RU2648618C1 - Method of automatic welding by the combination of arcs - Google Patents

Method of automatic welding by the combination of arcs Download PDF

Info

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
Application number
RU2017116359A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Петрович Сидоров
Original Assignee
Владимир Петрович Сидоров
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 Владимир Петрович Сидоров filed Critical Владимир Петрович Сидоров
Priority to RU2017116359A priority Critical patent/RU2648618C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2648618C1 publication Critical patent/RU2648618C1/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
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • 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
    • B23K9/09Arrangements 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

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to the field of welding production. Method includes igniting an arc of direct action between the non-consumable electrode and the article and igniting an arc of indirect action between two meltable electrodes that are continuously fed into the welding zone. In this case, the arc of indirect action is placed behind the arc of direct action with respect to the direction of its movement within the weld pool. Said arcs are supplied with periodic pulsation of the magnitude of the currents between the low and high currents, in the way that during the course of a large current of an arc of direct action, a small current flows in an arc of indirect action, and during a period of a small arc current of a direct action in an arc of indirect action, a large current flows.
EFFECT: use of the invention provides an increase in productivity and quality of welding.
6 cl, 6 dwg, 3 tbl

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 welding torch 1. A non-consumable tungsten electrode is placed in the burner 1. Between the electrode 2 and two parts of the product 3, a direct-acting arc 4 from the welding DC power source 5 burns. The negative pole of source 5 is connected to the non-consumable electrode 2. The positive pole of power supply 5 has two outputs with conductors connected to the product 3 through electronic keys 6 and 7. The welding torch 1 moves along the product 3 with a welding speed V C. Welding pool 8 arises from the direct-acting arc. Behind the direct-acting welding arc 4 with respect to the direction of the welding speed, melting electrodes 9 and 10 are located within the weld pool 8. They are connected to the second welding power source of direct or alternating current 11. Between them, it continuously burns a pulsating arc of indirect action 12. The consumable electrodes 9 and 10 can have different diameters and lengths, different chemical composition. In the General case, they are melted and served with different speeds V E1 and V E2 independent feed mechanisms. Between the axis of the non-consumable electrode 2 and the plane in which the consumable electrodes 9 and 10 are located, a distance Δ that lies within the weld pool. Drops of electrode metal from electrodes 9 and 10 fall into the weld pool 8.

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 electronic key 6 provides the inclusion of a small ripple current of a direct arc arc, and the electronic key 7 - a large ripple current. Electronic keys 6 and 7 are controlled using a special control circuit. During the activation period of the electronic key 6, the electronic key 7 is disabled and vice versa. Electronic keys 6 and 7 using an electronic circuit allow you to adjust in the period the duration of the flow of small I MP and large I BP ripple currents in an arc of direct action.

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 welding source 11 also provides two modes of power supply of the arc of indirect action: with high and low currents. In the conductors connecting the melting electrodes 9 and 10 with the power source 11, electronic keys 13 and 14 are installed, which provide ripple current of the indirect arc 12 and regulate the duration of the flow of large and small currents in the indirect arc 12. The duration of a large current flow in an indirect arc of 12 t BC is also equal to the time of a small current flow in a direct action arc of 4 t MP . Accordingly, it can vary within 0.8 ... 0.2 of the current flow in a direct-acting arc.

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.Electronic keys 13 and 14 periodically switch the indirect arc 12 from a small current to a large one depending on the magnitude of the flow of ripple current in a direct-acting arc 4. Electronic keys are controlled using a special electronic control circuit. The stability of the indirect arc 12 is provided due to its continuous burning and supply of melting electrodes 9 and 10 with the speed of their melting.

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

Figure 00000001
Figure 00000001

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

Figure 00000002
Figure 00000002

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. Curve 1 represents the steeply dropping current-voltage characteristic of a power source for an arc with a non-consumable electrode, curve 2 represents the current-voltage characteristic of an arc with a non-consumable tungsten electrode, curve 3 shows a current-voltage characteristic of a power source that provides minimal welding currents. Curve 2 has a falling section, a minimum of voltage, and an increasing section. Curve 1 and curve 2 intersect at two points B and D. At these points, an arc with a non-consumable electrode may exist. In accordance with the theory of the welding arc, point G is an unstable operating point of the system, since the stability condition is not fulfilled in it and the arc goes out with small deviations of the current. On the contrary, point B is the operating point of the system at which the stability condition is satisfied and with small deviations of the arc current, it passes into a new stable state. The current at this point corresponds to a large ripple current in the direct-acting arc I PSU . The intersection point of the current-voltage characteristic of arc 2 with the current-voltage characteristic of source 3 at point B gives the minimum current value, but at which stable burning of the arc with a non-consumable electrode is not provided. This current cannot be used as small when choosing a pulsating mode of combustion of a direct-acting arc between a non-consumable electrode and the product according to the proposed method. On the contrary, at the working point A of the intersection of curves 3 and 2, stable arc burning is ensured. Therefore, the current I MP for this point can serve as a small ripple current in a direct-acting arc.

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. Curve 1 represents the dependence for the wire brand Sv-AMts with a diameter of d e = 1.6 mm, curve 2 for wire Sv-AMg6 with a diameter of d e = 2.0 mm. Curve 1 for a smaller diameter electrode is located above curve 2 for a larger diameter. Therefore, at the same currents, the melting coefficient and the melting performance of a smaller diameter electrode wire are greater. Similar dependences hold for steel wires in an arc of reverse polarity in inert gases. The dependences α P for direct polarity are characterized by a large angle of inclination with respect to the axis of the currents. This is due to the dependence of the electrode melting coefficient at zero outflow on the arc current.

Коэффициент расплавления связан с коэффициентом наплавки эмпирическим соотношениемThe melting coefficient is related to the surfacing coefficient by the empirical ratio

Figure 00000003
Figure 00000003

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

Figure 00000004
Figure 00000004

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

Figure 00000005
Figure 00000005

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

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000007
- содержание данного химического элемента в основном металле, %;Where
Figure 00000007
- 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.

Figure 00000008
- содержание данного химического элемента в наплавленном металле, %.
Figure 00000008
- 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

Figure 00000009
Figure 00000009

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

Figure 00000010
Figure 00000010

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

Figure 00000011
Figure 00000011

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

Figure 00000012
Figure 00000012

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. Curve 1 represents the dependence for magnesium, and curve 2 for manganese. The wire of Sv-AMts was connected to the negative pole of the power source, and the wire of Sv-AMg6 was connected to the positive. The deposition coefficient for Sv-AMg wire was taken as α N = 8 g / (Ah), and for the Sv-AMg6 wire, α H = 7 g / (Ah). The manganese content in the wire Sv-AMts was taken 1%, and magnesium 0%. The magnesium content in the Sv-AMg6 wire was taken to be 6%, and the manganese content was 0%.

Содержание элементов в наплавленном металле СН рассчитывали по формулеThe content of elements in the weld metal С Н was calculated by the formula

Figure 00000013
Figure 00000013

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.

Figure 00000014
Figure 00000014

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.

Figure 00000015
Figure 00000015

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.

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

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)

1. Способ автоматической сварки дугами прямого и косвенного действия в среде инертного газа, включающий зажигание дуги прямого действия между неплавящимся электродом и изделием и зажигание дуги косвенного действия от плавящегося электрода, который непрерывно подают в зону сварки, отличающийся тем, что в зону сварки непрерывно подают второй плавящийся электрод с образованием дуги косвенного действия между плавящимися электродами, расположенной позади дуги прямого действия по отношению к направлению ее перемещения в пределах сварочной ванны, образованной на изделии дугой прямого действия, при этом неплавящийся электрод подключают к отрицательному полюсу первого сварочного источника питания, положительный полюс которого подключают к изделию, а каждый из плавящихся электродов подключают к соответствующему полюсу второго сварочного источника питания, причем питание дуг прямого и косвенного действия осуществляют с периодической пульсацией величины токов между малым и большим током таким образом, что 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, при этом 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, величину малого тока дуги прямого действия устанавливают из условия обеспечения стабильного горения дуги прямого действия, величину большого тока дуги прямого действия устанавливают из условия обеспечения заданного проплавления изделия, величину малого тока дуги косвенного действия устанавливают из условия обеспечения стабильного горения дуги косвенного действия, а величину большого тока дуги косвенного действия устанавливают из условия обеспечения заданной скорости расплавления плавящихся электродов.1. A method of automatic welding with direct and indirect arcs in an inert gas medium, including ignition of a direct action arc between a non-consumable electrode and a workpiece and ignition of an indirect action arc from a consumable electrode, which is continuously supplied to the welding zone, characterized in that the welding zone is continuously fed the second melting electrode with the formation of an indirect arc between the melting electrodes located behind the direct arc in relation to the direction of its movement within the welding a bath formed on the product by a direct-acting arc, while the non-consumable electrode is connected to the negative pole of the first welding power source, the positive pole of which is connected to the product, and each of the melting electrodes is connected to the corresponding pole of the second welding power source, and the power of the arcs is direct and indirect carry out with periodic pulsation the magnitudes of the currents between small and large currents so that during the flow of a large current of a direct-acting arc, in a braid arc a small current flows, and during a small current flow of a direct-acting arc, a large current flows in an indirect-acting arc, while the duration of a large current flow in a direct-acting arc is set to 0.2 ... 0.8 with respect to the flow cycle in it, the value of the small current of the direct-acting arc is set from the condition for ensuring stable burning of the direct-acting arc, the value of the large current of the direct-acting arc is set from the condition of ensuring a given penetration of the product, the value of the small current of the indirect arc is determined from the condition of ensuring stable burning of the indirect arc, and the value of the large current of the indirect arc is determined from the condition of ensuring the specified melting speed of the melting electrodes. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют плавящиеся электроды с различными диаметрами.2. The method according to p. 1, characterized in that use consumable electrodes with different diameters. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что вылеты плавящихся электродов устанавливают различными.3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the departures of the melting electrodes are set different. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что используют плавящиеся электроды с различными химическими составами.4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that they use melting electrodes with different chemical compositions. 5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что плавящиеся электроды подключают к сварочному источнику питания постоянного тока.5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the melting electrodes are connected to a welding DC power source. 6. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что плавящиеся электроды подключают к сварочному источнику питания переменного тока.6. The method according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the consumable electrodes are connected to a welding AC power source.
RU2017116359A 2017-05-10 2017-05-10 Method of automatic welding by the combination of arcs RU2648618C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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