SU1563917A1 - Способ сварки плав щимс электродом с короткими замыкани ми и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технологии и оборудованию дл  дуговой сварки плав щимс  электродом с короткими замыкани ми (КЗ) и может быть использовано в различных отрасл х народного хоз йства. Цель изобретени  - улучшение микроструктуры сварного шва и качества сварных соединений путем управлени  переносом электродного металла. При сварке плав щимс  электродом ультразвуковые импульсы (УИ) ввод т с момента начала горени  дуги и в процессе образовани  капли до момента КЗ. В процессе образовани  капли УИ стабилизируют по среднему значению сварочного тока, а в момент образовани  капли заданной величины производ т дополнительную модул цию тока с частотой, равной частоте колебани  капли электродного металла. В момент начала КЗ подачу УИ прекращают, а затем подают их вновь со стабилизацией по среднему значению тока до окончани  КЗ. Устройство дл  сварки плав щимс  электродом с КЗ содержит входной выпр митель, фильтр, инвертор, трансформатор, выходной управл емый выпр митель, датчик сварочного тока, усилитель-интегратор, компаратор, задающий генератор, триггер, формирователи импульса. В устройство введены инверторы, компараторы, элементы И, элементы ИЛИ, счетный триггер, дополнительный триггер, генератор длительности импульсов и генератор временной задержки импульсов. Импульсы электрического тока, воздейству  на сварочную ванну, вызывают улучшение микроструктуры шва, повышают глубину проплавлени  и снижают его пористость. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к сварочному производству , а именно к использованию ультразвуковых колебаний при электродуговой сварке с короткими замыкани ми, и может быть использовано в различных отрасл х народного хоз йства при сварке больших толщин.

Цель изобретени  - улучшение микроструктуры сварного шва и качества сварного соединени  за счет осуществлени  управл емого переноса электродного металла.

На фиг. 1 графически изображены осциллограммы напр жений и тока, по сн ющие способ сварки плав щимс  электродом с короткими замыкани ми и работу устройства: а - осциллограмма напр жени  дугового промежутка v, б - осциллограмма ультразвуковых импульсов сварочного тока; в - осциллограмма напр жени  импульсов на включение отрицательной обратной св зи дл  стабилизации среднего значени  тока г - осциллограмма напр жени  имru 1ьсов команды на включение положительной обратной св зи дл  модул ции сварочного тока V - ос; на фиг. 2 - блок-схема устройства дл  реализации способа.

Сущность способа (фиг. 1) состоит в том, что при выполнении сварки с короткими замыкани ми с момента начала горени  дуги ti и в процессе образовани  капли (ti-12) до момента начала короткого замыкани  t3 в чуговой промежуток ввод т ультразвуковые импульсы. Эти импульсы в процессе образовани  капли (ti-{2) стабилизируют по среднему значению сварочного тока. В момент образовани  капли заданной величины (i) производ т дополнительную модул цию тока в течение времени t2-ts с частотой , равной собственной частоте колебани  капли электродного металла. С момента ta - - начала короткого замыкани  подачу ультразвуковых импульсов прекращают, а по прошествии времени Т их подают вновь со стабилизацией по среднему значению тока до окончани  короткого замыкани  t4.

Устройство дл  сварки плав щимс  электродом с короткими замыкани ми состоит из четырех основных блоков: блока силовой части 1 (фиг. 2) с промежуточным звеном преобразовани  частоты, блока управлени  инвертором 2, блока обратной св зи 3 и программного блока 4. Блок силовой части содержит входной выпр митель 5, фильтр 6, инвертор 7, трансформатор 8, выходной управл емый выпр митель 9 и нагрузку в виде межэлектродугового промежутка 10.

Блок управлени  инвертором 2 содержит задающий генератор 11, триггер 12, первый формирователь импульсов 13. Блок обратной св зи 3 состоит из датчика сварочного тока 14, усилител -интегратора 15, первого инвертора 16 сигнала обратной св зи, первого инвертора 16 сигнала обратной св зи , первого и второго компараторов 17 и 18, элементов И 19, 20, первого элемента ИЛИ 21 счетного триггера 22, второго формировател  импульсов 23.

Программный блок 4 содержит третий и четвертый компараторы 24 и 25, генератор длительности импульса TI 26. генератор временной задержки импульсов Т2 27, второй элемент ИЛИ 28, триггер 29, второй инвертор 30.

Устройство работает следующим образом (фиг. 2).

Напр жение сети переменного тока поступает на входной выпр митель 5 блока силовой части 1, выпр мл етс , сглаживаетс  фильтром 6, преобразуетс  в ультразвуковую частоту переменного напр жени  инвертором 7, понижаетс  трансформатором 8, затем выпр мл етс  управл емым выпр мителем 9 и поступает на нагрузку 10 в виде однопол рных- ультразвуковых импульсов с измен ющейс  скважностью.

Частота преобразовани  напр жени  инвертора 7 задаетс  задающим генератором 11 блока управлени  инвертором 2. Выходной сигнал задающего генератора 11 поступает

на триггер 12, где распредел етс  по каналам с двухтактной последовательностью и, усилива сь первым формирователем импульсов 13, поступает на силовые ключи инвертора 7.

Дл  изменени  скважности выходных однопол рных ультразвуковых импульсов сварочного тока, обеспечивающих ультразвуковое воздействие на сварочную ванну, а также дл  реализации алгоритма управлени  переноса электродного металла в сварочную ванну служат блок обратной св зи 3 и программный блок 4.

Информационным параметром о нагрузке дл  блока обратной св зи 3 служит сварочный ток 1а , дл  программного блока 4 -

р напр жение дуги V (фиг. 1).

Блок обратной св зи вместе с выходным управл емым выпр мителем 9 позвол ет осуществить либо стабилизацию сварочного тока по среднему значению, когда включена отрицательна  обратна  св зь «-

5 ОС, либо модулировать сварочный ток с частотой колебани  сопротивлени  нагрузки в случае включени  положительной обратной св зи «+ ОС. Команды на включение той или иной обратной св зи поступают с программного блока 4.

0 Принцип работы блрка обратной св зи заключаетс  в следующем. Информаци  о величине сварочного тока 1Э с датчика сварочного тока 14 поступает на усилитель-интегратор 15, он же одновременно  вл етс  и элементом сравнени , так как вы5 полней на операционном усилителе, сравниваетс  с задающим напр жением Уз и усиленный сигнал ошибки поступает на первые входы компараторов 17 и 18, причем на компаратор 18 подаетс  сигнал ошибки, ко0 торый измен етс  по фазе на 180 эл. град, первым инвертором 16, тем самым реализу  положительную обратную св зь. На вторые входы компараторов 17 и 18 поступает пилообразное напр жение с задающего генератора 11. Это обеспечивает син5 хронизацию работы выходного управл емого выпр мител  9 и инвертора 7. Компараторы 17 и 18 преобразуют аналоговые сигналы обратных св зей в дискретные импульсы с измен ющейс  скважностью. С выходов компараторов 17 и 18 им0 пульсы поступают на первые входы элементов И 19 и 20, на вторые входы которых поступают команды в виде импульсов определенной длительности V или . Если имеет место имдульсы ,

(осциллограмму в на фиг. 1), то он дает 5

разрешение на прохождение сигнала

через элемент И 19, с выхода которого затем сигнал поступает на выходной управл емый выпр митель 9, проход 

последовательно через первый элемент ИЛИ 21, счетный триггер 22, второй формирователь импульсов 23. Следовательно, в течение времени команды действует отрицательна  обратна  св зь по току, а значит производитс  стабилизаци  сварочного тока по среднему значению. Как только отключаетс  команда , включаетс  команда и тогда выходные импульсы с компаратора 18 поступают на выходной управл емый выпр митель 9 через элементы И 20, первый элемент ИЛИ 21 счетный триггер 22, и второй формирователь импульсов 23. В цепи начинает действовать положительна  обратна  св зь, усиливающа  колебани  сварочного тока, и осуществл   тем самым его модул тор с частотой изменени  сопротивлени  нагрузки, т. е. реагиру  на собственные колебани  капли на электроде, которые, в свою очередь , измен ют сопротивлени  дугового промежутка с этой же частотой. Дл  изменени  глубины как отрицательной, так и положительной обратных св зей на первые входы компараторов 17 и 18 подаютс  также посто нные задающие напр жени  Vr, и Vr,.

Программный блок 4 получает информацию в виде напр жени  дуги Vj (фиг. 1а), которое поступает на первые входы третьего и четвертого компараторов 24 и 25, на вторые входы компараторов 24 и 25 подаютс  опорные напр жени  Von, и Von2- Уев., соответствует величине напр жени  на 10-15% меньше максимального напр жени  горени  дуги (примерно 17-18 В). Von соответствует величине напр жени  на 10-15% больше максимального падени  напр жени  на электроде во врем  короткого замыкани  капли (4-5 В). Таким образом, на входе компараторов 24 и 25 происходит посто нное сравнение напр жени  Vg и напр жений Vo-., и Von,.

Начнем рассмотрение алгоритма управлени  с момента загорани  дуги. Как только напр жение дуги Vg станет больше напр жени  Von, (момент ti фиг. 1) на выходе компаратора 24 по витс  импульс посто нного напр жени , который запустит генератор длительности импульса 26, обеспечивающий определенную длительность протекани  этого импульса Т, далее этот импульс поступает на элемент ИЛИ 28, триггера 29 и с выхода триггера 29 в виде импульса команды 1/« ог (фиг. 1, ti-12) на второй вход компаратора 19, включа  отрицательную обратную св зь по среднему значению сварочного тока. По истечении импульса TI, в момент to. (фиг. 1в), триггер 29 опрокидываетс  в прежнее состо ние и падает импульс команды через инвертор 30 на второй вход компаратора 20 и сварочный ток начинает модулироватьс  с частотой колебани  капли до тех пор, пока не произойдет короткого замыкани  капли со сварочной ванной (момент времени 1з фиг. 1а), напр жение на дуговом промежутке Vs резко упадет до напр жени  КЗ и станет меньше опорного

Von2. В результате на выходе компаратора 25 по витс  сигнал, который запустит генератор временной задержки импульсов 27, выходной сигнал которого на врем  Т2 останавливает счетный триггер 22, и, следовательно , снимает импульсы управлени  с выходного выпр мител  9 и обеспечивает бестоковую паузу во врем  начала короткого замыкани , т. е. во врем  начала перехода капли в сварочную ванну (фиг. 1 моменты времени is-14). Данное обсто тельство снижает разбрызгивание электродного металла. По мере прекращени  импульса задержки Т2 с выхода компаратора 25 сигнал поступает через элемент ИЛИ 28 и опрокидывает триггер 29 в положение, обеспечивающее включение отрицательной св зи . Таким образом, до момента времени ts (фиг. 1), пока происходит перетекание капли, сварочный ток будет ограничен током стабилизации, равным току в период TI. После окончани  КЗ напр же5 ние на межэлектродном промежутке увеличиваетс  и становитс  больше напр жени  Von2, поэтому сигнал с выхода компаратора 25 будет отсутствовать, а на выходе компаратора 24 вновь по витс , как только напр жение Va достигнет величины Vo,.|. Все процессы повтор ютс  в программном блоке 4 в период следующего переноса капли электродного металла Тп.

Времена TI и То могут регулироватьс  за счет изменени  величины задающих напр жений V-i м V-o, поступающих на вто5 рые входы генератора длительности импульсов 26 и генератора временных задержек 27.

Таким образом, измен   врем  TI {врем  действи  отрицательной обрат0 ной св зи сварочного тока по среднему значению), возможно изменение энергии теп- ловложени  в каплю электродного металла в период ее переноса Т„ . Опытным путем можно установить эт} величину дл  определенной марки и диаметра электрода.

5 Включение положительной обратной св зи по сварочному току, обеспечивает его модул цию , а следовательно, дает толчок дл  обеспечени  четкого перетекани  капли в сварочную ванну. Выключение выходного выпр мител  на врем  Т и ограничение тока во врем  КЗ обеспечивает минимальное разбрызгивание электродного металла. Ультразвуковое воздействие электрическими однопол рными импульсами сварочного тока на сварочную ванну в период между двум 

5 стади ми переноса значительно улучшает микроструктуру шва, повышает глубину проплавлени  и снижает его пористость. Все это сказываетс  на повышении качества сварочного соединени .

0

Пример. Сваривают листовые конструкции из стали АК-29. Сварку производ т низколегированными электродами с карбо- натно-флюоритным покрытием марки 48Н-13 по ОСТ 9244-75 диаметром 4 мм.

Сварку ведут модулированным током частотой 16 кГц импульсами обратной пол рности . Среднее значение тока сварки беретс  в пределах 160-180 А.

Испытани  способа показывают, что количество газовых пор в сварном соединении уменьшилось на 50%, разбрызгивание металла снизилось на 40%, возросла стабильность формировани  шва.

Кроме того, отпадает необходимость в применении в держателе электрода ультразвукового магнитострикционного преобразовател , имеющего значительный вес и габариты, уменьшаютс  услови  работы сварщика .

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   . Способ сварки плав щимс  электродом с короткими замыкани ми, при котором ,шдач ультразвуковых импульсов в дуговой промежуток осуществл ют синхронно со стади ми горени  дуги и стади ми коротких замыканий, причем ультразвуковые колебани  ввод т в сварочную ванну в период между двум  стади ми переноса электродного металла путем подачи однопол р- ныч электрических импульсов сварочного тока с измен ющейс  скважностью, отличаю- цийс  тем, что, с целью улучшени  микроструктуры сварочного шва и качества сварных соединений путем управлени  переносом электродного металла, с момента начала горени  дуги и в процессе образовани  капли до момента короткого замыкани  подают ультразвуковые импульсы, которые в процессе образовани  капли стабилизируют по среднему значению сварочного тока, в момент образовани  капли ладанной величины производ т дополнительную модул цию тока с частотой, равной с юственной частоте колебаний капли, в момент начала короткого замыкани  подач ультразвуковых импульсов прекращают, а

   0

   затем подают их вновь со стабилизацией по среднему значению тока до окончани  короткого замыкани .
2. 2. Устройство дл  сварки плав щимс 

   электродом с короткими замыкани ми дугового промежутка, содержащее последовательно соединенные входной выпр митель, фильтр, инвертор, трансформатор и выходной управл емый выпр митель, задающий

   генератор, через первый триггер и первый формирователь импульсов, соединенный с управл ющими входами инвертора, счетный триггер через второй формирователь импульсов , соединенный с управл ющими входами выходного управл емого выпр мител ,

   датчик сварочного тока через усилитель- интегратор, соединенный с первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен с вторым входом задающего генератора , отличающеес  тем, что, с целью улучшени  микроструктуры сварного шва и качества сварных соединений путем управлени  переносом электродного металла, в него введены первый элемент И, последовательно соединенные аналоговый инвертор, второй компаратор, второй элемент И и пер5 вый элемент ИЛИ, а также последовательно соединенные третий компаратор, первый генератор, второй элемент ИЛИ, второй триггер и инвертор, четвертый компаратор и второй генератор, выход которого соединен с R-входом счетного тригге0 ра, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого компаратора и вторым выходом вто5 рого триггера, выход инвертора соединен со вторым входом второго элемента И. второй вход второго компаратора соединен со вторым выходом задающего генератора, вход аналогового инвертора соединен с выходом

   Q усилител -интегратора, выход выходного управл емого выпр мител  соединен со входами третьего и четвертого компараторов, выход последнего соединен со вторым выходом второго элемента ИЛИ и входом второго генератора.