, U C is the welding voltage, I C is the welding current.

Номинальные значения теплофизических коэффициентов принимались при расчете для высоколегированной стали: объемная теплоемкость сρ=3,476 Дж/(см3°С), коэффициент температуропроводности а=0,0432 см2/с. Плотность осевого теплового потока была выбрана по литературным данным q0=4200 Вт/см2. Коэффициент сосредоточенности сварочного источника тепла составил k=11 см-2, диаметр пятна нагрева Dн=1,04 см. Данному коэффициенту сосредоточенности соответствует постоянная времени t0=0,526 секунд. Температура плавления высоколегированной стали, отсчитываемая от 0°С принималась T1=1440°С. Номинальная температура деталей перед сваркой, принималась Т0=20°С. Таким образом, номинальная (эталонная) расчетная температура плавления (Т10) при определении размеров сварочной ванны составляла 1420°С.Nominal values of thermophysical coefficients were taken into account for high alloyed steel: volumetric heat capacity cρ = 3.476 J / (cm 3 ° С), thermal diffusivity a = 0.0432 cm 2 / s. The density of the axial heat flux was selected according to the literature q 0 = 4200 W / cm 2 . The concentration coefficient of the welding heat source was k = 11 cm -2 , the diameter of the heating spot D n = 1.04 cm. This concentration coefficient corresponds to a time constant t 0 = 0.526 seconds. The melting point of high alloy steel, measured from 0 ° C was taken T 1 = 1440 ° C. The nominal temperature of the parts before welding was taken T 0 = 20 ° C. Thus, the nominal (reference) calculated melting temperature (T 1 -T 0 ) when determining the size of the weld pool was 1420 ° C.

Параметры источника тепла для кривых 1 и 2 на фиг. 2: эффективная мощность qи=1194 Вт, скорость сварки VC=0,495 см/с, толщина пластины δ=0,4 см. Данной эффективной мощности соответствует приблизительно сварочный ток IC≈200 А, при вольтовом эквиваленте эффективной мощности дуги в аргоне прямой полярности с неплавящимися электродами UЭ=6 Вт/А. Вольтов эквивалент эффективной мощности определяется по формулеThe heat source parameters for curves 1 and 2 in FIG. 2: effective power q and = 1194 W, welding speed V C = 0.495 cm / s, plate thickness δ = 0.4 cm. This effective power corresponds to approximately the welding current I C ≈200 A, with a volt equivalent of the effective arc power in argon direct polarity with non-consumable electrodes U E = 6 W / A. The volt equivalent of effective power is determined by the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

Между вольтовым эквивалентом и эффективным КПД имеется следующая связьThe following relationship exists between the volt equivalent and effective efficiency

Figure 00000004
Figure 00000004

При смещении дуги от оси стыка X на Δу=0,1 см для оценки смещения по температуре нужно кривые 1 и 2 температур также сместить в ту же сторону. Максимальная температура будет расположена уже при координате у=0,1 см. Положение точек замера А и Б на деталях должно оставаться неизменным при движении горелки относительно изделия, или они должны перемещаться по изделию при неподвижной горелке и движении изделия относительно горелки.When the arc is displaced from the axis of the joint X by Δу = 0.1 cm, to estimate the temperature displacement, temperature curves 1 and 2 must also be shifted in the same direction. The maximum temperature will be located already at the coordinate y = 0.1 cm.The position of the measuring points A and B on the parts should remain unchanged when the burner moves relative to the product, or they must move around the product with the burner stationary and the product moving relative to the burner.

Для определения смещения дуги от оси стыка необходимо разность температур в точках замера разделить на 2 и по эталонным кривым 1 или 2 температур найти величину смещения источника тепла относительно стыка.To determine the displacement of the arc from the axis of the joint, it is necessary to divide the temperature difference at the measurement points by 2 and find the value of the displacement of the heat source relative to the joint from the reference temperature curves 1 or 2.

Пусть первоначально точки замера температур А и Б будут расположены при координатах у=±0,6 см, что больше ширины сварочной ванны лицевого валика Е1=0,775 см при х=0,5 см. Тогда расчетная номинальная температура контролируемых точек составляет TAБТ=479°С. При смещении оси источника тепла относительно оси У на Δу=0,1 см температуры в точках замера изменятся до ТА=831°С при у=0,5 см и ТБ=270°С при у=0,7 см. Разность температур составит ΔТ=831-270=561°С. Полуразность составит ΔТ/2=280,5°С.Let initially the temperature measuring points A and B be located at coordinates y = ± 0.6 cm, which is greater than the width of the weld pool of the front roll E1 = 0.775 cm at x = 0.5 cm. Then the calculated nominal temperature of the controlled points is T A = T B = T T = 479 ° C. With a shift of the axis of the heat source relative to the Y axis by Δy = 0.1 cm, the temperatures at the measurement points will change to T A = 831 ° C at y = 0.5 cm and T B = 270 ° C at y = 0.7 cm. The difference temperatures will be ΔТ = 831-270 = 561 ° С. The semi-difference is ΔТ / 2 = 280.5 ° С.

На фиг. 3 представлены аналогичные кривые 3 и 4 расчетного распределения температур при уменьшении скорости сварки до VC=0,48 см/с. Они представляют распределение температур при отсутствии смещения оси источника тепла относительно стыка. Несмотря на изменение скорости сварки и температурного распределения, разность между температурами точек у=0,5 см и у=0,7 см не изменилась и составила 561°С. Поэтому независимо от возмущения по скорости сварки при одинаковом возникновении смещения дуги относительно стыка это смещение будет определено одинаковым. Аналогично будут действовать, например, возмущения по эффективной мощности (току дуги).In FIG. Figure 3 shows similar curves 3 and 4 of the calculated temperature distribution with a decrease in the welding speed to V C = 0.48 cm / s. They represent the temperature distribution in the absence of a shift in the axis of the heat source relative to the joint. Despite the change in welding speed and temperature distribution, the difference between the point temperatures y = 0.5 cm and y = 0.7 cm did not change and amounted to 561 ° C. Therefore, regardless of the perturbation in the welding speed with the same occurrence of the arc displacement relative to the joint, this displacement will be determined to be the same. Similarly, for example, perturbations in effective power (arc current) will act.

На фиг. 4 представлена схема измерения отклонения дуги от стыка по предлагаемому способу.In FIG. 4 presents a diagram of the measurement of the deviation of the arc from the junction of the proposed method.

Пластины 1 и 2 без разделки кромок собраны в стыковое соединение. По оси стыка сварочная горелка 3 с неплавящимся электродом 4 выполняет сварку сварочной дугой 5, в результате чего получается сварочный шов 6. При сварке сварочная горелка остается неподвижной относительно направления сварки с помощью крепления 7, а перемещаются в направлении сварки свариваемые пластины 1 и 2, что соответствует, например, сварке труб или обечаек при их вращении. Первоначально на одинаковом расстоянии от стыка и сварочной горелки 3 расположены точки А и Б замера температуры на наружной поверхности пластин 1 и 2, температуры измеряются с помощью бесконтактных датчиков температуры 8 и 9, закрепленных на сварочной горелке 3 неподвижно над пластинами 1 и 2 с помощью кронштейнов 10 и 11 на одинаковом расстоянии относительно горелки 3. При движении пластин 1 и 2 сварочная дуга 5 перемещается по ним в направлении сварки со скоростью сварки VC (вдоль оси X, на фиг. 4 не показана), с такой же скоростью пластины перемещаются относительно бесконтактных датчиков температуры 8 и 9. При сварке вследствие неточности изготовления пластин и других причин может происходить смещение оси стыка пластин относительно горелки и дуги в поперечном направлении на величину ±Δу, что приводит к смещению температурного поля в пластинах относительно оси стыка. При отсутствии отклонения горелки относительно стыка различные возмущения сварочного процесса будут приводить к одинаковому изменению температур в точках замера А и Б и разности измеренных температур не будет. При отклонении стыка относительно сварочной дуги точки замера А и Б будут перемещаться на поверхности пластин 1 и 2 и в точках замера возникнет разница температур из-за наличия асимметрии температурного поля. Измеренные температуры ТА и ТБ с точек замера А и Б передаются с датчиков температуры 8, 9 в вычислительное устройство 12, в которое до начала сварки вводится эталонное распределение температуры Т(у) в сечении с координатой х, в котором расположены точки А и Б замера температур. В устройстве 12 вычисляется разность между температурой точки А и температурой точки Б. Также определяется знак разности. Если знак разности получен положительным (температура в точке А больше, чем температура в точке Б), то это будет означать, что сварочная дуга сместилась относительно стыка в направлении точки А. Если знак разности получится отрицательным (температура в точке А меньше, чем температура в точке Б), то это будет означать, что сварочная дуга сместилась относительно стыка в направлении точки Б. После этого вычисляется половина полученной разности температур и по эталонному распределению температуры Т(у) вычисляется величина отклонения дуги 5 относительно стыка.Plates 1 and 2 without grooving are assembled in a butt joint. On the axis of the junction, a welding torch 3 with a non-consumable electrode 4 performs welding with a welding arc 5, resulting in a welding seam 6. When welding, the welding torch remains stationary relative to the direction of welding using fastening 7, and the welded plates 1 and 2 move in the direction of welding, which corresponds, for example, to welding pipes or shells during their rotation. Initially, at the same distance from the joint and the welding torch 3, points A and B are located for measuring the temperature on the outer surface of plates 1 and 2, temperatures are measured using non-contact temperature sensors 8 and 9, mounted on the welding torch 3 fixed above the plates 1 and 2 using brackets 10 and 11 at the same distance relative to the torch 3. When the plates 1 and 2 move, the welding arc 5 moves along them in the welding direction with a welding speed V C (along the X axis, not shown in Fig. 4), with the same speed of the displacement plate are relative to non-contact temperature sensors 8 and 9. During welding, due to inaccuracy in the manufacture of plates and other reasons, the axis of the junction of the plates relative to the torch and the arc can shift by a value of ± Δy, which leads to a shift of the temperature field in the plates relative to the axis of the joint. In the absence of a deviation of the torch relative to the joint, various perturbations of the welding process will lead to the same temperature change at the measuring points A and B and there will be no difference in the measured temperatures. When the joint deviates relative to the welding arc, the measuring points A and B will move on the surface of the plates 1 and 2 and at the measuring points a temperature difference will occur due to the asymmetry of the temperature field. The measured temperatures T A and T B from the measuring points A and B are transferred from the temperature sensors 8, 9 to the computing device 12, into which, before the start of welding, the reference temperature distribution T (y) is introduced in the cross section with the x coordinate at which points A and B measurement of temperatures. In the device 12, the difference between the temperature of point A and the temperature of point B is calculated. The sign of the difference is also determined. If the difference sign is positive (the temperature at point A is greater than the temperature at point B), this will mean that the welding arc has shifted relative to the joint in the direction of point A. If the difference sign will be negative (the temperature at point A is less than the temperature at to point B), this will mean that the welding arc has shifted relative to the joint in the direction of point B. After this, half of the obtained temperature difference is calculated and the value of the arc deviation 5 rel respect to the joint.

На фиг. 5 показана схема получения величины отклонения дуги от стыка по изменению измеряемых температур графическим методом. Кривая 5 представляет собой условную эталонную кривую распределения температур Т(у) при номинальных параметрах процесса для одной из свариваемых пластин. Точка А на кривой 5 соответствует номинальной температуре в точке замера А. При смещении пластины в сторону сварочной горелки и дуги точка замера температур станет ближе к оси стыка. Температура в точке замера повысится. При получении половины разности температур между точкой А и точкой Б эта половина в соответствующем масштабе оси температур Т откладывается из точки А в виде отрезка, перпендикулярного оси У. Из конца этого отрезка Д проводится прямая, параллельная оси У до пересечения с кривой 5 в точке С. Из точки С нужно опустить перпендикуляр на ось У, получим точку Г. Разница координат по оси У между точкой А и точкой пересечения Г температур Т(у) дает величину отклонения стыка от дуги Δу=у(А)-у(Г). Поскольку произошло сближение точки замера А с горелкой и дугой, то у(А)>у(С). Знак Δу будет положителен. Направление откладывания отрезка АД, в масштабе равного половине разности температур, соответствует знаку разности температур. Если температура в точке А больше, чем в точке Б, отрезок откладывается в положительном направлении оси температур Т. Если температура в точке А меньше, чем в точке Б, отрезок откладывается в отрицательном направлении оси температур Т.In FIG. 5 shows a diagram for obtaining the magnitude of the deviation of the arc from the junction by changing the measured temperatures graphically. Curve 5 is a conditional reference temperature distribution curve T (y) at nominal process parameters for one of the plates to be welded. Point A on curve 5 corresponds to the nominal temperature at the measuring point A. When the plate is shifted towards the welding torch and arc, the temperature measuring point will become closer to the joint axis. The temperature at the measuring point will rise. Upon receipt of half the temperature difference between point A and point B, this half on the corresponding scale of the temperature axis T is laid off from point A in the form of a segment perpendicular to the axis Y. A straight line parallel to the axis Y is drawn from the end of this segment D until it intersects curve 5 at point C From point C, we need to lower the perpendicular to the Y axis, we get point G. The difference in the coordinates along the Y axis between point A and the intersection point T of temperatures T (y) gives the value of the joint deviation from the arc Δy = y (A) -y (G). Since the measurement point A approached the burner and the arc, then y (A)> y (C). The sign Δy will be positive. The direction of postponement of the AD segment, on a scale equal to half the temperature difference, corresponds to the sign of the temperature difference. If the temperature at point A is greater than at point B, the segment is delayed in the positive direction of the temperature axis T. If the temperature at point A is less than at point B, the segment is delayed in the negative direction of the temperature axis T.

На фиг. 6 кривая 6 показывает зависимость между полуразностью температур в точках замера и отклонением дуги от стыка, полученную по методике, описанной для фиг. 5. Зависимость строится на основе эталонной зависимости, представленной на фиг. 2 или кривой 5 на фиг. 5. Задаваясь величиной отклонения Δу дуги от стыка, с помощью эталонного распределения температуры получим значения полуразности температур. Эту зависимость можно непосредственно использовать при определении отклонения дуги от оси стыка в вычислительном устройстве 12 фиг. 4. Кривая 6 зависимости отклонения дуги от стыка от полуразности температур в точках замера на фиг. 6 построена с помощью формулы (1) при параметрах qи=1200 Вт; VC=0,5 см/с. Толщина пластин δ=0,4 см.In FIG. 6, curve 6 shows the relationship between the half-difference of temperatures at the measurement points and the deviation of the arc from the joint, obtained according to the procedure described for FIG. 5. The dependence is built on the basis of the reference dependence shown in FIG. 2 or curve 5 in FIG. 5. Given the value of the deviation Δy of the arc from the junction, using the reference temperature distribution, we obtain the values of the temperature half-difference. This dependence can be directly used to determine the deviation of the arc from the axis of the joint in the computing device 12 of FIG. 4. Curve 6 of the dependence of the arc deviation from the joint on the temperature half-difference at the measurement points in FIG. 6 is constructed using formula (1) with parameters q and = 1200 W; V C = 0.5 cm / s. Plate thickness δ = 0.4 cm.

ПримерExample

Проводили определение влияния возмущения по начальной температуре свариваемых деталей на отклонение источника тепла от стыка. Теплофизические параметры расчета и толщина деталей оставались теми же, что при расчете эталонного распределения температур на фиг. 2. Изменилась эффективная мощность сварочного источника и составила qи=1210 Вт. Координата х расчета температур выбиралась по оси сварочного источника тепла х=0. Скорость сварки составила VC=0,5 см/с. Начальная температура деталей Т0=20°С. Эталонное расчетное распределение температур представлено в таблице.The influence of the perturbation by the initial temperature of the welded parts on the deviation of the heat source from the joint was determined. The thermophysical calculation parameters and the thickness of the parts remained the same as in the calculation of the reference temperature distribution in FIG. 2. The effective power of the welding source changed and amounted to q and = 1210 watts. The coordinate x for calculating temperatures was chosen along the axis of the welding heat source x = 0. The welding speed was V C = 0.5 cm / s. The initial temperature of the parts T 0 = 20 ° C. The reference design temperature distribution is presented in the table.

Figure 00000005
Figure 00000005

В случае использования в качестве точек замера температуры точки с координатами ±у=0,5 см получим при смещении дуги на 0,1 см разность температур точек Т(0,4)-Т(0,6)=439-123=316°С. Полуразность составит 158°С. По ней, по приведенной для фиг. 5 методике, определяем, что этому значению соответствует отклонение дуги от стыка Δу=0,1 см.If temperature points are used as measuring points, the coordinates with coordinates ± у = 0.5 cm will result in a temperature difference of points T (0.4) -T (0.6) = 439-123 = 316 ° when the arc is shifted by 0.1 cm FROM. The semi-difference is 158 ° C. According to it, as shown for FIG. 5 methodology, we determine that this value corresponds to the deviation of the arc from the junction Δу = 0.1 cm.

Увеличили начальную температуру деталей на 50°С. Это означает, что в формуле (1) значение температуры деталей перед сваркой принимали Т0=70°С. Все температуры точек по оси У увеличились на 50°С. При этом разности температур при отклонении дуги от стыка не изменились. Также отклонению дуги от стыка Δу=0,1 см будет соответствовать полуразность температур 158°С.Increased the initial temperature of the parts by 50 ° C. This means that in the formula (1), the temperature of the parts before welding was taken T 0 = 70 ° C. All point temperatures along the Y axis increased by 50 ° C. In this case, the temperature differences with the deviation of the arc from the junction did not change. Also, the deviation of the arc from the junction Δy = 0.1 cm will correspond to a half-difference of temperatures of 158 ° C.

Способ обладает высокой чувствительностью к отклонению дуги относительно стыка, что связано с тем, что в большинстве поперечных сечений на поверхности сварного соединения при сварке имеет место высокий градиент температур в поперечном направлении dT/dy.The method has a high sensitivity to arc deflection relative to the joint, which is due to the fact that in most cross sections on the surface of the welded joint during welding there is a high temperature gradient in the transverse direction dT / dy.

Способ может быть реализован с помощью известных приборов и устройств: получение эталонного распределения температуры на поверхности деталей можно выполнить с помощью установки 2-3 термопар или других датчиков температуры при их неподвижном закреплении на пластине. Для определения температур при сварке можно применить известные устройства для бесконтактного измерения температуры поверхности. Вычисление отклонения дуги относительно стыка по эталонному распределению температур можно выполнить с помощью программируемых микропроцессорных устройств. Способ наиболее эффективно применим при перемещении при сварке изделия относительно сварочной горелки.The method can be implemented using known instruments and devices: obtaining a reference temperature distribution on the surface of parts can be performed by installing 2-3 thermocouples or other temperature sensors when they are fixed on the plate. To determine the temperature during welding, you can use known devices for non-contact measurement of surface temperature. The calculation of the deviation of the arc relative to the joint according to the reference temperature distribution can be performed using programmable microprocessor devices. The method is most effectively applicable when moving when welding the product relative to the welding torch.

Claims (1)

Способ контроля отклонения дуги от стыка свариваемых кромок, включающий измерение в процессе сварки показателей интенсивности физического состояния поверхности свариваемого изделия в зоне сварного соединения вдоль оси стыка в двух расположенных на постоянном расстоянии друг от друга точках и определение разностей показателей этой интенсивности, отличающийся тем, что в качестве показателя физического состояния поверхности свариваемого изделия используют температуру ее нагрева сварочной дугой в упомянутых точках замера, при этом перед сваркой получают эталонное распределение температуры в сечении расположения точек замера, перпендикулярном направлению сварки, а в процессе сварки измеряют температуру в точках замера, расположенных симметрично относительно сварочной горелки при перемещении изделия относительно сварочной горелки или симметрично относительно стыка свариваемых кромок при перемещении сварочной горелки относительно изделия, при этом рассчитывают полуразность температур, измеренных в каждых двух симметричных точках замера, и определяют отклонение дуги от стыка с учетом эталонного распределения температур.A method for controlling the deviation of the arc from the joint of the edges to be welded, including measuring during the welding process the indicators of the intensity of the physical state of the surface of the welded product in the zone of the welded joint along the joint axis at two points located at a constant distance from each other and determining the differences of the indicators of this intensity, characterized in that as an indicator of the physical state of the surface of the welded product, the temperature of its heating by the welding arc at the mentioned measurement points is used, while By welding, a reference temperature distribution is obtained in the cross section of the location of the measuring points perpendicular to the direction of welding, and during welding, the temperature is measured at the measuring points located symmetrically with respect to the welding torch when moving the product relative to the welding torch or symmetrically with respect to the joint of the welded edges when moving the welding torch relative to the product, in this case, the half-difference of the temperatures measured at every two symmetric measuring points is calculated, and the deviations are determined e arcs from the joint, taking into account the reference temperature distribution.
RU2016135586A 2016-09-01 2016-09-01 Method of control of arc deflection from joint of fusion edges RU2632751C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135586A RU2632751C1 (en) 2016-09-01 2016-09-01 Method of control of arc deflection from joint of fusion edges

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135586A RU2632751C1 (en) 2016-09-01 2016-09-01 Method of control of arc deflection from joint of fusion edges

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2632751C1 true RU2632751C1 (en) 2017-10-09

Family

ID=60040964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016135586A RU2632751C1 (en) 2016-09-01 2016-09-01 Method of control of arc deflection from joint of fusion edges

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2632751C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU104294A2 (en) * 1952-12-13 1955-11-30 А.А. Лапаури Optical device for densitometer
SU637212A1 (en) * 1977-06-02 1978-12-15 Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе Method of measuring the value of deflection of welding arc from joint of welded edges
EP0930950A1 (en) * 1995-08-11 1999-07-28 The Lincoln Electric Company Method of welding pipe
RU2550979C2 (en) * 2013-02-04 2015-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХМАШСЕРВИС" Weld surface quality control procedure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU104294A2 (en) * 1952-12-13 1955-11-30 А.А. Лапаури Optical device for densitometer
SU637212A1 (en) * 1977-06-02 1978-12-15 Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе Method of measuring the value of deflection of welding arc from joint of welded edges
EP0930950A1 (en) * 1995-08-11 1999-07-28 The Lincoln Electric Company Method of welding pipe
RU2550979C2 (en) * 2013-02-04 2015-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "ТЕХМАШСЕРВИС" Weld surface quality control procedure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105377493B (en) System and method for determining welding gait of march
US10583520B2 (en) Device and method for homogeneously welding two-dimensionally bent structures by friction stir welding
Li et al. Monitoring and control of penetration in GTAW and pipe welding
US9604301B2 (en) Method to monitor and control weld penetration in gas tungsten welding and full-position pipe welding
EP2210695A1 (en) Apparatus for heating the welded portion of steel pipe material, and method for the apparatus
CN106001912B (en) A kind of welding equipment
JP2013527466A5 (en)
Bai et al. Sensing of the weld penetration at the beginning of pulsed gas metal arc welding
RU2735847C1 (en) Method for controlling penetration depth during arc automatic welding
JP2018008313A5 (en)
TW201545607A (en) Induction heated roll apparatus
RU2632751C1 (en) Method of control of arc deflection from joint of fusion edges
JP2006337231A (en) Non-destructive inspection device of concrete structure, and non-destructive inspection method of concrete structure
Hackenhaar et al. Welding parameters effect in GMAW fusion efficiency evaluation
JP7191534B2 (en) Weaving Weld Thermal Manipulation and Seam Tracking
Lankalapalli et al. Laser weld penetration estimation using temperature measurements
RU2676935C1 (en) Method of regulating depth of melting in automatic welding
US3899651A (en) Method and apparatus for control of weld temperature in a high frequency electric resistance welded pipe mill
JP6015295B2 (en) Heat treatment method for ERW welded pipe
Garašić et al. Sensors and their classification in the fusion welding technology
RU2650461C1 (en) Method of regulation the maximum width of the welding pool while automatic welding
RU2393068C1 (en) Method and device for butt-seam welding of small-section parts
US20240342841A1 (en) Use of an oscillating magnetic field as a pool backing for arc welding processes
Belous et al. System for automatic regulation of position of tungsten electrode in narrow-gap magnetically controlled arc welding of titanium
Nagarajan et al. Infrared Techniques for Real-Time Weld Quality Control

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180902