способ ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током корневого шва

Формула изобретения

Способ ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током корневого шва, включающий автоматическое регулирование длительности импульсов и пауз сварочного тока и наложение во время пауз дополнительных импульсов тока с частотой, большей 50 Гц, отличающийся тем, что длительность дополнительных импульсов устанавливают в зависимости от диаметра электрода и его конкретной марки в диапазоне от 2 до 7 мс, а длительность основных импульсов ограничивают до величины, обеспечивающей образование "замочной скважины" с частичным заполнением ее в промежутке между основными импульсами расплавленным металлом, причем частоту основных импульсов задают по программе или автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного значения, равного номинальному значению для каждого диаметра электрода и его конкретной марки.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к способу ручной электродуговой сварки модулированным током электродами с покрытием корневых швов, а также изделий малой толщины в различных пространственных положениях.

Известен способ ручной дуговой сварки (РДС) модулированным током электродами с покрытием любого типа (A.C. 1131618. Бюл.№48, 30.10.84). Согласно способу при сварке вертикальных швов на спуск, во время паузы на дугу налагают дополнительные импульсы переменной продолжительности. Момент их включения определяют в зависимости от текучести ванны, которую определяют по отклонению напряжения на дуге от заданного значения, а продолжительность дополнительных импульсов устанавливают в обратной зависимости от времени стекания металла до критического положения. Частота дополнительных импульсов не превышает 10÷15 Гц. Способ имеет существенный недостаток: поскольку плавление электрода происходит по большей части во время основного импульса, а его длительность имеет относительно большое значение, то во время сварки корневых швов неизбежно образование прожогов.

Известен способ электродуговой сварки плавящимся электродом с импульсной модуляцией сварочного тока (патент Российской Федерации №2268809 МКИ В23К 9/095, прототип), с регулированием длительности импульсов и пауз сварочного тока и наложением во время пауз дополнительных импульсов тока.

Согласно способу частоту дополнительных импульсов выбирают большей 50 Гц, а длительность от 0,5 до 2 мс, причем длительность основных импульсов и пауз регулируют автоматически в функции отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного значения посредством изменения длины дуги.

Характерными особенностями данного способа являются:

- возможность автоматического регулирования длительности основных импульсов сварочного тока в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного на интервале основного импульса;

- возможность автоматического регулирования длительности основных пауз сварочного тока в прямо пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного на интервале основной паузы;

- возможность одновременно автоматически регулировать длительность основных импульсов в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного на интервале основного импульса и длительность основных пауз - в прямой пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного на интервале основной паузы.

Данный способ при сварке корневых швов, как и предыдущий, имеет существенный недостаток: поскольку плавление электрода происходит по большей части во время основного импульса, а его длительность имеет относительно большое значение, то во время сварки корневого шва и изделий малой толщины неизбежно образование прожогов.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа РДС модулированным током электродами с покрытием корневых швов и изделий малой толщины с автоматическим управлением сквозным проплавлением с образованием «технологического окна» в виде «замочной скважины», обеспечивающего повышение качества корневых швов при сварке во всех пространственных положениях.

Поставленная задача достигается тем, что длительность дополнительных импульсов, налагаемых на ток паузы с частотой, большей 50 Гц, устанавливают в зависимости от диаметра электрода и его конкретной марки в диапазоне от 2 до 7 мс, а длительность основных импульсов, являющихся прожигающими, ограничивают до величины обеспечивающей формирование «замочной скважины». Частоту основных импульсов задают по программе или автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного значения, равного номинальному значению для каждого диаметра электрода и его конкретной марки. В промежутке между основными импульсами «замочная скважина» частично заполняется расплавленным металлом сварочной ванны и электрода. При этом суммарное действие основных и дополнительных импульсов обеспечивает равномерное расплавление электрода, при усреднении теплового потока, вводимого в изделие, высокую физическую устойчивость горения дуги и технологическую устойчивость процесса сварки.

Амплитуду основных и дополнительных импульсов устанавливают равной номинальному значению сварочного тока для каждого диаметра электрода и его конкретной марки.

Далее сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

- на фиг.1 представлена эпюра тока дугового промежутка, поясняющая предлагаемый способ с программным управлением частоты основных импульсов;

- на фиг.2 представлены эпюры тока и напряжения дугового промежутка при автоматическом изменении частоты основных импульсов в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего значения напряжения дуги от заданного значения напряжения.

На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения:

I _u - амплитуда основного и дополнительного импульса при горении дуги;

I'_u- амплитуда основного и дополнительного импульса при коротком замыкании во время перехода капли;

Т_осн - период следования основных импульсов;

Т_доп - период следования дополнительных импульсов;

I _д.д - ток паузы при горении дуги;

I' _д.д - ток паузы при коротком замыкании.

Согласно предлагаемому способу частоту основных импульсов задают:

- по программе;

- с автоматически изменяющейся частотой в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного значения напряжения, которое равно номинальному значению напряжения для каждого диаметра электрода и его конкретной марки.

Программное управление частотой основных импульсов применяют при сварке корневого шва достаточно массивных изделий, когда не происходит накопления тепла и увеличения зоны разогрева перед дугой.

Автоматическое управление частотой основных импульсов применяют при сварке корневого шва изделий ограниченных размеров, когда происходит накопление тепла и увеличение зоны разогрева перед дугой. Для предотвращения роста сформировавшейся «замочной скважины» больше допускаемых размеров (определяются посредством визуального наблюдения сварщиком) частоту основных импульсов уменьшают путем удлинения дуги на 1÷2 В, при этом частота основных импульсов автоматически снижается и обеспечивается постоянство размеров «замочной скважины».

Переход капель расплавленного электродного металла в сварочную ванну осуществляется во время коротких замыканий. Энергии одного импульса, при котором происходит короткое замыкание, достаточно для гарантированного перехода капли в сварочную ванну при минимальном разбрызгивании.

Пример

Варят корневой шов неповоротного соединения труб поверхностей нагрева котлов высокого давления. Расположение сварного соединения в пространстве - горизонтальное. Разделка кромок - V-образная.

Сварку осуществляют указанными выше способами.

В качестве электродов используют электроды с основным покрытием марки ЦУ-5 (диаметр 2,5 мм), которые предназначены для сварки труб поверхностей нагрева котлов высокого давления.

1. При сварке с программным управлением частотой основных импульсов длительность дополнительных импульсов, налагаемых на ток паузы (15 А), устанавливают в зависимости от диаметра электрода и его конкретной марки в диапазоне от 2 до 7 мс, а длительность основных импульсов устанавливают равной 25 мс. Частота дополнительных импульсов равна 85 Гц, а частота основных импульсов 5 Гц. Амплитудное значение основных и дополнительных импульсов для электродов марки ЦУ-5 (диаметр 2,5 мм) устанавливают равной 120 А.

После возбуждения дуги и образования в разделке кромок сварочной ванны начинают перемещать электрод, равномерно без манипуляций, вдоль линии стыка.

Суммарное действие основных и дополнительных импульсов обеспечивает равномерное расплавление электрода с переходом капель расплавленного металла в сварочную ванну.

Во время основного импульса происходит формирование «замочной скважины». В промежутке между основными импульсами «замочная скважина» частично заполняется расплавленным металлом сварочной ванны и электрода.

Переход капель расплавленного электродного металла происходит при коротких замыканиях как во время основного импульса, так и во время дополнительных импульсов. Энергии одного импульса, при котором происходит короткое замыкание, достаточно для гарантированного перехода капли расплавленного электродного металла в сварочную ванну при минимальном разбрызгивании.

2. При сварке с автоматическим управлением частотой основных импульсов частоту основных импульсов изменяют автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного значения напряжения для электродов марки ЦУ-5 (диаметр 2,5 мм). Все остальные параметры устанавливают такими же, как и при сварке с программным управлением частотой основных импульсов.

Заданное напряжение устанавливают равным 24 В.

После возбуждения дуги и образования в разделке кромок сварочной ванны начинают перемещать электрод, равномерно без манипуляций, вдоль линии стыка.

Суммарное действие основных и дополнительных импульсов обеспечивает равномерное расплавление электрода с переходом капель расплавленного металла в сварочную ванну.

Во время основного импульса происходит формирование «замочной скважины». В промежутке между основными импульсами «замочная скважина» частично заполняется расплавленным металлом сварочной ванны и электрода.

При равенстве среднего напряжения дуги заданному значению и относительно оптимальных размерах сформировавшейся «замочной скважины», которые определяются посредством визуального наблюдения сварщиком, частота основных импульсов равна 5 Гц. Если произошло уменьшение среднего напряжения дуги относительно заданного, допустим на 2 В, то частота основных импульсов автоматически увеличится и будет равна 10 Гц. При этом автоматически увеличатся размеры «замочной скважины» до размеров больше допускаемых, что может привести к браку - прожог. Плавно увеличивая длину дуги и тем самым изменяя среднее напряжение дуги до заданного значения, частоту основных импульсов автоматически понижают до значения, обеспечивающего относительно оптимальное формирование «замочной скважины».

Если произошло увеличение среднего напряжения дуги относительно заданного, допустим на 2 В, то частота основных импульсов автоматически уменьшится и будет равна 2 Гц. При этом образование «замочной скважины» будет периодическим или вообще отсутствовать, что может привести к непровару сварного шва. Плавно уменьшая длину дуги и тем самым изменяя среднее напряжение дуги до заданного значения, частоту основных импульсов автоматически увеличивают до значения, обеспечивающего относительно оптимальное формирование «замочной скважины».

Механизм перехода капель расплавленного электродного металла в сварочную ванну аналогичен механизму перехода капель при способе сварки с программным управлением частотой основных импульсов.

Представленный способ сварки корневого слоя шва благодаря ограничению длительности основных импульсов, наложению во время тока паузы дополнительных импульсов с частотой, большей 50 Гц, и установке длительности дополнительных импульсов, в зависимости от диаметра электрода и его конкретной марки в диапазоне от 2 до 7 мс обеспечивает следующие преимущества по сравнению с известными способами:

- создается возможность управления формированием «замочной скважины» по программе или автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного значения в зависимости от обстановки в сварочной ванне;

- обеспечивается высокая физическая устойчивость горения дуги при небольших средних значениях сварочного тока (30÷50 А) и небольших размерах сварочной ванны;

- обеспечивается технологическая устойчивость процесса сварки при небольших средних значениях сварочного тока (30÷50 А) и небольших размерах сварочной ванны.