RU2650461C1 - Method of regulation the maximum width of the welding pool while automatic welding - Google Patents
Method of regulation the maximum width of the welding pool while automatic welding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650461C1 RU2650461C1 RU2016124578A RU2016124578A RU2650461C1 RU 2650461 C1 RU2650461 C1 RU 2650461C1 RU 2016124578 A RU2016124578 A RU 2016124578A RU 2016124578 A RU2016124578 A RU 2016124578A RU 2650461 C1 RU2650461 C1 RU 2650461C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- temperature
- width
- weld pool
- current
- Prior art date
Links
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
- B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при сварке любых стыковых соединений без разделки кромок при односторонней и двухсторонней сварке.The invention relates to welding production and can be used for welding any butt joints without cutting edges in one-sided and two-sided welding.
Известен способ автоматического регулирования глубины проплавления при автоматической дуговой сварке, при котором изменение какого-либо параметра сварки из-за внешних факторов компенсируется изменением других параметров (см. патент Японии №50-3987, кл. 12В112.4, кл. В23К 9/12, опублик. 13.02.75). Способ может использоваться для регулирования ширины сварочной ванны.There is a method of automatically controlling the penetration depth in automatic arc welding, in which a change in a welding parameter due to external factors is compensated by a change in other parameters (see Japan Patent No. 50-3987, CL 12B112.4,
Данный способ не учитывает влияние на процесс сварки неконтролируемых возмущений, что не позволяет получить качественное сварное соединение.This method does not take into account the influence on the welding process of uncontrolled disturbances, which does not allow to obtain a high-quality welded joint.
Известен способ автоматического регулирования глубины проплавления при автоматической дуговой сварке, при котором задают эталонные значения тока сварки, скорости сварки, напряжения сварки, в процессе сварки измеряют текущие значения указанных параметров, вычисляют разность между текущими и заданными их параметрами и ведут регулирование процесса по полученным разностям, измеряют температуру точки поверхности сварного шва, вычисляют расчетное значение температуры той же точки поверхности шва, вычисляют одновременно с разностями между текущими и заданными параметрами тока сварки, напряжения сварки, скорости сварки, разность между текущим и вычисленным значениями температуры и значение управляемого параметра процесса сварки регулируют согласно уравнению одним из измеряемых параметров (см. описание к авторскому свидетельству СССР №10131363, опубл. 23.04.1983 г.). Способ также может использоваться для регулирования ширины сварочной ванны.There is a method of automatically controlling the penetration depth in automatic arc welding, in which the reference values of the welding current, welding speed, welding voltage are set, during the welding process, the current values of these parameters are measured, the difference between the current and their given parameters is calculated and the process is controlled by the differences obtained, measure the temperature of the point of the surface of the weld, calculate the calculated value of the temperature of the same point of the surface of the weld, calculate simultaneously with the differences between for the current and set parameters of the welding current, welding voltage, welding speed, the difference between the current and calculated temperature values and the value of the controlled parameter of the welding process are regulated according to the equation by one of the measured parameters (see description to USSR author's certificate No. 10131363, publ. 04.23.1983 g.). The method can also be used to control the width of the weld pool.
Этот способ регулирования размера проплавления сварочной ванны принят за прототип.This method of regulating the size of the penetration of the weld pool is taken as a prototype.
Недостатком данного способа является то, что для расчета температуры в точке измерения требуется измерение текущих значений нескольких параметров режима и определение разности между ними и эталонными значениями. Это усложняет процесс регулирования.The disadvantage of this method is that to calculate the temperature at the measuring point, it is necessary to measure the current values of several parameters of the mode and determine the difference between them and the reference values. This complicates the regulatory process.
Кроме того, недостатком данного способа является низкая точность регулирования, так как между действием возмущений и реакцией на них регулирующего воздействия проходит значительный промежуток времени. Это вызвано тем, что регулируемый параметр проплавления, глубина проплавления, расположен в центральной зоне сварочной ванны, а измерение температуры производится на сформировавшемся сварочном шве, на значительном удалении от места основного влияния возмущений, и, следовательно, со значительным запаздыванием. Воздействие возмущения на зону сваренного шва и зону регулируемого параметра существенно отличается по величине и времени. Размеры сварочной ванны реагируют на возмущения с определенным запаздыванием, что связано с большей инерционностью тепловых процессов по отношению к большинству возмущений, например по току, скорости сварки, напряжению дуги. Еще большей инерционностью в отношении реакции на возмущения отличаются зоны, находящиеся за сварочной ванной, на закристаллизовавшемся шве.In addition, the disadvantage of this method is the low accuracy of regulation, since a significant period of time elapses between the action of disturbances and the response of the regulatory action to them. This is because the adjustable penetration parameter, the penetration depth, is located in the central zone of the weld pool, and the temperature is measured at the formed weld, at a considerable distance from the place of the main influence of disturbances, and, therefore, with a significant delay. The effect of disturbances on the weld zone and the zone of the adjustable parameter differs significantly in magnitude and time. The dimensions of the weld pool respond to disturbances with a certain delay, which is associated with a greater inertia of the thermal processes with respect to most disturbances, for example, in current, welding speed, and arc voltage. Even more inertia with respect to the reaction to disturbances are the zones located behind the weld pool at the crystallized seam.
Эти же особенности и недостаток присущи данному способу при регулировании ширины сварочной ванны.The same features and disadvantages inherent in this method when adjusting the width of the weld pool.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение числа контролируемых параметров при повышении точности регулирования.The technical result of the invention is to reduce the number of controlled parameters while increasing the accuracy of regulation.
В предлагаемом способе регулирования максимальной ширины сварочной ванны при автоматической сварке задают эталонные значения тока сварки, скорости сварки, напряжения сварки, из которых выбирают регулирующий параметр, в процессе сварки контролируют текущее значение регулирующего параметра, устанавливают начальную эталонную температуру свариваемого изделия, измеряют температуру точки поверхности изделия за пределами сварочной ванны и значение регулирующего параметра корректируют согласно уравнению.In the proposed method for regulating the maximum width of the weld pool during automatic welding, set the reference values of the welding current, welding speed, welding voltage, from which the control parameter is selected, during the welding process, control the current value of the control parameter, set the initial reference temperature of the item being welded, measure the temperature of the product surface point outside the weld pool and the value of the regulatory parameter is adjusted according to the equation.
В отличие от прототипа, до сварки задают допустимые отклонения от эталонного значения регулируемой максимальной ширины сварочной ванны, выбирают продольную подвижную координату контролируемой точки относительно оси сварочной дуги, равную 0,9-1,1 продольной координаты эталонной максимальной ширины сварочной ванны, и поперечную координату, не превышающую две максимальные эталонные ширины сварочной ванны, определяют допустимые отклонения начальной температуры деталей от эталонной по отношению к допускаемым отклонениям эталонной максимальной ширины сварочной ванны, определяют эталонную температуру в контролируемой точке, при сварке вычисляют отклонение измеренной температуры контролируемой точки от ее эталонной температуры и регулирующий параметр изменяют на величину, определяемую по формулеIn contrast to the prototype, permissible deviations from the reference value of the adjustable maximum width of the weld pool are set before welding, the longitudinal movable coordinate of the controlled point relative to the axis of the welding arc is selected, equal to 0.9-1.1 of the longitudinal coordinate of the reference maximum width of the weld pool, and the transverse coordinate, not exceeding two maximum reference widths of the weld pool, determine the permissible deviations of the initial temperature of the parts from the reference in relation to the permissible deviations of the reference max the total width of the weld pool, determine the reference temperature at the controlled point, when welding, the deviation of the measured temperature of the controlled point from its reference temperature is calculated and the control parameter is changed by a value determined by the formula
ΔТT - положительное или отрицательное отклонение измеренной температуры контролируемой точки изделия от эталонного значения;ΔТ T - positive or negative deviation of the measured temperature of the controlled point of the product from the reference value;
ΔТo - допустимое положительное или отрицательное отклонение начальной температуры изделия от эталонного значения по отношению к допускаемым отклонениям эталонной максимальной ширины сварочной ванны;ΔТ o - permissible positive or negative deviation of the initial temperature of the product from the reference value in relation to the tolerances of the reference maximum width of the weld pool;
Δqx - допустимое положительное или отрицательное отклонение регулирующего параметра от эталонного значения.Δq x - permissible positive or negative deviation of the regulatory parameter from the reference value.
Техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что возмущения как контролируемых параметров процесса сварки, так и неконтролируемых, вызывают аналогичные последствия, как для ширины сварочной ванны, так и для температуры поверхности изделия вблизи максимальной ширины сварочной ванны. Вследствие этого, при контроле температуры на поверхности изделия в точке с продольной координатой, близкой к продольной координате точки с максимальной шириной сварочной ванны, нет необходимости измерять все параметры процесса, которые возможно контролировать, а достаточно контролировать только один, используемый для регулирования. Расположение точки замера вдоль шва в зоне достижения шириной сварочной ванны максимального значения повышает точность регулирования, из-за уменьшения отставания по времени реагирования температуры точки на возмущения по отношению к точке с максимальной шириной сварочной ванны и вследствие приближения точки измерения температуры к точке максимальной ширины сварочной ванны.The technical essence of the invention lies in the fact that disturbances of both controlled parameters of the welding process, and uncontrolled, cause similar consequences for the width of the weld pool, and for the surface temperature of the product near the maximum width of the weld pool. As a result of this, when monitoring the temperature on the surface of the product at a point with a longitudinal coordinate close to the longitudinal coordinate of the point with the maximum width of the weld pool, it is not necessary to measure all the process parameters that can be controlled, but it is enough to control only one used for regulation. The location of the measurement point along the seam in the zone where the width of the weld pool reaches its maximum value increases the accuracy of regulation, due to the reduction of the lag in the reaction time of the point temperature to disturbances relative to the point with the maximum width of the weld pool and due to the approach of the temperature measurement point to the point of maximum width of the weld pool .
На фиг. 1 показано поперечное сечение сварочного шва в плоскости У0Z. На фиг. 2 - приведена изотерма температуры плавления на обратной стороне изделия; на фиг. 3 приводится зависимость ширины сварочной ванны обратного валика от эффективной мощности источника тепла; на фиг. 4 - зависимость ширины сварочной ванны обратного валика от начальной температуры изделия, на фиг. 5 - график распределения температур на обратной поверхности изделия в поперечном сечении с координатой хм максимальной ширины сварочной ванны обратного валика, на фиг. 6 приводится схема алгоритма, реализующая предлагаемый способ автоматического регулирования ширины сварочной ванны обратного валика.In FIG. 1 shows the cross section of the weld in the plane U0Z. In FIG. 2 - shows the isotherm of the melting temperature on the back of the product; in FIG. 3 shows the dependence of the width of the weld pool of the reverse roller on the effective power of the heat source; in FIG. 4 - dependence of the width of the weld pool of the reverse roller on the initial temperature of the product, in FIG. 5 is a graph of the temperature distribution on the return surface of the product in cross section with the coordinate x m of the maximum width of the weld pool of the return roller, FIG. 6 is a diagram of the algorithm that implements the proposed method for automatically controlling the width of the weld pool of the reverse roller.
На фиг. 1 показано поперечное сечение сварочного шва изделия из пластин без разделки кромок с полной глубиной проплавления при сварке с одной стороны стыкового соединения неплавящимся электродом без присадочной проволоки. Е1 - максимальная ширина сварочной ванны (шва) на наружной поверхности (со стороны действия сварочной дуги) в сечении с максимальной шириной проплавления. Е2 - номинальная (эталонная) ширина обратного валика. При регулировании требуется стабилизировать ширину сварочной ванны обратного валика Е2. На фиг. 1 показаны оси при расчете температур - ось Y - перпендикулярная направлению скорости сварки и ось Z, направленная от наружной поверхности пластины со стороны действия сварочной дуги. Ширина валика может иметь допустимые отклонения от номинальной ширины ±ΔE2.In FIG. 1 shows a cross-section of a weld of a product from plates without cutting edges with a full penetration depth when welding on one side of the butt joint with a non-consumable electrode without filler wire. E1 - the maximum width of the weld pool (seam) on the outer surface (from the side of the welding arc) in cross section with a maximum penetration width. E2 - nominal (reference) width of the reverse roller. When adjusting, it is necessary to stabilize the width of the weld pool of the return roller E2. In FIG. Figure 1 shows the axes when calculating temperatures — the Y axis is perpendicular to the direction of the welding speed and the Z axis is directed from the outer surface of the plate from the side of the welding arc. The width of the roller may have permissible deviations from the nominal width ± ΔE2.
Кривая на фиг. 2 представляет зависимость ширины сварочной ванны на обратной плоскости изделия из пластины от продольной координаты x, полученную с помощью формулы для нормально-кругового источника тепла, движущегося на поверхности плоского слоя (пластины).The curve in FIG. 2 represents the dependence of the width of the weld pool on the reciprocal plane of the product from the plate on the longitudinal coordinate x, obtained using the formula for a normal circular source of heat moving on the surface of a flat layer (plate).
Формула для расчета температур при сварке имеет видThe formula for calculating the temperature during welding is
где x, y, z - координаты точки относительно подвижной системы координат источника теплоты, см; координата x является в данном случае положительной в направлении, противоположном скорости сварки.where x, y, z are the coordinates of the point relative to the moving coordinate system of the heat source, cm; the x coordinate is in this case positive in the direction opposite to the welding speed.
Т - температура точки изделия, °С;T is the temperature of the product point, ° C;
Тo - начальная температура пластин изделия, °С;T o - the initial temperature of the plates of the product, ° C;
t - время с момента начала действия движущегося источника тепла, с;t is the time from the moment the moving heat source began to act, s;
сρ - объемная теплоемкость материала изделия, Дж/(°С⋅см3);сρ is the volumetric heat capacity of the product material, J / (° C⋅cm 3 );
qи - эффективная мощность дуги, Вт;q and - effective arc power, W;
δ - толщина пластины, см;δ is the plate thickness, cm;
а - коэффициент температуропроводности, см2/с;a is the thermal diffusivity, cm 2 / s;
t0=1/4ak - постоянная времени, характеризующая сосредоточенность теплового потока от источника тепла к изделию, с;t 0 = 1 / 4ak - time constant characterizing the concentration of the heat flux from the heat source to the product, s;
k - коэффициент сосредоточенности сварочного источника тепла, см-2;k is the concentration coefficient of the welding heat source, cm -2 ;
VС - скорость движения источника тепла, см/с;V C is the velocity of the heat source, cm / s;
N - число фиктивных теплоисточников, учитывающих отражение теплоты от поверхностей плоского слоя (пластины).N is the number of fictitious heat sources that take into account the reflection of heat from the surfaces of a flat layer (plate).
Приравняв данное выражение температуре плавления Ti, отсчитываемой от нуля градусов Цельсия, можно рассчитать ширину сварочной ванны в любой плоскости по толщине пластины, в том числе при координате z=δ, то есть найти координаты y, x, при которых Т=Т1.Equating this expression with the melting temperature Ti, counted from zero degrees Celsius, we can calculate the width of the weld pool in any plane along the plate thickness, including at the coordinate z = δ, that is, find the coordinates y, x at which T = T 1 .
Величина эффективной мощности определяется, например, по формулеThe value of the effective power is determined, for example, by the formula
где ηи - эффективный КПД сварочного источника тепла, Uc - напряжение сварки, Iс - ток сварки.where η and is the effective efficiency of the welding heat source, U c is the welding voltage, I c is the welding current.
Номинальные значения теплофизических коэффициентов принимались для высоколегированной стали: объемная теплоемкость сρ=3,476 Дж/(см3°С), коэффициент температуропроводности а=0,0432 см2/с. Плотность осевого теплового потока была выбрана по литературным данным qo=4200 Вт/см. Коэффициент сосредоточенности сварочного источника тепла составил k=11 см-2, диаметр пятна нагрева Dн=1,04 см. Данному коэффициенту сосредоточенности соответствует постоянная времени to=0,526 секунд. Температура плавления высоколегированной стали, отсчитываемая от 0°С, принималась Т1=1440°С. Номинальная температура деталей перед сваркой принималась Тo=20°С. Таким образом, номинальная (эталонная) расчетная температура плавления (T1-Тo) при определении размеров сварочной ванны составляла 1420°С.Nominal values of thermophysical coefficients were adopted for high alloy steel: volumetric heat capacity with ρ = 3.476 J / (cm 3 ° С), thermal diffusivity a = 0.0432 cm 2 / s. Axial heat flux density was chosen based on literature data q o = 4200 W / cm. The concentration coefficient of the welding heat source was k = 11 cm -2 , the diameter of the heating spot Dн = 1.04 cm. This concentration coefficient corresponds to a time constant t o = 0.526 seconds. The melting point of high alloy steel, measured from 0 ° C, was taken T 1 = 1440 ° C. The nominal temperature of the parts before welding was taken T o = 20 ° C. Thus, the nominal (reference) calculated melting temperature (T 1 -T o ) when determining the size of the weld pool was 1420 ° C.
В качестве регулируемого параметра служит номинальная максимальная ширина сварочной ванны обратного валика Е2 при односторонней сварке. Ширина сварочной ванны обратного валика имеет важное значение при сварке. При излишней ширине Е2 может произойти прожог под действием веса ванны и давления сварочной дуги. При уменьшении ширины валика может наступить непровар.The nominal maximum width of the weld pool of the return roller E2 for one-sided welding is used as an adjustable parameter. The width of the weld pool of the return roll is important when welding. If E2 is too wide, burn-through can occur under the influence of the weight of the bath and the pressure of the welding arc. With a decrease in the width of the roller, a lack of fusion can occur.
Параметры источника тепла для изотермы фиг. 2: эффективная мощность qи=1200 Вт, скорость сварки VС=0,495 см/с, толщина пластины δ=0,4 см. Данной эффективной мощности соответствует приблизительно сварочный ток IC=200 А, при вольтовом эквиваленте эффективной мощности дуги в аргоне прямой полярности с неплавящимися электродами UЭ=6 Вт/А. Вольтов эквивалент эффективной мощности определяется по формулеHeat source parameters for the isotherm of FIG. 2: effective power q and = 1200 W, welding speed V C = 0.495 cm / s, plate thickness δ = 0.4 cm. This welding power corresponds to approximately welding current I C = 200 A, with a volt equivalent of the effective arc power in argon direct polarity with non-consumable electrodes U E = 6 W / A. The volt equivalent of effective power is determined by the formula
Между вольтовым эквивалентом и эффективным КПД имеется следующая связьThe following relationship exists between the volt equivalent and effective efficiency
Uэ=UС⋅ηи.U e = U C ⋅η and .
На фиг. 2 сварочная ванна смещена относительно направления скорости сварки в противоположную сторону (в сторону положительных x).In FIG. 2, the weld pool is offset relative to the direction of the welding speed in the opposite direction (toward positive x).
Начало сварочной ванны на обратной плоскости пластины отстает от начала координат на x=0,8 см. Конец сварочной ванны находится при координате x=1,2 см.The start of the weld pool on the back plane of the plate is behind the coordinate origin by x = 0.8 cm. The end of the weld pool is at the coordinate x = 1.2 cm.
Максимальная ширина обратного валика Е2=0,166 см на фиг.2 имеет место при координате x=1,0 см, что соответствует времени движения оси источника tm=1,0/VC=1,0/0,495=2,02 секунды.The maximum width of the return roller E2 = 0.166 cm in FIG. 2 takes place at the coordinate x = 1.0 cm, which corresponds to the time of movement of the source axis t m = 1.0 / V C = 1.0 / 0.495 = 2.02 seconds.
Длина сварочной ванны по ее оси x (при y=0) согласно профилю ванны на фиг. 2 Lв=0,4 см. Вся ванна расположена в области положительных значений х. Максимальное время нахождения металла сварочной ванны в жидком состоянии tж=Lв/VC=0,4/0,495=0,81 секунды.The length of the weld pool along its x axis (at y = 0) according to the profile of the bath in FIG. 2 L in = 0.4 cm. The entire bath is located in the region of positive x values. The maximum residence time of the weld pool metal in the liquid state is t W = L in / V C = 0.4 / 0.495 = 0.81 seconds.
Ширина сварочной ванны обратного валика вблизи максимума изменяется с низкой интенсивностью. Поэтому длина участка сварочной ванны, на которой ширина валика отличается от максимальной ширины Е2=0,166 см всего на 0,03-0,04 см (18-24%) на фиг. 2 составляет 0,2 см (от x=0,9 см до x=1,1 см). В пределах ширины этой зоны следует выбирать точку на поверхностях пластины в направлении, перпендикулярном направлению скорости сварки (перпендикулярной продольной оси сварочной ванны X), находящуюся вне сварочной ванны. Можно принять, что отношение координат, внутри которого обеспечивается необходимая точность регулирования, составляет от 0,9 до 1,1 координаты точки с максимальной глубиной проплавления. Перемещение точки замера в продольном направлении (по направлению скорости сварки) позволяет выбрать оптимальную точку с позиции синхронности изменений температуры в этой точке и в зоне максимальной ширины сварочной ванны.The width of the weld pool of the reverse roll near the maximum varies with low intensity. Therefore, the length of the section of the weld pool on which the width of the roller differs from the maximum width E2 = 0.166 cm is only 0.03-0.04 cm (18-24%) in FIG. 2 is 0.2 cm (from x = 0.9 cm to x = 1.1 cm). Within the width of this zone, you should select a point on the plate surfaces in a direction perpendicular to the direction of the welding speed (perpendicular to the longitudinal axis of the weld pool X) located outside the weld pool. It can be accepted that the ratio of coordinates, inside of which the necessary control accuracy is provided, is from 0.9 to 1.1 coordinates of the point with a maximum penetration depth. Moving the measuring point in the longitudinal direction (in the direction of the welding speed) allows you to select the optimal point from the position of synchronization of temperature changes at this point and in the zone of the maximum width of the weld pool.
Положение координаты точки сварочной ванны с максимальной шириной можно определить предварительно перед сваркой расчетным путем с помощью формулы (1) или опытным путем. Последнее можно сделать, например, по очертаниям сварочного кратера сварочного шва от его передней части до установившейся ширины шва.The position of the coordinate of the point of the weld pool with the maximum width can be determined previously before welding by calculation using formula (1) or empirically. The latter can be done, for example, according to the outline of the welding crater of the weld from its front to the steady-state width of the weld.
Зависимость ширины валика Е2 от эффективной мощности (фиг. 3) существенно не линейна. Эталонную полуширину сварочной ванны обратного валика можно выбрать по центру между y=0 и координатой максимальной полуширины валика, то есть при координатах y=±0,75 мм =0,075 см. Ширина сварочной ванны и обратного валика Е2 может изменяться от 0 до 3 мм. Допустимые отклонения ширины ±ΔЕ2 валика по абсолютной величине будут одинаковы. В этом случае потребуется регулировать эффективную мощность с различными коэффициентами чувствительности в зависимости от знака отклонения Е2. Эталонное значение для обеспечения номинальной ширины сварочной ванны Е2=0,3 см qи=1194 Вт, максимально допустимое 1263 Вт, минимальное 1171 Вт. Допустимое отрицательное и положительное относительное отклонение ширины обратного валика (±ΔЕ2/Е2)100%=(0,075 см/0,075 см)100% =100%. Скорость сварки составляла VC=0,495 см/с, толщина пластин 0,4 см. Теплофизические характеристики материала такие же, как и для зависимости фиг. 2.The dependence of the width of the roller E2 on the effective power (Fig. 3) is not substantially linear. The reference half-width of the weld pool of the return roll can be selected in the center between y = 0 and the coordinate of the maximum half-width of the roll, that is, at coordinates y = ± 0.75 mm = 0.075 cm.The width of the weld pool and the return roll E2 can vary from 0 to 3 mm. Permissible deviations of the width ± ΔE2 of the roller in absolute value will be the same. In this case, it will be necessary to adjust the effective power with different sensitivity coefficients depending on the sign of the deviation E2. The reference value to ensure the nominal width of the weld pool E2 = 0.3 cm q and = 1194 W, the maximum allowable 1263 W, the minimum 1171 W. Permissible negative and positive relative deviation of the width of the reverse roller (± ΔE2 / E2) 100% = (0.075 cm / 0.075 cm) 100% = 100%. The welding speed was V C = 0.495 cm / s, the plate thickness 0.4 cm. The thermophysical characteristics of the material are the same as for the dependence of FIG. 2.
На фиг. 4 представлена зависимость максимальной ширины сварочной ванны обратного валика от отклонения начальной температуры деталей ΔTo. Зависимость получена для номинальных режимов сварки qи=1194 Вт, VC=0,495 см/с. Зависимость позволяет определить предельные положительные и отрицательные отклонения начальной температуры, при которых достигаются предельные размеры обратного валика. По графику на фиг. 4 можно определить, что допустимое положительное отклонение температуры от эталонной начальной температуры Тo=1420°С составляет +ΔТo=+66°С, отрицательное -ΔТo=-25°С.In FIG. 4 shows the dependence of the maximum width of the weld pool of the reverse roller on the deviation of the initial temperature of the parts ΔT o . The dependence is obtained for the nominal welding conditions q and = 1194 W, V C = 0.495 cm / s. The dependence allows you to determine the maximum positive and negative deviations of the initial temperature at which the maximum dimensions of the reverse roller are achieved. According to the graph in FIG. 4, it can be determined that the permissible positive temperature deviation from the reference initial temperature T o = 1420 ° C is + ΔT o = + 66 ° C, negative -ΔT o = -25 ° C.
На фиг. 5 представлено распределение температур в направлении оси Y на обратной поверхности в точке с координатой по оси X, совпадающей с координатой максимальной ширины обратного валика x=1,0 см. Точка замера А на зависимости расположена при координате y=0,5 см, что меньше двойной ширины сварочной ванны обратного валика Е2=0,3 см. Параметры сварки номинальные. При таких параметрах расчетная номинальная температура контролируемой точки составляет ТT=747°С.In FIG. Figure 5 shows the temperature distribution in the direction of the Y axis on the return surface at a point with the coordinate along the X axis coinciding with the coordinate of the maximum width of the return roller x = 1.0 cm. The measurement point A in the dependence is located at the coordinate y = 0.5 cm, which is less double width of the weld pool of the return roller E2 = 0.3 cm. Welding parameters are nominal. With these parameters, the calculated nominal temperature of the controlled point is T T = 747 ° C.
В таблице приведены допустимые расчетные относительные отклонения в % основных параметров процесса по отношению к максимальной ширине сварочной ванны обратного валика ΔР/Р и изменение при этом относительной температуры в точке контроля ΔТТ/ТТ.The table shows the permissible calculated relative deviations in% of the main process parameters with respect to the maximum width of the backbone weld pool ΔР / Р and the change in this relative temperature at the control point ΔТ Т / Т Т.
Поскольку расчетная температура плавления для ширины обратного валика и номинальная температура точки замера отличаются примерно в два раза, то и допустимые относительные отклонения температур этих точек также отличаются примерно в 2 раза.Since the calculated melting temperature for the width of the return roller and the nominal temperature of the measuring point differ by about two times, the permissible relative temperature deviations of these points also differ by about 2 times.
На фиг. 6 показана схема автоматического регулирования по предлагаемому способу. Свариваемое изделие 1 подается в зону сварки со скоростью VC. Сварочный источник питания 2 подключается одним полюсом к свариваемому изделию 1, а другим - к сварочной горелке 3. Между электродом сварочной горелки 3 и свариваемым изделием 1 возбуждается электрическая дуга 4 и расплавляются кромки свариваемого металла. Образуется сварочная ванна 5 и после затвердевания расплавленного металла образуется шов с шириной обратного валика Е2. Процесс сварки контролируется с помощью фотопирометра 6, измеряющего температуру поверхности пластины вне шва в зоне максимальной ширины обратного валика, датчика силы сварочного тока 7. Допустимые положительные и отрицательные отклонения начальной температуры деталей ±ΔТo и сварочного тока ±ΔIx, а также эталонная температура точки Тт хранятся в блоке памяти 8.In FIG. 6 shows a diagram of automatic control according to the proposed method. The welded
Текущие значение сварочного тока Iи и температуры точки Ти передаются в вычислительный блок 9. В нем вначале вычисляется отклонение текущей температуры точки от установленного эталонного значения ΔТT=Ти-ТT. После этого по формуле вычисляется корректирующее значение тока ΔIC The current value of the welding current I and the temperature of the point T and are transmitted to the
где ΔТТ=(Ти-ТT) - положительное или отрицательное отклонение температуры контролируемой точки изделия Ти от эталонного значения Тo, при котором получена эталонная ширина шва обратного валика;where ΔT T = (T and -T T ) is the positive or negative deviation of the temperature of the controlled point of the product T and from the reference value T o at which the reference width of the weld of the reverse roller is obtained;
ΔТo - допустимое положительное или отрицательное отклонение начальной температуры изделия от эталонного значения по отношению к допускаемым отклонениям эталонной максимальной ширины сварочной ванны;ΔТ o - permissible positive or negative deviation of the initial temperature of the product from the reference value in relation to the tolerances of the reference maximum width of the weld pool;
ΔIx - допустимое положительное или отрицательное отклонение тока сварки от эталонного значения по отношению к допускаемым отклонениям максимальной ширины сварочной ванны.ΔI x - permissible positive or negative deviation of the welding current from the reference value with respect to the permissible deviations of the maximum width of the weld pool.
Значение требуемого сварочного тока IC определяется в вычислительном блоке 9 путем сложения текущего значения тока с регулирующим воздействием IC=Iи+ΔIC, затем передается в сварочный источник питания 2 и устанавливается с помощью устройства регулирования тока в сварочном источнике питания 2.The value of the required welding current I C is determined in the
Вычислительный блок 9 и блок хранения констант 8 взаимодействуют так, что при увеличении измеренной температуры по отношению к эталонной, из блока 8 в блок 9 поступают положительные значения допустимых отклонений температур и тока, а вычисленному значению корректирующего воздействия тока ΔIC присваивается противоположный знак. Получим + ΔIC.The
При снижении измеренной температуры по отношению к эталонной, из блока 8 в блок 9 поступают отрицательные значения допустимых отклонений температур и тока, а вычисленному значению корректирующего воздействия тока ΔIC присваивается противоположный знак. Получим - ΔIC.When the measured temperature decreases with respect to the reference temperature, negative values of the permissible deviations of temperatures and current are received from
Пример 1. Получали опытным и расчетным путем данные, необходимые для автоматического регулирования максимальной ширины сварочной ванны по предлагаемому способу. Способ сварки - неплавящимся вольфрамовым электродом дугой в среде аргона без присадочной проволоки. Номинальный режим сварки стыкового соединения толщиной 4 мм без разделки кромок из высоколегированной стали составлял: ток сварки, скорость сварки, напряжение сварки. Длина дуги Lд=3 мм. Начальная температура пластин при сварке 20°С. Ширина шва со стороны действия сварочной дуги Е1=6 мм, с обратной стороны Е2=1,5 мм. Теплофизические свойства стали для расчетов были приняты следующими: сρ=3,476 Дж/(см3°С), коэффициент температуропроводности а=0,0432 см2/с. Плотность осевого теплового потока qo=4200 Вт/см2. Коэффициент сосредоточенности сварочного источника тепла составил k=11 см-2, диаметр пятна нагрева Dн=1,04 см. Данному коэффициенту сосредоточенности соответствует постоянная времени to=0,526 секунд. Температура плавления высоколегированной стали, отсчитываемая от 0°С принималась Т1=1440°С. Номинальная температура деталей перед сваркой принималась Тo=20°С. Таким образом, номинальная (эталонная) расчетная температура плавления (Т1-Тo) при определении размеров сварочной ванны составляла 1420°С.Example 1. Received empirical and calculated data necessary for automatic control of the maximum width of the weld pool by the proposed method. Welding method - non-consumable tungsten electrode arc in an argon medium without filler wire. The nominal welding mode for a butt joint with a thickness of 4 mm without cutting edges of high alloy steel was: welding current, welding speed, welding voltage. Arc length L d = 3 mm. The initial temperature of the plates during welding is 20 ° C. The width of the seam from the side of the welding arc E1 = 6 mm, from the back E2 = 1.5 mm. The thermophysical properties of steel for calculations were taken as follows: cρ = 3.476 J / (cm 3 ° С), thermal diffusivity a = 0.0432 cm 2 / s. The density of the axial heat flux q o = 4200 W / cm 2 . The concentration coefficient of the welding heat source was k = 11 cm -2 , the diameter of the heating spot Dн = 1.04 cm. This concentration coefficient corresponds to a time constant t o = 0.526 seconds. The melting point of high alloy steel, measured from 0 ° C was taken T 1 = 1440 ° C. The nominal temperature of the parts before welding was taken T o = 20 ° C. Thus, the nominal (reference) calculated melting temperature (T 1 -T o ) when determining the size of the weld pool was 1420 ° C.
Для расчетов была использована схема нормально-кругового источника на поверхности плоского слоя и компьютерная программа на языке Бейсик.For calculations, we used the scheme of a normal circular source on the surface of a flat layer and a computer program in the Basic language.
В результате графического решения системы уравнений для полученных размеров шва были определены эффективная мощность 1194 Вт и осевой тепловой поток qo=4200 Вт/см2.As a result of the graphical solution of the system of equations for the obtained weld dimensions, the effective power of 1194 W and the axial heat flux q o = 4200 W / cm 2 were determined.
После этого определяли расчетным путем продольную координату относительно оси сварочного источника тепла, в которой имеет место максимальная ширина сварочной ванны. Получили xм=1,0 см. Поперечную координату точки замера температур ут выбирали между максимальной шириной шва и ее удвоенной величиной. Выбрали ут=0,5 см. После этого рассчитали эталонное значение температуры в точке замера Т=747°С.After that, the longitudinal coordinate was determined by calculation with respect to the axis of the welding heat source, in which the maximum width of the weld pool takes place. Received x m = 1.0 cm. The transverse coordinate of the temperature measuring point y m was chosen between the maximum width of the seam and its double value. Chose at t = 0.5 cm. Following this calculated reference value of temperature at the measuring point T = 747 ° C.
За номинальную ширину обратного валика была принята Е2=0,15 см. Допустимые отклонения ширины обратного валика принимались ΔЕ2=±0,075 см. Таким образом, минимальное значение ширины обратного валика E2min=0, максимальное Е2max=0,3 см. Для установленных допустимых отклонений расчетным путем устанавливали допустимые отклонения эффективной мощности +Δqи=69 Вт и -Δqи=-23 Вт. Зная вольтов эквивалент эффективной мощности, получили допустимые отклонения сварочного тока: +ΔI и -ΔI.For the nominal width of the return roller, E2 = 0.15 cm was accepted. The permissible deviations of the width of the return roller were taken to be ΔЕ2 = ± 0.075 cm. Thus, the minimum value of the width of the return roller E2 min = 0, the maximum E2 max = 0.3 cm. For installed permissible deviations by calculation established the permissible deviations of the effective power + Δq and = 69 W and -Δq and = -23 W. Knowing the volts equivalent to the effective power, we got the permissible deviations of the welding current: + ΔI and -ΔI.
Таким же образом устанавливали допустимое отклонение начальной температуры свариваемых деталей +ΔТo=66°С, -ΔТo=-25°С для ширины обратного валика. При этом отклонение температуры контролируемой точки составило такие же величины.In the same way, the permissible deviation of the initial temperature of the welded parts + ΔТ o = 66 ° С, -ΔТ o = -25 ° С for the width of the reverse roll was established. In this case, the temperature deviation of the controlled point amounted to the same values.
После этого уменьшали скорость сварки до предельной величины, увеличивающей ширину обратного валика до E2max=0,3 см VC=0,47 см/с. Расчетная температура в точке замера увеличилась до 799°С на 52°С. После этого рассчитывали корректирующее значение эффективной мощности по формулеAfter that, the welding speed was reduced to a limit value that increases the width of the return roller to E2 max = 0.3 cm V C = 0.47 cm / s. The calculated temperature at the measurement point increased to 799 ° C by 52 ° C. After that, the corrective value of the effective power was calculated by the formula
Необходимо уменьшить значение эффективной мощности до Δqи=1194-54=1140 Вт. Переход от значений эффективной мощности к значениям сварочного тока, используемого для регулирования, осуществляется с помощью вольтова эффективной мощности или эффективного КПД. Например, при UЭ=6 Вт/А, сварочный ток необходимо уменьшить на ΔI=54/6=9 А.It is necessary to reduce the value of the effective power to Δq and = 1194-54 = 1140 watts. The transition from the values of the effective power to the values of the welding current used for regulation is carried out using a volt effective power or effective efficiency. For example, at U Э = 6 W / A, the welding current must be reduced by ΔI = 54/6 = 9 A.
Расчетная ширина обратного валика при скорректированных параметрах режима VC=0,47 см/с, qи=1140 Вт составила Е2=0,157 см. Погрешность регулирования составит 0,007 см/0,15 см =4,7%.The calculated width of the reverse roller with the corrected mode parameters V C = 0.47 cm / s, q and = 1140 W was E2 = 0.157 cm. The control error will be 0.007 cm / 0.15 cm = 4.7%.
Пример 2. Для параметров сварки, приведенных в примере 1 рассчитывали допустимое максимальное отклонение скорости сварки уменьшающее ширину обратного валика до Е2=0 см VC=0,504 см/с. Расчетная температура в точке замера уменьшилась до 728°С на 19°С от эталонного значения. После этого рассчитывали корректирующее значение эффективной мощности по формулеExample 2. For the welding parameters shown in example 1, the permissible maximum deviation of the welding speed was calculated, reducing the width of the return roller to E2 = 0 cm V C = 0.504 cm / s. The calculated temperature at the measurement point decreased to 728 ° C by 19 ° C from the reference value. After that, the corrective value of the effective power was calculated by the formula
Необходимо увеличить значение эффективной мощности до Δqи=1194+17,5=1211,5 Вт. Переход от значений эффективной мощности к значениям сварочного тока, используемого для регулирования, осуществляется с помощью вольтова эффективной мощности или эффективного КПД. Например, при UЭ=6 Вт/А, сварочный ток необходимо уменьшить на ΔI=17,5/6=2,92 А.It is necessary to increase the value of the effective power to Δq and = 1194 + 17.5 = 1211.5 watts. The transition from the values of the effective power to the values of the welding current used for regulation is carried out using a volt effective power or effective efficiency. For example, at U Э = 6 W / A, the welding current must be reduced by ΔI = 17.5 / 6 = 2.92 A.
Расчетная ширина обратного валика при скорректированных параметрах режима VC=0,5045 см/с, qи=1211,5 Вт составила Е2=0,14 см. Погрешность регулирования составила 0,01/0,15=6,7%. Более высокая погрешность регулирования при положительных отклонениях скорости обуславливается более высокой чувствительностью к возмущениям при уменьшении ширины обратного валика по сравнению с увеличением его величины.The calculated width of the reverse roller with the corrected mode parameters V C = 0.5045 cm / s, q and = 1211.5 W was E2 = 0.14 cm. The control error was 0.01 / 0.15 = 6.7%. A higher control error with positive speed deviations is caused by a higher sensitivity to perturbations with a decrease in the width of the reverse roller compared to an increase in its value.
В предлагаемом способе регулирования ширины обратного валика точка измерения температуры на поверхности изделия выбирается не на шве, а вне его, на нерасплавленной поверхности в зоне, близкой к сварочной ванне, там, где ванна имеет максимальную ширину. Это значительно уменьшает различие по времени действия возмущений на зону максимальной ширины ванны, для учета влияния которых измеряется температура поверхности изделия, и зону замера температуры. Это позволяет улучшить качество регулирования ширины обратного валика, за счет повышения точности регулирования и снижения отставания по времени в реакции регулирующего параметра на действие возмущений.In the proposed method for regulating the width of the reverse roll, the temperature measuring point on the surface of the product is selected not on the seam, but outside it, on the unmelted surface in the area close to the weld pool, where the bath has a maximum width. This significantly reduces the difference in the time of disturbance action on the zone of the maximum bath width, to take into account the influence of which the product surface temperature is measured, and the temperature measurement zone. This allows you to improve the quality of regulation of the width of the reverse roller, by increasing the accuracy of regulation and reducing the time lag in the response of the regulatory parameter to the action of disturbances.
Способ позволяет также избежать измерения нескольких параметров процесса сварки, а измерять только один, например, ток сварки и при расчете разницы температуры в точке измерения пользоваться установленной заранее эталонной температурой контролируемой точки.The method also allows you to avoid measuring several parameters of the welding process, and to measure only one, for example, the welding current, and when calculating the temperature difference at the measurement point, use the predefined reference temperature of the controlled point.
Способ обладает промышленной применимостью, поскольку может быть реализован на стандартных измерительных, вычислительных и управляющих элементах.The method has industrial applicability, because it can be implemented on standard measuring, computing and control elements.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124578A RU2650461C1 (en) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | Method of regulation the maximum width of the welding pool while automatic welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124578A RU2650461C1 (en) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | Method of regulation the maximum width of the welding pool while automatic welding |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016124578A RU2016124578A (en) | 2017-12-25 |
| RU2650461C1 true RU2650461C1 (en) | 2018-04-13 |
Family
ID=61976705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016124578A RU2650461C1 (en) | 2016-06-20 | 2016-06-20 | Method of regulation the maximum width of the welding pool while automatic welding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2650461C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU542602A1 (en) * | 1974-12-20 | 1977-01-15 | Ордена Ленина И Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Имени Е.О.Патона | The method of controlling the depth of penetration in the process |
| GB2018471A (en) * | 1978-03-23 | 1979-10-17 | Boc Ltd | Controlling depth of weld penetration |
| SU1013163A1 (en) * | 1982-02-01 | 1983-04-23 | Московское Ордена Ленина, Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана | Method of automatic regulating of welding depth in automatic arc welding |
| SU1320030A1 (en) * | 1983-01-10 | 1987-06-30 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Current-conducting nozzle |
| SU1346369A1 (en) * | 1985-10-28 | 1987-10-23 | МВТУ им.Н.Э.Баумана | Method of automatic control of fusion depth in welding with nonconsumable electrode |
| JPH0523851A (en) * | 1991-07-24 | 1993-02-02 | Nkk Corp | Penetration depth control method for all position welding |
| CN103157887A (en) * | 2011-12-11 | 2013-06-19 | 西安扩力机电科技有限公司 | Automatic electric welding machine control system based on accurate estimate of welding depth |
-
2016
- 2016-06-20 RU RU2016124578A patent/RU2650461C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU542602A1 (en) * | 1974-12-20 | 1977-01-15 | Ордена Ленина И Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Имени Е.О.Патона | The method of controlling the depth of penetration in the process |
| GB2018471A (en) * | 1978-03-23 | 1979-10-17 | Boc Ltd | Controlling depth of weld penetration |
| SU1013163A1 (en) * | 1982-02-01 | 1983-04-23 | Московское Ордена Ленина, Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана | Method of automatic regulating of welding depth in automatic arc welding |
| SU1320030A1 (en) * | 1983-01-10 | 1987-06-30 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Current-conducting nozzle |
| SU1346369A1 (en) * | 1985-10-28 | 1987-10-23 | МВТУ им.Н.Э.Баумана | Method of automatic control of fusion depth in welding with nonconsumable electrode |
| JPH0523851A (en) * | 1991-07-24 | 1993-02-02 | Nkk Corp | Penetration depth control method for all position welding |
| CN103157887A (en) * | 2011-12-11 | 2013-06-19 | 西安扩力机电科技有限公司 | Automatic electric welding machine control system based on accurate estimate of welding depth |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016124578A (en) | 2017-12-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9095928B2 (en) | Method and system for heating consumable during hot wire | |
| EP3290146B1 (en) | Resistance spot welding method | |
| US10173288B2 (en) | Metalworking system with force controlled wire feed start operation | |
| JP3200613U (en) | System for induction heating of consumables during the laser arc hybrid process | |
| BR112015003409A2 (en) | method and system for submerged arc welding | |
| RU2613255C1 (en) | Automatic control method of penetration depth in automatic arc welding | |
| US10058956B2 (en) | Metalworking wire feeder system with force control operation | |
| WO2018230419A1 (en) | Welding system and welding method | |
| CN106874620A (en) | A kind of method of energy efficiency in metrology laser heated filament welding procedure | |
| JP6460910B2 (en) | Electroslag welding method and electroslag welding apparatus | |
| RU2650461C1 (en) | Method of regulation the maximum width of the welding pool while automatic welding | |
| RU2691824C1 (en) | Method for controlling penetration depth during arc automatic welding | |
| JP5987737B2 (en) | Narrow groove welding method for steel | |
| RU2735847C1 (en) | Method for controlling penetration depth during arc automatic welding | |
| RU2497644C2 (en) | Multiarc welding of welded blanks | |
| RU2676935C1 (en) | Method of regulating depth of melting in automatic welding | |
| RU2571668C2 (en) | Arc welding by single coated electrode | |
| SU1346369A1 (en) | Method of automatic control of fusion depth in welding with nonconsumable electrode | |
| SU1013163A1 (en) | Method of automatic regulating of welding depth in automatic arc welding | |
| KR102378250B1 (en) | Apparatus and method for controlling speed of loading through gap sensing in case root pass back bead welding | |
| RU2707287C2 (en) | Method of controlling penetration depth during automatic arc welding | |
| RU2632751C1 (en) | Method of control of arc deflection from joint of fusion edges | |
| RU2530104C1 (en) | Arc welding method | |
| SU1009664A1 (en) | Method of automatic control of electric arc welding process | |
| GB2357259A (en) | A method of flash-butt welding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180621 |