SU1063554A1

SU1063554A1 - Method of automatic regulation of the arc length in fusion welding

Info

Publication number: SU1063554A1
Application number: SU823495987A
Authority: SU
Inventors: Владимир Алексеевич Виноградов
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6476
Priority date: 1982-10-04
Filing date: 1982-10-04
Publication date: 1983-12-30

Abstract

1-Способ автоматического р&гулировачи длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интен сивности спектра излучени электронов , вццеленншс из светового потока , излучаемого сварочной дугой, с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического рэгулировани , . отличающийс тем, что, с целью улучшени качества сварки путем повьл ени чувствительности и точности регулировани , дополнительно выдел ют область спектра излучени металла издели / выделенные области регистрируют раздельно, сравнивают между собой и измен ет длину дуги до Получени равенства интенсивностей излучени свободных элект юнов и металпа издели . 2, Способ автоматического регулировани дайны дуги при сварке плав лением путем регистрации интенсивности спектра излучени электронов,, выделенных из светового потока, излучаемого сварочной дугой, с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулировани , отличающийс тем, что, с целью улучшени качества сварки путем поаышени чувствительности и точности регулировани , дополнительно вы (Л дел ют область спектра излучени металла издели и бьщеленныз области регистрируют одновременно, при этом величину дугового промежутка колеблют с амплитудой 6,05-0,3 мм ct с и частотой 1-1000 Гц, определ ют, знак производной функции изменени интенсивности излучени вьщеленной обл.1сти от- изменёни дл ны дуги и в случае отрицательного знака о I длину дуги увеличивают, а в случае м положительного - уменьшают.. СП ел 4; .2 .11-Method for automatic p & gulirovichi arc length during fusion welding by recording the intensity of the emission spectrum of electrons, all of which is emitted from the luminous flux emitted by the welding arc, with the subsequent use of the result of registration as a function of automatic adjustment,. characterized in that, in order to improve the quality of welding by increasing the sensitivity and accuracy of adjustment, the area of the metal emission spectrum of the product / allocation areas is additionally recorded separately, compared with each other and changes the arc length until the radiation intensities of the free electrons and the radiation are equal. products. 2, A method for automatically controlling the arc arc welding process by fusion by recording the intensity of the emission spectrum of electrons separated from the luminous flux emitted by the welding arc, and then using the result of the recording as an automatic control function, characterized in that to increase the sensitivity and accuracy of the adjustment, you additionally (L make the region of the radiation spectrum of the metal of the product and the green areas register simultaneously, n and the magnitude of the arc gap oscillates with an amplitude of 6.05–0.3 mm ct and a frequency of 1–1000 Hz, the sign of the derivative of the function of the change in the radiation intensity of the radius of the region of the arc is determined, and in the case of a negative sign o I increase the length of the arc, and in the case of m positive - reduce .. SP ate 4; .2 .1

Description

Изобретение относитс к автоматизации процесса дуговой сварки, в частности к способам автоматического регулировани длины дугового промежутка, и может найти применени преимущественно при сварке неплав .щимс электродом в среда защитных газов в любой отрасли народного хоз йства. Известен способ автоматического регулировг и длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интенсивности светового потока из зоны сварки с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулировани 13. К недостаткам этого устройства относитс низка точность из-за того , что на фотоприемник попадает излучение не только сварочной дуги, но и сварочной ванны, размеры которой в ходе сварки могут существенно измен тьс Известен способ регулировани дл ны дуги, согласно которому из общего излучени дуги вьщел ют либо ультрафиолетовую, либо инфракрасную область, инт енсивность излучени ко рых преобразуют фотоприемником, а управл ющим воздействием на длину дуги кп етс функци этого сигнала 2 Известный способ не может обеспе чить регулирование длины коротких дуг, так как зависимость интенсивно ти излучени используемых областей от длины дуги отличаетс существенной нелинейностью при дайне дуги менее 1 мм. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс способ авт матического регулировани длины дуги при сварке плазвлёнием путем регистрации интенсивности светового потока излучени сварочной дуги с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулировани , согласно которому из светового потока выдел ют область излучени электронов и линий защитной атмосфеЕ%1« Спо соб обладает высокой точностью и универсальностью, осо,бенно при свар ке малых толщин СзЗОднако в процессе сварки, когда происходит изменение геометрических и эмиссиомн С характеристик электро да, известный способ не может обеспечить высокой стабилизации сре ней плотности тока в анодном п тне, что плохо сказываетс на качестве сварки. Цель изобретени - улучшение качества сварки путем повышени чувствительности и точности регулирова ни за счетстабилизации требуемой сре ней плотности энергии нагрева п тна. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу автоматического регулировани длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интенсивности спектроизлучени электронов, выделенных из светового потока, излучаемого сварочной дугой , с последукнцим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулировани , дополнительно выдел ют область спектра излучени металла издели , выделенные области регистрируют раздельно, сравнивают между собой и измен ют длину дуги до получени равенства интенсивностей излучени свободных электронов и металла издели . Согласно второму вариаитув способе автоматического регулировани длины дуги при сварке плавлением путем регистрации интенсивности спектра излучени э пектронов , выделенных из светового потока, излучаемого сварочной дугой, с последующим использованием результата регистрации в виде функции автоматического регулировани , дополнительно выдел ют область спектра излучени металла издели и выделенные области регистрируют одновременно, при этом величину дугового промежутка колеблют с амплитудой 0,05-0,3 мм и частотой 1-1000 Гц, определ ют знак производной функции изменени интенсивности излучени выделенной области от изменени длины дуги и в случае отрицательного знака длину дуги увеличивают , а в случае положительного уменьшгиот , Дополнительное вьщеление области спектра излучени металла издели повышает чувствительность регулировани , так как позвол ет получить информацию об испарении металла издели , которое пропорционально средней плотности энергии в п тне нагрева . Регистриру выделенные области спектра раздельно и сравнива между собой, дополнительно повш ают чувствительность способа за счет улучшени помехоза:щищенности . Добива сь при этом равенства интенсивностей излучени свобод ных электронов и металла издели , стабилизируют состав плазки сварочной дуги, обеспечив а тем салалм требуемую среднюю плотность энергии в п тне нагрева и стабилизиру геометрические параметры шва, что обеспечивает высокое качество сварки, По второму варианту, который Предполагает)одновременную регистрацию выделенных областей спектра свободных электронов и металла издели , дл обеспечени стабильного состава плазмы дуги дугсжой промежуток колеблют с амплитудой 0,05-0,3 ммThe invention relates to automating the process of arc welding, in particular to methods for automatically controlling the length of the arc gap, and can find applications mainly in welding with a non-melting electrode into a protective gas environment in any branch of the national economy. There is a known method of automatic adjustment and arc length during fusion welding by recording the intensity of the luminous flux from the welding zone and then using the result of the registration as a function of automatic control 13. The disadvantages of this device are low accuracy due to the fact that radiation does not hit the photodetector arc, but also of the weld pool, the dimensions of which during welding may vary significantly. There is a known method of control for the arc, according to which from the total radiation Neither the arc imparts either ultraviolet or infrared, the radiation intensity of which is converted by the photoreceiver, and the control effect on the arc length is the function of this signal. 2 The known method cannot control the length of short arcs, since the dependence of the radiation intensity used regions from the arc length is distinguished by a substantial nonlinearity when the arc arc is less than 1 mm. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed is a method of automatically adjusting the arc length when welding by bracing by recording the intensity of the light flux of the welding arc and then using the result of the recording as a function of automatic regulation, according to which the radiation region of electrons is separated from the light flux. and lines of protective atmosphere% 1 "The method has high accuracy and versatility, especially when welding small thicknesses Cs However, in the process of welding, when there is a change in the geometric and emission characteristics of the electrode, the known method cannot provide a high stabilization of the current density of the medium in the anode spot, which adversely affects the quality of welding. The purpose of the invention is to improve the quality of welding by increasing the sensitivity and accuracy of regulation due to the stabilization of the required density of the spot heating energy. The goal is achieved by the method of automatic adjustment of the arc length during fusion welding by recording the intensity of the spectral radiation of electrons isolated from the luminous flux emitted by the welding arc, followed by using the result of the registration as a function of automatic regulation, selected areas are recorded separately, compared with each other, and the length of the arc is changed until equality of intensity It emits free electrons and metal products. According to the second variant, the method of automatic adjustment of the arc length during fusion welding by recording the intensity of the emission spectrum of the electrons isolated from the luminous flux emitted by the welding arc, followed by using the result of the registration as a function of the automatic adjustment, additionally distinguishes the area register at the same time, while the magnitude of the arc gap oscillate with an amplitude of 0.05-0.3 mm and a frequency of 1-1000 Hz, determined The sign of the derivative of the function of changing the intensity of radiation of the selected area from the change in arc length and in the case of a negative sign increases the length of the arc, and in the case of a positive decrease, the additional increase in the emission spectrum of the metal of the product increases the sensitivity of the regulation, which is proportional to the average energy density in the heating spot. Registering the selected spectral regions separately and comparing with each other, additionally increases the sensitivity of the method by improving the noise immunity: protection. At the same time achieving equal radiation intensities of free electrons and the metal of the product, stabilize the composition of the welding arc plasma, thus ensuring the required average energy density in the heating spot and stabilizing the geometrical parameters of the weld, which ensures high quality of welding. ) simultaneous recording of selected regions of the spectrum of free electrons and the metal of the product, in order to ensure a stable composition of the arc plasma, the arc of the oscillation period varies with an amplitude of 0.05-0.3 m m

и частотой 1-1000 Гц дл определени знака производной функции изменени интенсивности излучени выделенной области от изменени длины дуги.and a frequency of 1-1000 Hz to determine the sign of the derivative of the function of the change in the intensity of the radiation of the selected area from the change in the arc length.

На фиг 1 показана принципиальна схема устройства дл осуществлени первого варианта предлагаемого способа; на фиг 2 - кривые зависимости изменени интенсивности ,различных спектральных диапазонов от длины дугового промежутка; на фиг 3 - принципиальна схема устройства дл осуществлени второго варианта предлагаемого «способа; на фиг .4. - кривые изменени суммарной интенсивности линий металла издели из свободных элект зодов в дуге при различных эмиссионных характеристиках катода.Fig. 1 is a schematic diagram of the device for implementing the first embodiment of the proposed method; Fig. 2 shows the curves of the change in intensity, of different spectral ranges as a function of the length of the arc gap; Fig. 3 is a schematic diagram of an apparatus for implementing the second embodiment of the proposed "method; in FIG. 4. - curves of changes in the total intensity of metal lines of a product from free electrodes in an arc with different emission characteristics of the cathode.

Способ по первому варианту осуществл етс следующим образом. .The method according to the first embodiment is carried out as follows. .

С помощью фотоэлектрического спектрального датчика 1 выдел ют из излучени дуги спектральный диапазон, содержащий излучение свободных электpoHOB и регистрируют его интенсивность,Using a photoelectric spectral sensor 1, the spectral range containing the free electrophotograph radiation is separated from the radiation of the arc and its intensity is recorded,

Одновременно с помощью фотоэлектрического спектрального датчика 2выдел ют одну или несколько спектральных линий металла, присутствующего в сварочной ванне, и регист рируют их интенсивность , В зависимости от длины дугового промежутка интенсивность излучени свободных элект- ; ронов соответствует кривой 8, а интенсивность излучени линий металла - семейством кривьк 9- Интенсивность выделенных областей сравнивают между собой в блоке 3 сравнени и сигнал подают в усилитель 4 и далее на исполнительный механизм 5. ЕСЛИ интенсивность спектра свободных электронов выше интенсивности спектра металлов, длину .дуги увеличивают , поднима горелку б с помс цью исполнительного механизга 5. Если интенсивность спектра свободных электронов ниже спектра излучени металлов, длину дуги увеличивают , т.е. добиваютс равенства сигналов спектральных интенсивнбстей, устанавлива оптимальную длину 7 дуги, котора соответствует пересечению кривых 8 и 9 .At the same time, with the help of a photoelectric spectral sensor 2, one or several spectral lines of the metal present in the weld pool are detected and their intensity is recorded. Depending on the length of the arc gap, the intensity of radiation of free electrons; ronov corresponds to curve 8, and the radiation intensity of the metal lines is a family of curves 9 - The intensity of the selected areas is compared with each other in comparison unit 3 and the signal is fed to amplifier 4 and then to actuator 5. IF the intensity of the spectrum of free electrons is higher than the intensity of the spectrum of metals, length. the arcs increase, raising the torch b with the actuator mechanism 5. If the intensity of the spectrum of free electrons is lower than the emission spectrum of metals, the arc length is increased, i.e. the spectral intensities signals are equal, an optimum length of 7 arcs is established, which corresponds to the intersection of curves 8 and 9.

Согласно второму варианту спбсоб осуществл етс следующим образомчг.,According to the second variant, the process is carried out as follows.

С помс цью фотоэлектрического спектрашьного датчика 10 из светового потока, излучаемого дугой выдел ют и регистрируют совместно интенсивность спектрального диапазо на, содержащего линии излучени металла издели и свободных электронов С помощью генератора 11 вертикальных колебаний обеспечивают вертикальные колебани сварочной, горелки 7 и соответственно колебани длины дугового промежутка сWith a photoelectric spectra sensor 10, the intensity of the spectral range containing the radiation lines of the metal of the product and free electrons is extracted and recorded jointly from the luminous flux emitted by the arc. Vertical oscillations of the welding torch 7 and, accordingly, length variations of the arc gap are provided with the help of vertical oscillator 11. with

амплитудой в диапазоне 0,05-0,3 мм и с частотой 1-1000 Гц. Соответственно возникают колебани интенсивности спектрального диапазона, регистрируемые спектральным датчиком 10, с помс цью селективного усилител 4 эти колебани выдел ютс из общего сигнала усилител . Затем с помс цью синхронного детектора 12 определ ют знак производной amplitude in the range of 0.05-0.3 mm and with a frequency of 1-1000 Hz. Accordingly, fluctuations in the intensity of the spectral range occur, as detected by the spectral sensor 10, with a second selective amplifier 4 these oscillations are extracted from the overall signal of the amplifier. Then, with the synchronous detector 12, the sign of the derivative is determined.

0 функции изменени интенсивности от длины дуги, сравнива фазы сигналов с генератора 11 и селективного усилител 4. В зависимости от длины дуги интенсивность излучени измен 5 етс в соответствии с семейством кривых 13. В случае, если производна положительна (восход щие ветви семейства кривых 13), уменьшают длину дуги, опуска с помощью исполнительного механизма 5 горелку 6, в слу0 чае, если производна отрицательна (исход щие ветви семейства кривых 13) увеличивают длину дуги, устанавлива . оптимальную длину 7 дугового промежутка , при которой производна бу5 дет равна нулю.0 of the intensity variation function of the arc length, comparing the phases of the signals from the generator 11 and the selective amplifier 4. Depending on the arc length, the radiation intensity changes 5 in accordance with the family of curves 13. In case the derivative is positive (the upstream branches of the family of curves 13) , reduce the length of the arc, lowering with the help of the actuator 5, the burner 6, in the event that the derivative is negative (the outgoing branches of the family of curves 13) increase the length of the arc, set. the optimal length of the arc gap is 7, at which the derivative will be zero.

Амплитуда колебаний менее 0,05 мм не позвол ет получить четкое изме- нение сигнала интенсивности и опре0 делить знак производной .. При амплитуде более О,3 мМ снижаетс стабильность глубины провара,The amplitude of oscillations less than 0.05 mm does not allow to obtain a clear change in the intensity signal and to determine the sign of the derivative. At amplitudes greater than 0, 3 mM, the stability of penetration decreases,

Частота менее 1 Гц не обеспечивает быстродействи регулировани , ча-стота более 1000 Гц не осуществима Frequency less than 1 Hz does not provide adjustment speed; frequency of more than 1000 Hz is not feasible.

5 при современных габаритах и весе сварочных горелок.5 with modern dimensions and weight of welding torches.

В обоих вариантах способа обеспечиваетс посто нное соотношение между концентрацией свободных элект0 ронов и концентрацией атомов металлов издели , испар емых в дугу с поверхности анодного п тна - Поскольку количество испар е 1ого металла пропорционально плотности энергии, спо5 соб позвол ет стабилизировать-плотность энергии в п тне нагрева и тем самым повысить стабильность геометрических размеров сварных швов и их качество независимо -от изменени ге0 ометрических параметров электрода и ухудшени его эмиссионных характеристик . I . In both variants of the method, a constant ratio is maintained between the concentration of free electrons and the concentration of metal atoms of the product evaporated in an arc from the surface of the anode spot - Since the amount of evaporation of the first metal is proportional to the energy density, the method allows stabilizing the energy density in the spot heating and thereby increase the stability of the geometrical dimensions of the welds and their quality independently - from changes in the geometrical parameters of the electrode and deterioration of its emission characteristics . I.

Первый вариант способа требует применени в качестве датчика как The first variant of the method requires the use as a sensor as

5 минимум двух канальных спектральных приборов, обладаннцих большими габаритами и сравнительно высокой стоимостью, но позвол ющих легко перестраивать.его дл контрол про0 цесса сварки металлов самого .различного состава. Его целесообразно использовать на сложных. уни 9ерсальных сварочных машинах, предназначенных дл сварки широкой номенклатуры 5 at least two channel spectral instruments, having large dimensions and relatively high cost, but allowing easy rebuilding of it to control the process of welding metals of different composition. It is advisable to use on complex. Uniform 9 welding machines for welding a wide range of products.

5 изделий.. Второй вариант способа может быт применен с простыми переносными спектральными приборами и даже с узкополосными интерференционными светофильтрами малых габаритов и низкой стойкости. Эти приборы т жело перенастраивать с одного спект рального диапазЬна на другой и поэтому нельз использовать при смене свариваемых материалов. Второй вариант целесообразно использовать на оборудовании дл сварки однотипных изделий. Пример. Испытани способа провод тс на специальном стенде, в состав которого входит стационарна сварочна установка, состо ща из источника питани , сварочной дуг ТИР-300 ДМ, вращател и сварочной г релки с механизмом ее вертикального перемещени , а также спектрографа ДФС-8 со специальной приставкой, имеющей две регулируемые выходные щели и два фотоумножител . Передача излучени сварочной дуги на входную щель спектрографа осуществл етс с помощью световода При первом ва рианте способа с помощью первой вхо ной щели выдел етс диапазон спектр 5180-5200 А, содержащий излучение с бодных электронов , с помощью второй щели выдел етс участок спектра 5204-5208 А, содержащий три линии хрома . Сварка проводитс на трубчатых образцах ф 55-2 мм из стали 12Х18Н10Т. В качестве возмущающего воздействи используютс электроды с различным углом заточки 1-5, 45 и Установка длины дуги после см ны электрода выполн етс путем выра нивани интенсивности вышеуказан- , ных областей спектра. Исследовани поперечных шлифов сварных швов показывают , что отклонение по глубине провара не превышает 5% , При использовании способа регулировани длины дуги, вз того за базовый объект, в оторлм вл етс прототип, колебани глубины проплавлени достигают 20%. При испытании второго варианта способа используетс однокамерный датчик, выдел ющий область спектра 5195-5215 А, котора содержит как излучение свободных электронов,так и атомов хрсЗма (лини 5204, 5206 и 5208 А). Оба варианта способа позвол ют получить практически одинаковое улучшение качества . Применение способа при сварке продольных швов обечаек ,4 мм дл формовки сильфонов позвол ет получить экономию за счет сокращени брака 3435 руб.в течение года. Дл осуществлени первого варианта способа необходим спектрограф типа ДФС-8 стоимостью около 3000 руб, и окупаемость затрат составл ет один год . Дл осуществлени второго варианта достаточен интерференционный фильтр с максимумом пройускани ,4254 А и полушириной пропускани 4Д 1/2 20 А, содержащий спектр свободных электронов и линий хрома, стоимость которого около 50 руб Однако этот фильтр не позвол ет использовать способ при сварке цветных металлов и сплавов.5 products. The second variant of the method can be applied with simple portable spectral instruments and even with narrow-band interference light filters of small dimensions and low durability. These devices cannot be reconfigured from one spectral range to another and therefore cannot be used when changing the materials to be welded. The second option is advisable to use on equipment for welding of the same type of products. Example. Testing of the method is carried out on a special stand, which includes a stationary welding machine consisting of a power source, TIR-300 DM welding arc, a rotator and a welding rod with a mechanism for its vertical movement, as well as a DFS-8 spectrograph with a special attachment having two adjustable output slots and two photomultipliers. The transmission of the welding arc to the entrance slit of the spectrograph is carried out with the help of a light guide. With the first version of the method, the spectrum of the range 5180-5200 A, containing radiation from the bouncy electrons, is separated from the first entrance slit; A, containing three lines of chromium. Welding is carried out on tubular samples of f 55-2 mm from steel 12X18H10T. Electrodes with a different sharpening angle of 1-5, 45 are used as a disturbing effect, and the setting of the arc length after the electrode is measured is performed by adjusting the intensity of the above-mentioned spectral regions. Studies of the transverse sections of welds show that the deviation in the depth of penetration does not exceed 5%. When using the method of adjusting the length of the arc taken as the base object, there is a prototype in the end, the depth of penetration reaches 20%. When testing the second variant of the method, a single-chamber sensor is used that isolates the spectral range 5195-5215 A, which contains both the radiation of free electrons and the atoms of XrSaM (line 5204, 5206 and 5208 A). Both variants of the method allow to obtain almost the same quality improvement. The use of the method for welding longitudinal welds of the shells, 4 mm for forming bellows, allows to save by reducing rejects of 3435 rubles per year. To carry out the first variant of the method, a DFS-8 type spectrograph is needed at a cost of about 3,000 rubles, and the cost recovery is one year. For the implementation of the second variant, an interference filter with a passage maximum of 4254 A and a 4D 1/2 20 A half-width transmission containing a spectrum of free electrons and chromium lines, which cost about 50 rubles, is sufficient. However, this filter does not allow using the method for welding non-ferrous metals and alloys .

.13.13

Алина Л/гиAlina L / gi

Claims

1-Method for automatic control of the length of the arc during fusion welding by recording. The intensity of the emission spectrum of electrons extracted from the light flux emitted by the welding arc, · with the subsequent use of the registration result in the form of an automatic control function, characterized in that, in order to improve the quality of welding by changes in the sensitivity and accuracy of regulation, additionally distinguish the region of the emission spectrum of the metal of the product, the selected areas are recorded separately, compared and waiting for a change of the arc length equal to Prep free electron emission intensities and metal.

2, A method for automatically controlling the arc dips in fusion welding by recording the intensity of the emission spectrum of electrons extracted from the light flux emitted by the welding arc, followed by using the registration result as an automatic control function, characterized in that, in order to improve the quality of welding by increase the sensitivity and accuracy of regulation, additionally select the region of the spectrum of radiation of the metal of the product and the selected areas are recorded simultaneously, while the arc gap is oscillated with an amplitude of 0.05-0.3 mm and a frequency of 1-1000 Hz, determine the sign of the derivative of the function of changing the radiation intensity of the selected • area from: changing the arc length and in the case of a negative sign i increase the arc length, and in the case positive - reduce.