RU2648618C1 - Method of automatic welding by the combination of arcs - Google Patents
Method of automatic welding by the combination of arcs Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648618C1 RU2648618C1 RU2017116359A RU2017116359A RU2648618C1 RU 2648618 C1 RU2648618 C1 RU 2648618C1 RU 2017116359 A RU2017116359 A RU 2017116359A RU 2017116359 A RU2017116359 A RU 2017116359A RU 2648618 C1 RU2648618 C1 RU 2648618C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arc
- direct
- indirect
- current
- welding
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 50
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 50
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 50
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 19
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 10
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 37
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 37
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 17
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 9
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- PYLLWONICXJARP-UHFFFAOYSA-N manganese silicon Chemical compound [Si].[Mn] PYLLWONICXJARP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/09—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области сварки и может использоваться в машиностроении для наплавки слоев с особыми свойствами и сварки сложно свариваемых сталей и сплавов.The invention relates to the field of welding and can be used in mechanical engineering for surfacing layers with special properties and welding difficult to weld steels and alloys.
Известен способ сварки дугой прямого действия в инертных газах между неплавящимся электродом и изделием с подачей присадочной проволоки в зону дуги (см. И.А. Гедовиус, В.М. Шмаков. «Сварка новых материалов в среде защитных газов», Куйбышев, 1969. - 111 с., с. 5, рис. 1).There is a method of direct arc welding in inert gases between a non-consumable electrode and a workpiece with filler wire feeding into the arc zone (see I. A. Gedovius, V. M. Shmakov. “Welding of new materials in the environment of protective gases”, Kuibyshev, 1969. - 111 p., P. 5, fig. 1).
К недостаткам этого способа относятся низкие производительность и стабильность скорости расплавления электродной проволоки. Это обусловлено тем, что проволока нагревается только конвекцией и излучением от столба дуги, поэтому случайные изменения положения проволоки относительно столба дуги приводят к существенному изменению скорости ее расплавления.The disadvantages of this method include low productivity and stability of the melting speed of the electrode wire. This is due to the fact that the wire is heated only by convection and radiation from the arc column; therefore, random changes in the position of the wire relative to the arc column lead to a significant change in its melting rate.
Известен способ автоматической плазменной сварки в среде аргона комбинацией дуг прямого и косвенного действия, по которому к неплавящемуся электроду подключают отрицательный полюс сварочного источника питания, а к изделию его положительный полюс, используют плавящийся электрод, подключаемый к положительному полюсу источника питания через балластное сопротивление, зажигают дугу прямого действия прямой полярности между неплавящимся электродом и изделием и дугу косвенного действия между неплавящимся и плавящимся электродом.A known method of automatic plasma welding in an argon medium by a combination of direct and indirect arcs, by which a negative pole of a welding power source is connected to a non-consumable electrode, and a positive pole is used to its product, a melting electrode is used, connected to the positive pole of the power source via ballast, ignite the arc direct action of direct polarity between the non-consumable electrode and the product; and an indirect arc between the non-consumable and the consumable electrode.
Способ может быть использован и для свободной сварочной дуги. Балластное сопротивление обеспечивает питание второй дуги от одного источника питания, аналогично питанию дуг от многопостовых источников питания (см. статью И.Е. Тавер, М.Х. Шоршоров «Сварка стали двойной плазменной струей», Сварочное производство, 1971 г., №10, с. 26-28). Этот способ принят за прототип.The method can be used for a free welding arc. Ballast resistance provides power to the second arc from a single power source, similar to powering arcs from multi-post power sources (see the article by I.E. Taver, M.Kh. Shorshorov "Welding steel with a double plasma jet", Welding production, 1971, No. 10 , p. 26-28). This method is adopted as a prototype.
К недостаткам данного способа сварки относятся низкая производительность наплавки и ограниченные возможности регулирования химического состава шва, обусловленные использованием одной электродной проволоки и сильное взаимодействие собственных магнитных полей дуг, приводящее к нестабильности их пространственного положения и переноса электродного металла в сварочную ванну, что приводит к большому разбрызгиванию и потерям электродного металла и нестабильности размеров наплавляемого валика. Использование балластного сопротивления для питания дуги косвенного действия не обеспечивает устойчивости дуги на всех режимах, так как дуга с плавящимся электродом устойчиво горит от источника питания с жесткой вольтамперной характеристикой (ВАХ), а балластное сопротивление обеспечивает падающую ВАХ.The disadvantages of this welding method include the low productivity of surfacing and the limited ability to control the chemical composition of the weld, due to the use of one electrode wire and the strong interaction of the intrinsic magnetic fields of the arcs, leading to instability of their spatial position and transfer of electrode metal into the weld pool, which leads to large spatter and loss of electrode metal and instability of the size of the deposited roller. The use of ballast resistance to power an indirect arc does not ensure arc stability in all modes, since an arc with a consumable electrode burns steadily from a power source with a rigid current-voltage characteristic (CVC), and ballast resistance provides a falling CVC.
В известном способе автоматической сварки комбинацией дуг прямого и косвенного действия в среде инертного газа, при котором к неплавящемуся электроду подключают отрицательный полюс сварочного источника питания, а к изделию его положительный полюс и зажигают между ними дугу прямого действия, плавящийся электрод подключают к полюсу второго источника питания, зажигают с него дугу косвенного действия, подавая его непрерывно в зону сварки.In the known method of automatic welding by a combination of direct and indirect arcs in an inert gas medium, in which the negative pole of the welding power source is connected to the non-consumable electrode and the positive pole is connected to the product and the direct action arc is ignited between them, the melting electrode is connected to the pole of the second power source , light an indirect arc from it, feeding it continuously into the welding zone.
В отличие от прототипа, в зону сварки непрерывно подают вторую электродную проволоку, подключая ее к другому полюсу второго источника питания, зажигают дугу косвенного действия между плавящимися электродами, располагая ее позади дуги прямого действия в отношении направления скорости сварки в пределах длины сварочной ванны, образованной на изделии дугой прямого действия, обеспечивают пульсацию токов дуг прямого и косвенного действия, причем во время протекания большого тока дуги прямого действия, в дуге косвенного действия протекает малый ток, а в период протекания малого тока дуги прямого действия в дуге косвенного действия протекает большой ток, длительность протекания большого тока в дуге прямого действия на изделие устанавливают в пределах 0,2…0,8 по отношению к циклу протекания в нем тока, причем минимальные средние значения малого токов дуг прямого и косвенного действия выбирают обеспечивающими их устойчивое горение.In contrast to the prototype, the second electrode wire is continuously fed into the welding zone, connecting it to the other pole of the second power source, an indirect arc between the melting electrodes is ignited, positioning it behind the direct acting arc with respect to the direction of the welding speed within the length of the weld pool formed on the product with an arc of direct action, provide pulsation of the currents of arcs of direct and indirect action, and during the flow of a large current of the arc of direct action, in the indirect arc flows m high current, and during the flow of a small current of a direct-acting arc, a large current flows in an indirect-arc, the duration of a large current in a direct-acting arc is set on the product within 0.2 ... 0.8 with respect to the current flow in it, moreover minimum average values of small currents of arcs of direct and indirect action are chosen to ensure their stable combustion.
Диаметры электродов дуги косвенного действия могут выбираться различными.The diameters of the electrodes of the indirect arc can be selected different.
Вылеты электродов дуги косвенного действия могут выбираться различными.Departures of electrodes of an indirect arc can be selected different.
Химические составы электродных проволок могут выбираться различными.The chemical compositions of the electrode wires can be selected different.
Электроды дуги косвенного действия могут быть подключены к источнику питания постоянного тока.Indirect arc electrodes can be connected to a DC power source.
Электроды дуги косвенного действия могут быть подключены к источнику питания переменного тока.Indirect arc electrodes can be connected to an AC power source.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении производительности наплавки при одновременном повышении стабильности процесса сварки путем снижении магнитного взаимодействия дуг. Повышение производительности обеспечивается использованием второго плавящегося электрода в дуге косвенного действия. Снижение магнитного взаимодействия дуг обеспечивается как удалением дуг друг от друга на расстояние до длины сварочной ванны, так и за счет пульсирующего характера токов дуг.The technical result of the proposed method is to increase the productivity of surfacing while improving the stability of the welding process by reducing the magnetic interaction of the arcs. The increase in productivity is provided by the use of a second consumable electrode in an indirect arc. Reducing the magnetic interaction of the arcs is ensured both by removing the arcs from each other to a distance to the length of the weld pool, and due to the pulsating nature of the arc currents.
Сила взаимодействия магнитных полей дуг по закону Ампера, как двух проводников, обратно пропорциональна расстоянию между ними.The force of interaction of the magnetic fields of arcs according to Ampere's law, as two conductors, is inversely proportional to the distance between them.
Сила взаимодействия магнитных полей токов дуг, также согласно закону Ампера, пропорциональна произведению токов дуг. При работе дуги прямого действия и дуги косвенного действия в пульсирующем режиме по предложенному алгоритму, произведение средних токов дуг прямого и косвенного действия в период пульсации всегда меньше произведения их средних значений, присущих действию дуг в стационарном режиме.The force of interaction of the magnetic fields of the arc currents, also according to Ampere's law, is proportional to the product of the arc currents. When a direct action arc and an indirect action arc are pulsed according to the proposed algorithm, the product of the average currents of the direct and indirect action arcs during the pulsation period is always less than the product of their average values inherent to the action of the arcs in the stationary mode.
Расположение плавящихся электродов дуги косвенного действия за неплавящимся электродом дуги прямого действия по отношению к направлению скорости сварки в пределах длины сварочной ванны обеспечивает попадание капель электродного металла в сварочную ванну и образование единого шва, в котором происходит перемешивание основного и электродного металлов.The location of the melting electrodes of the indirect arc behind the non-consumable electrode of the direct arc relative to the direction of the welding speed within the length of the weld pool ensures that droplets of the electrode metal enter the weld pool and the formation of a single seam in which the base and electrode metals are mixed.
Ограничение минимальных средних значений малых токов дуг прямого и косвенного действия преследует цель обеспечить их устойчивое горение в системе «дуга-источник питания».The limitation of the minimum average values of small currents of arcs of direct and indirect action is aimed at ensuring their stable combustion in the "arc-power source" system.
Определение диапазона отношения времени пульсаций в дугах к периоду обеспечивает дополнительные технологические возможности дуг, например, при недостаточной мощности сварочных источников питания.Determining the range of the ratio of the ripple time in arcs to the period provides additional technological capabilities of the arcs, for example, with insufficient power of the welding power sources.
Выбор диаметров плавящихся электродов различными расширяет технологические возможности способа в отношении производительности наплавки каждым из электродов.The choice of different diameters of the melting electrodes expands the technological capabilities of the method in relation to the surfacing performance of each of the electrodes.
Выбор вылетов плавящихся электродов различными дополнительно расширяет технологические возможности способа в отношении производительности наплавки каждым из электродов.The choice of the flights of the melting electrodes with various additionally expands the technological capabilities of the method with respect to the surfacing performance of each of the electrodes.
Выбор различным химических составов плавящихся электродов расширяет технологические возможности регулирования химического состава наплавленного металла путем использования различных сочетаний известных марок проволок путем регулирования тока дуги прямого действия, диаметра и вылета электродов.The choice of various chemical compositions of the melting electrodes expands the technological capabilities of regulating the chemical composition of the deposited metal by using various combinations of well-known wire grades by adjusting the direct current arc, the diameter and the electrode extension.
На фиг. 1 представлена схема реализации способа, на фиг. 2 - циклограмма тока в дуге прямого действия, на фиг. 3 - циклограмма тока в дуге косвенного действия, на фиг. 4 - вольтамперные характеристики дуги и источника питания, на фиг. 5 - зависимости коэффициента расплавления электродных проволок, на фиг. 6 - зависимости содержания легирующих элементов в наплавленном металле от тока дуги косвенного действия.In FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the method, FIG. 2 is a current flow diagram in a direct-acting arc, in FIG. 3 is a current flow diagram in an indirect arc, FIG. 4 - current-voltage characteristics of the arc and the power source, in FIG. 5 - dependences of the coefficient of fusion of electrode wires, in FIG. 6 - dependence of the content of alloying elements in the weld metal on the arc current of indirect action.
На фиг. 1 представлена схема реализации предлагаемого способа сварки. В сопло сварочной горелки 1 подается аргон. В горелке 1 помещен неплавящийся вольфрамовый электрод 2. Между электродом 2 и двумя частями изделия 3 горит дуга прямого действия 4 от сварочного источника питания постоянного тока 5. Отрицательный полюс источника 5 подключен к неплавящемуся электроду 2. Положительный полюс источника питания 5 имеет два выхода с проводниками, подключенными к изделию 3 через электронные ключи 6 и 7. Сварочная горелка 1 перемещается вдоль изделия 3 со скоростью сварки VC. От дуги прямого действия возникает сварочная ванна 8. За сварочной дугой прямого действия 4 по отношению к направлению скорости сварки в пределах сварочной ванны 8 располагаются плавящиеся электроды 9 и 10. Они подключены ко второму сварочному источнику питания постоянного или переменного тока 11. Между ними непрерывно горит пульсирующая дуга косвенного действия 12. Плавящиеся электроды 9 и 10 могут иметь различный диаметр и длину вылета, различный химический состав. В общем случае они расплавляются и подаются с различной скоростью VЭ1 и VЭ2 независимыми механизмами подачи. Между осью неплавящегося электрода 2 и плоскостью, в которой расположены плавящиеся электроды 9 и 10 расстояние Δ, которое лежит в пределах сварочной ванны. Капли электродного металла с электродов 9 и 10 попадают в сварочную ванну 8.In FIG. 1 presents a diagram of the implementation of the proposed welding method. Argon is supplied to the nozzle of the
Устройство сварочного источника 5 обеспечивает два режима питания дуги прямого действия: с большим и малым токами. Электронный ключ 6 обеспечивает включение малого тока пульсаций дуги прямого действия, а электронный ключ 7 - большого тока пульсаций. Управление электронными ключами 6 и 7 производится с помощью специальной схемы управления. В период включения электронного ключа 6, электронный ключ 7 отключен и наоборот. Электронные ключи 6 и 7 с помощью электронной схемы позволяют регулировать в периоде длительность протекания малого IМП и большого IБП токов пульсаций в дуге прямого действия.The device of the welding source 5 provides two modes of supply of the arc of direct action: with high and low currents. The
Устройство сварочного источника 11 также обеспечивает два режима питания дуги косвенного действия: с большим и малым токами. В проводниках, соединяющих плавящиеся электроды 9 и 10 с источником питания 11, установлены электронные ключи 13 и 14, которые обеспечивают пульсации тока дуги косвенного действия 12 и регулируют длительность протекания большого и малого токов в дуге 12 косвенного действия. Длительность протекания большого тока в дуге косвенного действия 12tБК также равна времени протекания малого тока в дуге прямого действия 4 tМП. Соответственно она может изменяться в пределах 0,8…0,2 периода протекания тока в дуге прямого действия.The device of the
Электронные ключи 13 и 14 периодически переключают дугу косвенного действия 12 с малого тока на большой в зависимости от величины протекания тока пульсаций в дуге прямого действия 4. Управление электронными ключами производится с помощью специальной электронной схемы управления. Стабильность дуги косвенного действия 12 обеспечивается за счет ее непрерывного горения и подачи плавящихся электродов 9 и 10 со скоростью их расплавления.
На фиг. 2 представлена циклограмма тока дуги прямого действия. Циклограмма представляет зависимость изменения тока дуги от времени t. Форма пульсаций тока прямоугольная, то есть в процессе одной пульсации ток не изменяется. Весь период протекания тока дуги прямого действия обозначен tЦ. Время протекания малого тока дуги прямого действия IМП составляет tМП а время протекания большого тока дуги прямого действия IБП составляет tБП. Большой ток преимущественно обеспечивает проплавление изделия. Малый ток преимущественно поддерживает устойчивое горение дуги. Соотношение времени протекания малого тока дуги прямого действия по отношению к длительности цикла следует выбирать в пределах tМП/tЦ=0,2…0,8, а большого соответственно tБП/tЦ=0,8…0,2. Это позволяет дополнительно регулировать средний ток дуги прямого действия и, следовательно, регулировать площадь проплавления основного металла в зависимости от того, какую долю участия основного металла в металле шва требуется получить. Кроме того, это создает возможность при сохранении среднего тока регулировать давление дуги на сварочную ванну в периоды пульсаций тока.In FIG. 2 shows a sequence diagram of the direct current arc current. The cycle diagram represents the dependence of the change in the arc current on time t. The shape of the current ripples is rectangular, that is, during one ripple the current does not change. The entire period of the flow of direct current arc is designated t C. The flow time of a small current of a direct-acting arc I MP is t MP and the flow time of a large current of a direct-acting arc I PSU is t BP . High current mainly provides penetration of the product. A small current mainly supports stable arc burning. The ratio of the flow time of a small current of a direct-acting arc with respect to the duration of the cycle should be chosen within t MP / t C = 0.2 ... 0.8, and large, respectively, t BP / t C = 0.8 ... 0.2. This allows you to further control the average direct arc arc current and, therefore, to adjust the penetration area of the base metal, depending on what proportion of the participation of the base metal in the weld metal is required. In addition, this makes it possible, while maintaining the average current, to regulate the arc pressure on the weld pool during periods of current ripple.
Действующим значением однонаправленного тока дуги с любой формой импульсов является ее средний ток, так как напряжение дуги практически не зависит от тока.The effective value of the unidirectional arc current with any pulse shape is its average current, since the arc voltage is practically independent of the current.
Средний ток дуги прямого действия с неплавящимся электродом при прямоугольной форме пульсаций тока за период пульсаций можно определить по формулеThe average current of a direct-acting arc with a non-consumable electrode with a rectangular shape of current ripples during the ripple period can be determined by the formula
где IМП - значение малого тока дуги прямого действия в период его протекания в цикле;where I MP - the value of a small current arc direct action during its course in the cycle;
tМП- время протекания малого тока дуги прямого действия;t MP - time flow of a small current arc direct action;
IБП - значение большого тока дуги прямого действия в период его протекания в цикле;I BP - the value of a large arc current of direct action during its course in the cycle;
tБП - время протекания большого тока дуги прямого действия.t PSU - the flow time of a large current arc direct action.
Время tМП+tБП=tЦ составляет время цикла для дуги прямого действия. Действие среднего тока на проплавление изделия в пульсирующем режиме эквивалентно действию равного ему постоянного тока дуги прямой полярности.Time t MP + t BP = t C is the cycle time for a direct-acting arc. The action of the average current on the penetration of the product in a pulsating mode is equivalent to the action of the direct current equal to it of an arc of direct polarity.
Зависимость на фиг. 3 представляет циклограмму тока дуги косвенного действия между плавящимися электродами. Время протекания малого тока дуги IМК косвенного действия равно времени протекания большого тока дуги прямого действия tБП. Время протекания большого тока дуги IБК косвенного действия равно времени протекания малого тока дуги прямого действия tМП. Ток IБК обеспечивает преимущественно требуемую скорость расплавления электродных проволок. IМК обеспечивает преимущественно стабильное горение дуги. За счет такой системы протекания токов дуг прямого и косвенного действия до минимума снижается взаимодействие магнитных полей дуг. Дополнительно уменьшение магнитного взаимодействия дуг обеспечивается за счет их удаления друг от друга по сравнению с известным способом.The relationship in FIG. 3 is a sequence diagram of an indirect arc current between melting electrodes. The flow time of a small arc current I MK indirect action is equal to the flow time of a large arc current direct action t BP . The flow time of a large arc current I BK indirect action is equal to the flow time of a small arc current direct action t MP . Current I BK provides mainly the required rate of melting of the electrode wires. I MK provides predominantly stable arc burning. Due to such a system of flow of currents of arcs of direct and indirect action, the interaction of magnetic fields of arcs is reduced to a minimum. Additionally, a decrease in the magnetic interaction of the arcs is provided due to their removal from each other in comparison with the known method.
Соотношение времени пульсаций малого или большого тока в дуге косвенного действия по отношению к длительности цикла пульсаций дуги прямого действия следует выбирать в пределах t=(0,2…0,8)tЦ. Это позволит дополнительно к току дуги косвенного действия регулировать площадь поперечного сечения наплавленного металла в зависимости от того, какое значение доли наплавленного металла в металле шва требуется получить. Соответственно длительность времени протекания большого или малого тока в дуге прямого действия в этот период будет t=(0,8…0,2)tЦ.The ratio of the ripple time of a small or large current in an indirect arc with respect to the duration of the ripple cycle of a direct arc should be selected in the range t = (0.2 ... 0.8) t C. This will allow, in addition to the indirect arc current, to regulate the cross-sectional area of the deposited metal, depending on what value of the deposited metal fraction in the weld metal is required to be obtained. Accordingly, the duration of the flow of large or small current in an arc of direct action in this period will be t = (0.8 ... 0.2) t C.
Средний, за период ток дуги косвенного действия с плавящимся электродом с прямоугольной формой импульса тока можно определить по формулеThe average, for a period, current of an indirect arc with a melting electrode with a rectangular shape of the current pulse can be determined by the formula
где IМК - значение малого тока дуги косвенного действия в период его протекания в цикле;where I MK - the value of a small arc current of an indirect action during its course in the cycle;
tМК - время протекания малого тока дуги косвенного действия в одном периоде;t MK - the time of flow of a small current of an indirect arc in one period;
IБК - значение большого тока дуги косвенного действия в период его протекания в цикле;I BC - the value of a large current of an indirect arc during its course in the cycle;
tБК - время протекания большого тока дуги косвенного действия в периоде.t BC - time of the large current flow of an indirect arc in the period.
Время tЦ составляет время цикла дуг прямого и косвенного действия.Time t C is the cycle time of arcs of direct and indirect action.
Действие среднего тока на скорость плавления электродов в пульсирующем режиме эквивалентно действию равного ему постоянного тока в стационарном режиме.The effect of the average current on the melting rate of the electrodes in a pulsating mode is equivalent to the action of an equal direct current in a stationary mode.
На фиг. 4 представлены зависимости вольтамперных характеристик дуги и источника питания. Кривая 1 представляет крутопадающую вольтамперную характеристику источника питания для дуги с неплавящимся электродом, кривая 2 - вольтамперную характеристику дуги с неплавящимся вольфрамовым электродом, кривая 3 вольтамперную характеристику источника питания, обеспечивающую минимальные сварочные токи. Кривая 2 имеет падающий участок, минимум напряжения и возрастающий участок. Кривая 1 и кривая 2 пересекаются в двух точках Б и Г. В этих точках возможно существование дуги с неплавящимся электродом. В соответствии с теорией сварочной дуги точка Г является неустойчивой рабочей точкой системы, поскольку в ней не выполняется условие устойчивости и при небольших отклонениях тока дуга гаснет. Наоборот, точка Б является рабочей точкой системы, в которой условие устойчивости выполняется и при малых отклонениях тока дуги она переходит в новое устойчивое состояние. Ток в этой точке соответствует большому току пульсаций в дуге прямого действия IБП. Точка пересечения вольтамперной характеристики дуги 2 с вольтамперной характеристикой источника 3 в точке В дает минимальное значение тока, но при котором не обеспечивается устойчивое горение дуги с неплавящимся электродом. Этот ток нельзя использовать как малый при выборе пульсирующего режима горения дуги прямого действия между неплавящимся электродом и изделием по предлагаемому способу. Наоборот, в рабочей точке А пересечения кривых 3 и 2 обеспечивается устойчивое горение дуги. Поэтому ток IМП для этой точки может служить малым током пульсаций в дуге прямого действия.In FIG. Figure 4 shows the dependences of the current-voltage characteristics of the arc and the power source.
На фиг. 5 представлены зависимости коэффициента расплавления αР электродной алюминиевой проволоки от тока дуги обратной полярности по литературным данным. Кривая 1 представляет зависимость для проволоки марки Св-АМц диаметром dЭ=1,6 мм, кривая 2 для проволоки Св-АМг6 диаметром dЭ=2,0 мм. Кривая 1 для электрода меньшего диаметра расположена выше кривой 2 для большего диаметра. Поэтому при одинаковых токах больше коэффициент расплавления и производительность расплавления у электродной проволоки меньшего диаметра. Аналогичные зависимости имеют место и для стальных проволок в дуге обратной полярности в инертных газах. Зависимости αP для прямой полярности отличаются большим углом наклона по отношению к оси токов. Это обусловлено зависимостью коэффициента расплавления электрода при нулевом вылете от тока дуги.In FIG. 5 shows the dependences of the melting coefficient α P of the aluminum electrode wire on the arc current of the opposite polarity according to the literature.
Коэффициент расплавления связан с коэффициентом наплавки эмпирическим соотношениемThe melting coefficient is related to the surfacing coefficient by the empirical ratio
где ΨП - коэффициент потерь на угар и разбрызгивание.where Ψ П - loss coefficient for waste and spraying.
Производительность наплавки для каждого из плавящихся электродов можно рассчитать по формулеThe surfacing performance for each of the melting electrodes can be calculated by the formula
где αH - коэффициент наплавки, г/(А⋅ч );where α H is the surfacing coefficient, g / (A⋅h);
IСК - средний ток дуги косвенного действия, А.I SK - average arc current of indirect action, A.
При этом коэффициент наплавки каждого электрода будет в общем случае разным в зависимости от полюса источника питания, подключенного к электроду.In this case, the surfacing coefficient of each electrode will generally be different depending on the pole of the power source connected to the electrode.
Из графиков фиг. 5 следует, что диаметр плавящегося электрода оказывает существенное влияние на коэффициент наплавки и, следовательно, на ее производительность.From the graphs of FIG. 5 it follows that the diameter of the consumable electrode has a significant effect on the deposition coefficient and, therefore, on its productivity.
В литературе приводится формула для скорости расплавления тонкой кремниево-марганцевой электродной проволоки в дуге обратной полярности в защитном газе. Для коэффициента расплавления в г/(А⋅с) она принимает видThe literature provides a formula for the melting rate of a thin silicon-manganese electrode wire in an arc of reverse polarity in a protective gas. For the melting coefficient in g / (A⋅s), it takes the form
где ρ - плотность материала электрода, г/мм3,where ρ is the density of the electrode material, g / mm 3 ,
L - вылет, мм;L - reach, mm;
J - плотность тока, А/мм2.J is the current density, A / mm 2 .
Формула (5) показывает существенную зависимость коэффициента расплавления от вылета электрода. Аналогичная зависимость имеет место для дуги прямой полярности и дуги переменного тока. Поэтому изменяя вылет плавящегося электрода можно регулировать производительность расплавления в предлагаемом способе.Formula (5) shows a significant dependence of the fusion coefficient on the electrode overhang. A similar dependence takes place for an arc of direct polarity and an arc of alternating current. Therefore, by changing the reach of the melting electrode, it is possible to control the performance of the melting in the proposed method.
Выбор известных марок электродных проволок различного химического состава обеспечивает неограниченные возможности получения и регулирования химического состава шва.The choice of well-known brands of electrode wires of various chemical composition provides unlimited possibilities for obtaining and regulating the chemical composition of the weld.
Содержание какого-либо химического элемента в шве определяется по известной формулеThe content of any chemical element in the seam is determined by the well-known formula
где - содержание данного химического элемента в основном металле, %;Where - the content of this chemical element in the base metal,%;
ψО - доля участия основного металла в металле шва.ψ О - share of the base metal in the weld metal.
- содержание данного химического элемента в наплавленном металле, %. - the content of this chemical element in the weld metal,%.
Доля участия основного металла в металле шва ψО определяется по формулеThe share of the base metal in the weld metal ψ О is determined by the formula
где FО - площадь поперечного сечения проплавления основного металла, см2;where F About - the cross-sectional area of the penetration of the base metal, cm 2 ;
FH - площадь поперечного сечения наплавленного металла, см2.F H - the cross-sectional area of the weld metal, cm 2 .
Площадь поперечного сечения наплавленного металла при наплавке дугой косвенного действия можно рассчитать по формулеThe cross-sectional area of the deposited metal during surfacing by an indirect arc can be calculated by the formula
где П1 и П2 - производительности наплавки электродов, г/с;where P 1 and P 2 - the performance of surfacing electrodes, g / s;
ρ - плотность наплавленного металла, г/см3;ρ is the density of the deposited metal, g / cm 3 ;
VС - скорость сварки, см/с.V C - welding speed, cm / s.
В формуле (8) принято, что плотности металла электродов равны.In formula (8), it is assumed that the metal densities of the electrodes are equal.
Коэффициент наплавки αН зависит от диаметра электрода, тока дуги, вылета электрода, рода тока или полярности дуги.The deposition coefficient α N depends on the diameter of the electrode, arc current, electrode stick-out, current type or arc polarity.
Коэффициент наплавки однозначно связан со скоростью расплавления электродаThe deposition coefficient is uniquely related to the melting rate of the electrode
где ψП - коэффициент потерь электрода на угар и разбрызгивание;where ψ P is the coefficient of electrode loss due to burning and spraying;
VЭ - скорость расплавления электрода, см/с;V e - the melting rate of the electrode, cm / s;
j - плотность тока в сечении электрода, А/см2.j is the current density in the cross section of the electrode, A / cm 2 .
Коэффициент наплавки электродов ан определяется экспериментально через коэффициент расплавления и приводится в специальной литературе, как это приведено на фиг. 5.The deposition coefficient of electrodes an is determined experimentally through the melting coefficient and is given in the specialized literature, as shown in FIG. 5.
Таким образом, зная содержание химического элемента в электродах, с помощью формул (3-9) можно рассчитать его содержание в шве, если известна площадь поперечного сечения основного металла FО В предлагаемом способе FО может определяться экспериментально при наплавке по известному способу дугой прямого действия на заданном токе, равном среднему току пульсирующей дуги прямого действия или теоретически путем использования адекватной расчетной схемы распространения тепла при сварке.Thus, knowing the content of the chemical element in the electrodes, using formulas (3-9), it is possible to calculate its content in the weld if the cross-sectional area of the base metal F O is known. In the proposed method, F O can be determined experimentally by surfacing using a known method with a direct arc at a given current equal to the average current of a pulsating arc of direct action or theoretically by using an adequate design of the heat distribution during welding.
Скорость расплавления каждого электрода в см/с можно определить по формулеThe melting rate of each electrode in cm / s can be determined by the formula
где dЭ - диаметр плавящегося электрода, см;where d E is the diameter of the melting electrode, cm;
αP - коэффициент расплавления плавящегося электрода при сварке дугой прямого действия на аналогичной полярности при токе дуги IД=IСК.α P is the melting coefficient of the consumable electrode when welding by a direct-acting arc at a similar polarity at the arc current I D = I CK .
Таким образом, по зависимостям коэффициента расплавления в дуге прямого действия и току дуги косвенного действия можно определить скорости расплавления электродов дуги косвенного действия в пульсирующем режиме по предлагаемому способу, и, следовательно, рассчитать химический состав наплавленного металла и шва.Thus, according to the dependences of the melting coefficient in the direct arc and the current of the indirect arc, it is possible to determine the melting rate of the electrodes of the indirect arc in a pulsating mode according to the proposed method, and, therefore, to calculate the chemical composition of the deposited metal and weld.
На фиг. 6 представлены зависимости содержания легирующих элементов марганца и хрома от тока дуги косвенного действия для проволок Св-АМц и Св-АМг6 с диаметрами, указанными для фиг. 5. Кривая 1 представляет собой зависимость для магния, а кривая 2 для марганца. Проволока Св-АМц присоединялась к отрицательному полюсу источника питания, а проволока Св-АМг6 - к положительному. Коэффициент наплавки проволоки Св-АМц принимался αН=8 г/(Ач), а проволоки Св-АМг6 αН=7 г/(Ач). Содержание марганца в проволоке Св-АМц принималось 1%, а магния 0%. Содержание магния в проволоке Св-АМг6 принималось 6%, а марганца 0%.In FIG. 6 shows the dependences of the content of alloying elements of manganese and chromium on the indirect current of the indirect arc for Sv-AMts and Sv-AMg6 wires with the diameters indicated for FIG. 5.
Содержание элементов в наплавленном металле СН рассчитывали по формулеThe content of elements in the weld metal С Н was calculated by the formula
где C1 и С2 - соответственно содержание элемента в первой и второй проволоках, %;where C 1 and C 2 - respectively, the content of the element in the first and second wires,%;
П1 и П2 - производительности расплавления проволок, г/с.P 1 and P 2 - the melting capacity of the wires, g / s
Из зависимостей на фиг. 6 видно, что содержание каждого из элементов в наплавленном металле крайне слабо зависит от тока дуги косвенного действия. Различие имеет место только в третьем знаке после запятой. Это вызвано тем, что коэффициенты наплавки электродов обычно достаточно близки, ток косвенной дуги одинаков для каждого из электродов и производительности расплавления пропорциональны току и коэффициенту наплавки. В то же время такая слабая зависимость обеспечивает возможность регулирования содержания этих же элементов в шве в широких пределах, так как поперечное сечение наплавленного металла и шва изменяется, а поперечное сечение основного металла остается практически постоянным. В соответствии с формулой (7) существенно изменяется доля участия основного металла в шве и содержание легирующих элементов в соответствии с формулой (6). Таким образом, в предлагаемом способе обеспечивается возможность существенного раздельного регулирования химического состава шва за счет параметров дуг прямого и косвенного действия или совместного изменения параметров этих дуг. Необходимый состав легко обеспечить, так как проплавление изделия практически не зависит от мощности, передаваемой изделию электродным металлом дуги косвенного действия.From the dependencies in FIG. Figure 6 shows that the content of each of the elements in the deposited metal is extremely weakly dependent on the arc current of an indirect action. The difference takes place only in the third decimal place. This is because the electrode surfacing coefficients are usually quite close, the indirect arc current is the same for each of the electrodes and the melting performance is proportional to the current and deposition coefficient. At the same time, such a weak dependence makes it possible to control the content of the same elements in the weld over a wide range, since the cross section of the deposited metal and weld varies, and the cross section of the base metal remains almost constant. In accordance with formula (7), the proportion of the participation of the base metal in the weld and the content of alloying elements in accordance with formula (6) changes significantly. Thus, in the proposed method provides the possibility of significant separate regulation of the chemical composition of the weld due to the parameters of arcs of direct and indirect action or a joint change in the parameters of these arcs. The necessary composition is easy to provide, since the penetration of the product is practically independent of the power transferred to the product by the electrode metal of an indirect arc.
Средний ток дуги прямого действия за период определяет площадь поперечного сечения проплавления основного металла. Изменяя соотношение средних токов дуг прямого и косвенного действия, можно регулировать долю участия основного металла в металле шва.The average direct arc current for the period determines the cross-sectional area of the penetration of the base metal. By changing the ratio of the average currents of arcs of direct and indirect action, it is possible to regulate the proportion of the participation of the base metal in the weld metal.
В результате проведенных исследований установлено, что площадь поперечного сечения основного металла практически не зависит от мощности, передаваемой в сварочную ванну жидким электродным металлом, а зависит только от среднего тока дуги прямого действия. Это обусловлено тем, что мощность поглощенная жидким металлом электродов передается в сварочную ванну и оказывает через нее на проплавление изделия очень малое влияние. Поэтому при использовании данного способа легко можно определить содержание любого легирующего элемента в шве при известных составе электродных проволок, основного металла и режимах дуг. Изменяя ток дуги косвенного действия можно в широких пределах регулировать химический состав шва, так как сечение проплавления основного металла практически не изменяется.As a result of the studies, it was found that the cross-sectional area of the base metal is practically independent of the power transmitted to the weld pool by liquid electrode metal, but depends only on the average direct arc current. This is due to the fact that the power absorbed by the liquid metal electrodes is transmitted to the weld pool and through it has a very small effect on the penetration of the product. Therefore, when using this method, it is easy to determine the content of any alloying element in the seam with known composition of electrode wires, base metal and arc modes. By varying the arc current of an indirect action, it is possible to widely control the chemical composition of the weld, since the penetration cross section of the base metal practically does not change.
За счет регулирования производительности расплавления и наплавки проволок при различном их химическом составе можно получать широкий спектр легирующих элементов в наплавленном металле и металле шва. Производительность расплавления и наплавки каждой проволоки можно регулировать раздельно за счет диаметра электродных проволок, вылета электродных проволок, полюса подключения к источнику питания. Долю участия основного (или электродного) металла в металле шва можно практически независимо от тока дуги косвенного действия регулировать средним током дуги прямого действия. Это обеспечивает высокую технологическую гибкость способа сварки. Практически полностью может отпасть необходимость создания новых проволок, так как необходимый состав шва можно рассчитать и получить с помощью известных проволок.Due to the regulation of the performance of melting and surfacing of wires with their various chemical composition, it is possible to obtain a wide range of alloying elements in the weld metal and weld metal. The performance of the melting and surfacing of each wire can be adjusted separately due to the diameter of the electrode wires, the extension of the electrode wires, the pole of connection to the power source. The participation of the main (or electrode) metal in the weld metal can be regulated almost independently of the indirect arc current by the average direct-acting arc current. This provides high technological flexibility of the welding method. The need to create new wires can almost completely disappear, since the necessary composition of the seam can be calculated and obtained using known wires.
Если, например, известно 50 марок сварочных проволок различного химического состава, то, согласно теории сочетаний, из них можно получить 49⋅50=2450 комбинаций двух проволок. С учетом различия диаметров проволок, вылетов и полярностей электродов можно обеспечить практически любой требуемый состав наплавленного металла и, соответственно, шва, обходясь без создания новых марок проволок, как это требуется при сварке по известному способу.If, for example, 50 grades of welding wires of various chemical composition are known, then, according to the theory of combinations, from them 49–50 = 2450 combinations of two wires can be obtained. Given the difference in wire diameters, spikes and polarity of the electrodes, it is possible to provide almost any desired composition of the deposited metal and, accordingly, the weld, without creating new grades of wires, as is required when welding by a known method.
Пример.Example.
Производилась наплавка по предлагаемому способу наплавочными электродными проволоками по ГОСТ 10543-98: Нп-20Х14 диаметром dЭ=1,6 мм и Нп- Г13А диаметром dЭ=l,2 мм на пластину из стали 20 толщиной δ=10 мм.Surfacing was carried out according to the proposed method with welding electrode wires in accordance with GOST 10543-98: Np-20X14 with a diameter d E = 1.6 mm and Np-G13A with a diameter d E = l, 2 mm onto a steel plate 20 with a thickness of δ = 10 mm.
Содержание легирующих элементов в проволоках и основном металле в процентах по данным сертификатов приведено в таблице 1.The content of alloying elements in wires and base metal as a percentage according to the certificates is given in table 1.
Скорость наплавки составляла VС=0,5 см/с. Дуга прямого действия между неплавящимся электродом диаметром dЭ=3 мм сварочной горелки и изделием горела в среде аргона. Расход аргона составлял G=10 л/мин. Дуга прямого действия питалась от сварочного источника питания постоянного тока ВДУ -306. Малый ток дуги прямого действия обеспечивался путем установки в один из проводников, соединяющий источник питания с изделием шунтирующего балластного сопротивления. Включение и выключение балластного сопротивления осуществлялось с помощью специальной электронной схемы. Дуга косвенного действия питалась от двух источников питания ФОРСАЖ-500 для механизированной сварки с механизмами подачи электродной проволоки. Для обеспечения малого тока дуги косвенного действия включался один источник питания, а для обеспечения большого тока два источника включались параллельно. Переключение источников с одного на два параллельных осуществлялось с помощью той же специальной электронной схемы.The deposition rate was V C = 0.5 cm / s. A direct-acting arc between a non-consumable electrode with a diameter d e = 3 mm of the welding torch and the product burned in an argon atmosphere. The argon flow rate was G = 10 l / min. The direct-acting arc was powered by a VDU-306 DC welding power source. A small direct current arc was provided by installing it in one of the conductors connecting the power source to the shunt ballast. Turning on and off the ballast resistance was carried out using a special electronic circuit. The indirect arc was powered by two FORSAGE-500 power sources for mechanized welding with electrode wire feed mechanisms. To ensure a small current of the indirect arc, one power source was turned on, and to ensure a large current, two sources were turned on in parallel. Switching sources from one to two parallel was carried out using the same special electronic circuit.
Электрическая схема обеспечивала следующие параметры пульсаций тока дуги прямого действия: большой ток пульсации прямоугольной формы IБП=300 А, время его протекания 0,01 с, малый ток пульсаций прямоугольной формы IМП=50 А, время его протекания 0,01 с. Период пульсаций дуги прямого действия составил tЦ=0,02 с, частота пульсаций f=50 Гц. Средний сварочный ток дуги прямого действия по формуле (1)The electric circuit provided the following parameters of ripples of the direct current arc current: a large ripple current of a rectangular shape I BP = 300 A, its flow time 0.01 s, a small ripple current of a rectangular shape I MP = 50 A, its flow time 0.01 s. The ripple period of the direct-action arc was t C = 0.02 s, the ripple frequency f = 50 Hz. The average welding current of a direct-acting arc according to the formula (1)
IСП=(300⋅0,01+50⋅0,01)/(0,01+0,01)=175 А.I SP = (300⋅0.01 + 50⋅0.01) / (0.01 + 0.01) = 175 A.
Предварительно при обычной аргонодуговой наплавке дугой прямого действия от того же источника питания на токе дуги IД=IСП=175 А была выполнена наплавка без подачи присадочной проволоки со скоростью сварки VС=0,5 см/с. По макрошлифу определили площадь поперечного сечения проплавления основного металла FО=0,4 см2. Длина сварочной ванны позади неплавящегося электрода составляла ≈1,0 см.Previously, during conventional argon-arc surfacing with a direct-acting arc from the same power source at the arc current I D = I SP = 175 A, surfacing was performed without filler wire feeding with a welding speed V C = 0.5 cm / s. The macro section determined the cross-sectional area of the penetration of the base metal F O = 0.4 cm 2 . The length of the weld pool behind the non-consumable electrode was ≈1.0 cm.
Средний ток дуги косвенного действия был выбран IСК=150 А. Положительный полюс источника питания ФОРСАЖ-500 подключался к проволоке Нп-20Х14, а отрицательный - к проволоке Нп- Г13А. По зависимостям коэффициента расплавления в дуге прямого действия были определены коэффициенты расплавления электродов и коэффициенты наплавки. Коэффициент потерь на угар и разбрызгивание принимался ΨП=0,05. Получили для Нп-20Х14 αН=14 г/(А⋅ч), для Нп- Г13А=15 г/(А⋅ч). Показатели наплавки сведены в таблицу 2.The average arc current of an indirect action was chosen I SK = 150 A. The positive pole of the FORSAGE-500 power source was connected to the Np-20X14 wire, and the negative pole to the Np-G13A wire. Based on the dependences of the melting coefficient in a direct-acting arc, the melting coefficients of the electrodes and the deposition coefficients were determined. The loss factor for fumes and spatter was taken Ψ P = 0.05. Received for Нп-20Х14 α Н = 14 g / (А⋅ч), for Нп-Г13А = 15 g / (А⋅ч). The deposition rates are summarized in table 2.
Общая площадь наплавленного металла для двух проволок FНО=0,31 см2, доля участия основного металла в металле шваThe total area of the deposited metal for two wires F HO = 0.31 cm 2 , the participation of the base metal in the weld metal
ψО=FО/(FО+FН)=0,5/(0,5+0,31)=0,62.ψ О = F О / (F О + F Н ) = 0.5 / (0.5 + 0.31) = 0.62.
Длительность протекания большого тока прямоугольной формы для дуги косвенного действия будет равна длительности протекания малого тока дуги прямого действия и составлять tК=tМП=0,01 с.The duration of the flow of a large rectangular current for an indirect arc will be equal to the duration of the flow of a small current of a direct arc and be t K = t MP = 0.01 s.
Значение большого тока дуги косвенного действия необходимо выбрать. Принимали IБК=250 А. В этом случае малый ток дуги косвенного действия из формулы (2)The value of a large current of an indirect arc must be selected. We took I BK = 250 A. In this case, the small current of the indirect arc from formula (2)
IСК=(IМК⋅tМК+IБКtБК)/tЦ I SC = (I MK ⋅t MK + I BK t BK ) / t C
150=(IМК⋅0,01+250⋅0,01)/0,02.150 = (I MK ⋅ 0.01 + 250 ⋅ 0.01) / 0.02.
Отсюда IМК=50 А.Hence I MK = 50 A.
При реализации способа дуга косвенного действия располагалась на расстоянии 0,7 см позади неплавящегося электрода. При этом капли электродного металла попадали в сварочную ванну. В результате получили гладкий наплавленный валик со стабильной выпуклостью и шириной шва.When implementing the method, an indirect arc was located at a distance of 0.7 cm behind the non-consumable electrode. In this case, drops of electrode metal fell into the weld pool. The result is a smooth weld bead with stable bulge and weld width.
Рассчитывали содержание химических элементов в наплавленном металле и шве. Содержание элементов в наплавленном металле СН рассчитывали по формуле (11). П1 и П2 - производительности расплавления проволок в г/с брались из таблицы 2.The content of chemical elements in the weld metal and weld was calculated. The content of elements in the weld metal С Н was calculated by the formula (11). P 1 and P 2 - the performance of the melting wires in g / s were taken from table 2.
Содержание элементов в шве при известном содержании в наплавленном металле рассчитывали по формуле (3) при ψО=0,62. Результаты расчетов в % приведены в таблице 3.The content of elements in the weld at a known content in the weld metal was calculated by the formula (3) at ψ О = 0.62. The calculation results in% are shown in table 3.
В шве получили существенное содержание марганца и хрома, которые есть практически только в одной из проволок. Экспериментальное определение содержания марганца и хрома в шве совпало с расчетным содержанием с относительной точностью ±5%.In the seam received a significant content of manganese and chromium, which are almost only in one of the wires. The experimental determination of the content of manganese and chromium in the weld coincided with the calculated content with a relative accuracy of ± 5%.
Может быть решена и обратная задача, когда по требуемому содержанию основных легирующих элементов в шве следует рассчитать содержание этих элементов в проволоках и необходимые параметры сварки, которые обеспечат состав шва. При современных возможностях компьютерной техники такая задача может быть решена путем быстрого перебора решения прямой задачи, приведенной в примере.The inverse problem can also be solved when, based on the required content of the main alloying elements in the seam, the content of these elements in the wires and the necessary welding parameters that will ensure the composition of the seam should be calculated. With the modern capabilities of computer technology, this problem can be solved by quickly sorting out the solution to the direct problem given in the example.
Подбирая различные известные марки проволок и режимы горения дуг прямого и косвенного действия можно получить практически любой требуемый химический состав наплавленного металла и шва.By selecting various well-known brands of wires and combustion modes of direct and indirect arcs, almost any desired chemical composition of the deposited metal and weld can be obtained.
При расположении осей столбов дуг прямого и косвенного действия под углом друг к другу, согласно закону Ампера сила взаимного влияния дуг будет пропорциональна произведению токов этих дуг.When the axes of the columns of arcs of direct and indirect action are located at an angle to each other, according to Ampere’s law, the force of mutual influence of the arcs will be proportional to the product of the currents of these arcs.
В период протекания большого тока дуги косвенного действия сила взаимодействия столбов дуг пропорциональна произведению токовDuring the flow of a large current of an indirect arc, the interaction force of the columns of arcs is proportional to the product of currents
F1=k⋅250⋅50=k⋅12500 A2,F 1 = k⋅250⋅50 = k⋅12500 A 2 ,
где k - коэффициент пропорциональности, одинаковый для любых токов.where k is the coefficient of proportionality, the same for any currents.
В период протекания малого тока дуги косвенного действия сила взаимодействия столбов дуг пропорциональна произведению токовDuring the flow of a small current of an indirect arc, the interaction force of the columns of arcs is proportional to the product of currents
F1=k 50⋅300=k⋅15000 А2.F 1 = k 50 - 300 = k - 15,000 A 2 .
Значение больше при протекании малого тока в дуге косвенного действия. При наплавке по известному способу магнитное взаимодействие дуг будет пропорционально произведению средних значений токовThe value is greater when a small current flows in an indirect arc. When surfacing by a known method, the magnetic interaction of the arcs will be proportional to the product of the average currents
F1=k 150⋅175=k⋅26500 А2.F 1 = k 150-175 = k⋅26500 A 2 .
Таким образом, сила магнитного взаимодействия по предлагаемому способу, без учета удаления дуги косвенного действия от дуги прямого действия, уменьшается почти в 1,8 раза при протекании малого тока в дуге косвенного действия и более чем в 2 раза при протекании большого тока в дуге косвенного действия.Thus, the strength of the magnetic interaction according to the proposed method, without taking into account the removal of the indirect arc from the direct arc, decreases by almost 1.8 times when a small current flows in an indirect arc and more than 2 times when a large current flows in an indirect arc .
Способ может быть реализован с помощью выпускаемых промышленностью полуавтоматов и автоматов для механизированной и автоматической сварки в инертных газах с подачей присадочной проволоки совместно с используемыми сварочными источниками питания. Такие установки нужно дополнить устройствами для коммутации токов от полюсов источников питания постоянного тока с соответствующей электронной схемой управления. Последнее не представляет проблемы для современного уровня развития электронной и микропроцессорной техники. Поэтому способ обладает промышленной применимостью.The method can be implemented using semi-automatic machines and machines for mechanized and automatic welding in inert gases produced by the industry with filler wire feeding together with used welding power sources. Such installations need to be supplemented with devices for switching currents from the poles of DC power supplies with the corresponding electronic control circuit. The latter does not present a problem for the current level of development of electronic and microprocessor technology. Therefore, the method has industrial applicability.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017116359A RU2648618C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Method of automatic welding by the combination of arcs |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017116359A RU2648618C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Method of automatic welding by the combination of arcs |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2648618C1 true RU2648618C1 (en) | 2018-03-26 |
Family
ID=61708008
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017116359A RU2648618C1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Method of automatic welding by the combination of arcs |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2648618C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1310146A1 (en) * | 1986-02-06 | 1987-05-15 | Ростовский-На-Дону Институт Сельскохозяйственного Машиностроения | Method of gas-shielded two-arc welding |
SU1731508A1 (en) * | 1990-04-16 | 1992-05-07 | Научно-Производственное Объединение По Технологии Машиностроения "Цниитмаш" | Method of two-arc welding and fusion-on by consumable electrodes |
JP2010069494A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Daihen Corp | Two-wire welding method |
CN102814577A (en) * | 2012-08-23 | 2012-12-12 | 大连理工大学 | Three-dimensional distribution two-arc welding method |
RU2548542C2 (en) * | 2011-02-08 | 2015-04-20 | Закрытое акционерное общество "АС-Инвест" | Method of arc welding with three-phase arc and device for arc welding |
RU2598715C1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-09-27 | Автономная Некоммерческая Организация "Головной Аттестационный Центр по сварочному производству Средне-Волжского региона" | Method of welding by arc combination |
-
2017
- 2017-05-10 RU RU2017116359A patent/RU2648618C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1310146A1 (en) * | 1986-02-06 | 1987-05-15 | Ростовский-На-Дону Институт Сельскохозяйственного Машиностроения | Method of gas-shielded two-arc welding |
SU1731508A1 (en) * | 1990-04-16 | 1992-05-07 | Научно-Производственное Объединение По Технологии Машиностроения "Цниитмаш" | Method of two-arc welding and fusion-on by consumable electrodes |
JP2010069494A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Daihen Corp | Two-wire welding method |
RU2548542C2 (en) * | 2011-02-08 | 2015-04-20 | Закрытое акционерное общество "АС-Инвест" | Method of arc welding with three-phase arc and device for arc welding |
CN102814577A (en) * | 2012-08-23 | 2012-12-12 | 大连理工大学 | Three-dimensional distribution two-arc welding method |
RU2598715C1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-09-27 | Автономная Некоммерческая Организация "Головной Аттестационный Центр по сварочному производству Средне-Волжского региона" | Method of welding by arc combination |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Журнал "Сварочное производство", 1971, N 10, с. 26-28. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2646302C1 (en) | Method of welding by arc combination | |
RU2598715C1 (en) | Method of welding by arc combination | |
Li et al. | Double-electrode GMAW process and control | |
Li et al. | Consumable double-electrode GMAW-Part 1: The process | |
US10035211B2 (en) | Tandem hot-wire systems | |
US10086465B2 (en) | Tandem hot-wire systems | |
US20100059485A1 (en) | MIG-MIG Welding Process | |
US20140263231A1 (en) | Tandem hot-wire systems | |
US20140263228A1 (en) | Tandem hot-wire systems | |
MX2014006637A (en) | Dc electrode negative rotating arc welding method and system. | |
US20170334011A1 (en) | Method and system to use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding and arc suppression of a variable polarity hot-wire | |
CN113369643A (en) | Dual wire welding or additive manufacturing system and method | |
RU2649351C1 (en) | Method of mechanized deposition welding by the combination of arcs | |
RU2739308C1 (en) | Method of arc welding of aluminium alloys with combination of non-consumable and consumable electrodes | |
RU2648618C1 (en) | Method of automatic welding by the combination of arcs | |
JP4890179B2 (en) | Plasma MIG welding method | |
RU2728144C1 (en) | Method of aluminium alloys welding by combination of arcs | |
RU2639586C1 (en) | Method of arc mechanized two-electrode welding | |
RU2686505C1 (en) | Method of plasma processing of metal products | |
RU2653027C1 (en) | Method for arc welding with two electrodes | |
Zhernosekov | Tendencies in development of control of metal transfer processes in shielding gases | |
JP2018114557A (en) | System and method using combination of filler wire feed and high intensity energy source for welding with controlled arcing frequency | |
JP7364357B2 (en) | Welding electrode wire with alkaline earth metals | |
RU2595185C2 (en) | Method of plasma treatment of metals | |
RU2367546C2 (en) | Three-phase arc weld deposition method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190511 |