Файл: Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования сварочных процессов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 81
Скачиваний: 0
щей дугой вольфрамовым электродом, сварка пульсирующей дугой плавящимся электродом. Рассмотрим основные особенно сти этих способов.
Помимо повышенной проплавляющей способности дуги свар ка на постоянном токе в импульсном режиме имеет существен ные достоинства: отсутствие сварочных деформаций вследствие малого времени существования сварочной ванны и малой зоны нагрева, более стабильную форму шва, высокую проплавляю щую способность дуги, близость химического состава металла шва к составу основного металла, малую вероятность прожогов. Вместе с тем процесс характеризуется повышенной склонностью к порообразованию, что можно объяснить кратковременностью существования ванны и большой скоростью кристаллизации, вследствие чего пузырьки порообразующих газов не успевают всплыть на поверхность. Ослабить порообразование можно уд линением времени существования жидкой ванны путем умень
шения паузы между импульсами, снижением скорости |
сварки |
или увеличением силы тока дежурной дуги. Достаточно |
иметь |
импульс продложительностью в несколько десятых долей секун ды, а паузы — от десятых долей до нескольких секунд.
Известно, что подводимая к дуге электрическая мощность должна быть связана с количеством вводимого в нее электрод ного металла. Отсюда следует, что процесс дуговой сварки можно регулировать по подаче тока, если контролировать пос тупление плавящейся электродной проволоки. Относительно легко эту идею реализовать при импульсной дуговой сварке.
Подача ироволоки может контролироваться роликом, имею щим по периметру насечку. Скорость вращения ролика опреде ляется его диаметром и скоростью движения проволоки. Если посадить на вал ролика кулачок и установить возле кулачка микропереключатель, то можно с их помощью включать или выключать сварочный ток, связав тем самым продолжитель ность импульса или паузы с подаваемым количеством электрод ной проволоки [68].
Сварка модулированным током все более привлекает внима ние технологов и проектировщиков сварочного оборудования прежде всего тем, что обеспечивает изготовление тонколистовых конструкций и высококачественное формирование вертикальных и потолочных швов. При этом часто отпадает необходимость в поперечных колебаниях электрода.
При модулированном токе сварки проплавляющая способ ность дуги не меняется при ее удлинении. Расход энергии при сварке импульсной дугой снижается на 15—20%, а производи тельность возрастает на 15—25%. Достоинством такого метода сварки является также более легкое и эффективное управление дозировкой энергии, вводимой в дугу.
В ряде случаев на постоянный ток накладывают импульсный ток частотой 70—90 гц и величиной 20—100% от основного.
Отношение основного тока дуги к диаметру применяемой прово локи при этом составляет 80—100
Сварка пульсирующей дугой имеет свои особенности. Харак тер пульсации легко регулируется изменением электромагнит ных параметров системы источник — сварочная цепь. В отли чие от импульсной сварки пульсирует не только ток, но н на пряжение (т. е. полная электрическая мощность).
Пульсирующий ток сварки легко получить и при использова нии сварочного генератора. Для этого необходимо любое прос
тейшее реле времени, н. з. контакт которого управляет |
включе |
|
нием независимой |
обмотки управления сварочного генератора. |
|
С помощью двух |
потенциометров, изменяя продолжительность |
|
паузы и включения реле, можно регулировать время |
намагни |
чивания и размагничивания генератора. Процесс нарастания и спада э. д. с. идет по экспоненте, поэтому (а также вследствие достаточно большой частоты коммутации обмотки) несмотря на большую амплитуду пульсации тока и напряжения дуга горит непрерывно.
Пульсирующая дуга дает шов с мелкой чешуйчатостью. Ис пользование ее целесообразно при сварке неповоротных стыков труб, так как снижает опасность прожогов и улучшает формиро вание шва при различных пространственных положениях. Мож но рекомендовать пульсирующую дугу и при ручной сварке, ибо она, если не освобождает сварщика от необходимости манипу лировать электродом и изменять длину дуги при переходе от одного пространственного положения к другому, то без сомне ния позволяет осуществить дистанционную регулировку источ ника.
Пульсирующий режим можно, например, получить периоди ческим одновременным введением резисторов в цепь незави симой обмотки возбуждения генератора ПСГ-500 и в якорную цепь двигателя подачи проволоки.
Любопытный эффект можно получить сочетая сварку пуль сирующей дугой с поперечными колебаниями электрода. Если синхронизировать частоты пульсаций и колебаний, то выбором их фаз можно обеспечить на свариваемых кромках максималь ную мощность дуги, а по оси разделки стыка — минимальную. При этом вероятность прожогов снижается.
Влияние защиты дуги и сварочной ванны. Расход защитного газа определяется силой тока сварки и растет примерно про порционально ему. Время сварки зависит от расхода газа более сложно. Сначала увеличение расхода за счет увеличения скоро сти истечения газа вызывает повышение напряжения на дуге. При неизменном токе сварки это соответствует росту выделяе мой в дуге энергии и время сварки сокращается. Дальнейшее же увеличение расхода вследствие охлаждающего действия
1 Австрийский патент № 278484, кл. 49с, 30, 1969.
струи газа на ванну расплавленного металла ведет к увеличе нию времени сварки.
Защитный газ, выходя из сопла горелки, имеет характер турбулентного потока, окруженного ламинарным слоем, возни кающим вследствие трения его о стенки сопла. Защитные свой ства газа проявляются только при наличии ламинарного слоя.
Толщина |
этого |
слоя |
достаточна, если отношение длины |
сопла |
/ к его диаметру |
d больше единицы. Так как толщина ламинар |
|||
ного слоя |
по выходе |
из сопла постепенно уменьшается, то |
при |
ходится поддерживать между горелкой и изделием небольшое расстояние. Особенно мало (не более 5—6 мм) оно должно быть у горелок с коническими соплами. Длина дуги при этом не превышает 3—3,5 мм. Эти обстоятельства затрудняют сварку в труднодоступных местах.
Качество газовой защиты зависит от скорости сварки, длины дуги, расхода газа и мощности (силы тока) дуги. Причем, на пример, если для горелки с соплом 12 мм наилучшая защита соответствует расходу аргона 15 л/мин, то увеличение расхода только ухудшает результат. Поэтому расход необходимо строго контролировать.
Большой эффект дает использование в горелках газовых линз, представляющих собой латунные сетки, они создают ла минарный поток по всему сечению сопла. Это означает, во-пер вых, что от сопла можно отказаться, ибо уже при //d = 0 про цесс образования ламинарного потока идет, и, следовательно, существенно уменьшить размеры горелки, во-вторых, удлинить дугу до 5—6 мм, расширить применимость аргоно-дуговой свар ки в труднодоступных местах, в-третьих, уменьшить расход ар гона в 3-—5 раз.
Перспективно использование комбинированной защиты дуги и сварочной ванны при сварке низкоуглеродистых сталей пла вящимся электродом. С помощью сварочной горелки можно создать центральный поток, преимущественно из аргона, обра зующий вокруг электрода зону, определяющую характер пере
носа расплавленного |
металла. Второй |
концентрический |
поток |
из углекислого газа |
будет служить в |
основном для |
защиты |
сварочной ванны от |
воздействий атмосферы. Комбинированная |
защита позволяет уменьшить потери металла на разбрызгива
ние, расширить |
(по сравнению со |
сваркой |
в |
СО2) диапазон |
||
возможных устойчивых |
режимов. Последнее в сочетании с по |
|||||
явлением возможности |
управлять |
переносом |
металла |
позво |
||
ляет облегчить |
выполнение сварных швов |
в |
различных |
про |
||
странственных |
положениях. |
|
|
|
|
Малоамперная дуга вследствие относительно низкой ее температуры менее устойчива, т. е. подвержена влиянию внеш них факторов. Для нее важное значение имеют параметры об дувающей струи защитного газа (аргона или смеси аргон—ге лий). Первостепенное значение и здесь имеет геометрия сопла.
Экспериментально установлено, что для сопл с одинаковым от ношением djl оптимальными условиями являются G/d=const и Re=idem (где G — массовый расход, a Re — число Рейнольдса) [10].
Изделия сложной формы все чаще сваривают в контролируе мой атмосфере. Эту атмосферу создают путем вакуумирования камеры с помещенным в нее изделием, а затем заполнением ее под давлением аргоном, гелием или их смесью. При этом необ ходимо строго контролировать степень ваккуумирования и из быточного давления инертного газа, ибо все это определяет результат сварки. Установлено, что для сварки алюминиевого сплава АМгб степень предварительного разрежения в камере пе ред заполнением ее аргоном должна составлять (2—3) Ю - 2 мм рт. ст. Это может быть достигнуто с помощью форвакуумного насоса ВН-2 в камере объемом 1 м3 за 3—4 мин. Давление ар гона должно быть выше 2 кгс/см2 — при этом дуга легко воз буждается в імеждуговом промежутке 2—4 мм от серийных ос цилляторов ОС-1 или М-3 при напряжении холостого хода ис точника 60 в.
Повышенное давление аргона в камере благоприятно не только для облегчения зажигания дуги, но и для устойчивости ее горения в процессе сварки. Для сварки неплавящимся элект родом сплава АМгб толщиной около 10 мм оптимально давле ние 3 кгс/см2, при меньших толщинах его можно снизить до 1,5—2,0 кгс/см2, а при толщине более 16 мм следует повысить до 4—6 кгс/см2. При этом, оказывается достаточна сила тока сварки 600 а. Сварка в контролируемой атмосфере под давле нием 3,5 кгс/см2 дает трехкратное увеличение глубины проплав лення при уменьшении сварочного тока в 2—2,5 раза, зона термического влияния сужается примерно в 1,5 раза, снижается пористость швов.
При сварке кольцевых стыков неповоротных труб с целью компенсации неблагоприятного действия внешних сил и обеспе чения высококачественного формирования шва целесообразно создать с помощью съемной камеры избыточное или недоста точное (по сравнению с атмосферным) давление защитного га за и изменять его в зависимости от углового положения элект рода относительно периметра свариваемого стыка ! .
Обеспечение надежной защиты дуги и сварочной ванны не только повышает качество сварного соединения, но и (особенно при сварке в С0 2 ) уменьшает разбрызгивание. Это очень важ но, ибо в зоне шва брызги прочно сцепляются с основным -ме таллом и на его зачистку затрачивается до 15—20% общей тру доемкости сварочных работ.
После завершения процесса сварки под флюсом на конце электродной проволоки образуется и застывает капля расплав-
1 И щ е н к о Ю. С. Авторское свидетельство № 164049 (БИ № 14, 1964).
ленного флюса, исключающая возможность последующего воз буждения дуги. Для предотвращения каплеобразования в си стеме управления подачей проволоки необходимо предусматри вать устройство, которое после прекращения сварки обеспечива ло бы автоматический отвод электрода от изделия. При прохож дении через слой сухого флюса электрод очищается от капли и приобретает заостренную форму, что и является условием для надежного возбуждения дуги. Подобное устройство разработа но в Сибирском металлургическом институте. Кулачки и микро переключатели обеспечивают в нем регулирование дозирования подаваемой в дугу -мощности и отвод электрода по окончании сварки [68].
Влияние подогрева и влажности. На характере процесса сварки и качестве получаемого сварного соединения существен но сказывается тепловое состояние основного металла, приса дочной проволоки и окружающей среды.
Окружающая температура |
оказывает (хотя |
и не очень боль |
||||||
шое) влияние на размеры ванны |
и |
время |
ее |
существования. |
||||
Понижение температуры на |
каждые |
10° С можно компенсиро |
||||||
вать увеличением |
на 3—4% |
погонной энергии при |
сварке, а |
|||||
также выбором типа соответствующего флюса. |
|
|
||||||
Немаловажное значение имеет содержание влаги в исполь |
||||||||
зуемых при |
сварке |
материалах |
(электродах |
с |
обмазкой, флю |
|||
се, защитном |
газе) |
и в окружающей |
атмосфере. Для |
снижения |
||||
до минимума эффекта поглощения сварочной |
ванной |
водорода |
||||||
из сварочных материалов и |
атмосферы приходится |
электроды |
||||||
и флюс прокаливать и подбирать |
определенные |
условия сварки. |
Прокалка уменьшает потенциальный водород, а выбранный тер мический цикл определяет эффективность переноса водорода в сварной шов и диффузии из него.
В связи с этим возникает необходимость в контроле влаж ности флюса, защитного газа, покрытия электродов и влагосодержания атмосферы. Для измерения влажности материалов можно рекомендовать кондуктометрический и емкостный мето ды [1]. Способы контроля влажности защитных газов, исполь зуемых непосредственно в технологическом процессе сварки, по
ка еще не разработаны. |
|
|
Известно, |
что для получения доброкачественных |
сварных |
соединений из |
материалов, склонных к подкалочным трещинам, |
|
и с большой теплопроводностью изделие перед дуговой |
сваркой |
необходимо подогревать до некоторой температуры, определяе мой материалом изделия, а после сварки выдерживать опреде ленный режим охлаждения. Например, для углеродистых сталей нужен подогрев до 200—350° С и охлаждение вместе с печью до 100—150° С после нагрева в ней до 675—700° С, для легирован ных сталей — подогрев до 100—350° С и высокотемпературный отпуск при 550—650° С, для хромистых сталей — подогрев до 200—400° С и охлаждение после сварки до 150—200° С, затем их
4—80 |
49 |