Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РУЧНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ МОДУЛИРОВАННЫМ ТОКОМ

Изобретение относится к ручной электродуговой сварке модулированным током электродами с покрытием заполняющих слоев сварного шва и облицовочных швов.

Известен способ ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током корневого шва (патент РФ №2322331) с наложением на ток паузы дополнительных импульсов тока, следующих с частотой не менее 50 Гц и длительностью, устанавливаемой в зависимости от диаметра электрода и его конкретной марки в диапазоне от 2 до 7 мс. При этом длительность основных импульсов тока, являющихся прожигающими, ограничивают до величины, обеспечивающей сквозное проплавление с образованием технологического окна в виде «замочной скважины». Управление формированием «замочной скважины» осуществляют путем изменения частоты следования основных импульсов по программе или автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного.

Недостатками являются:

- при сварке соединений, имеющих конфигурацию щелевой разделки, происходит набрызгивание расплавленного металла на кромки свариваемых деталей, которое затрудняет перемещение покрытого электрода вдоль линии стыка;

- данный способ пригоден для сварки корневых швов и изделий малой толщины. При этом основное плавление электродного материала возложено на дополнительные импульсы, протекающие на интервале основной паузы. Основной импульс сварочного тока выполняет функцию прожигающего импульса исключительно для образования и поддержания технологического отверстия в виде «замочной скважины». При сварке заполняющих и облицовочных швов, вследствие незначительного расплавления электродного материала во время основного импульса, процесс имеет относительно низкую производительность.

Известен способ ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током корневого шва, патент РФ №2371288, прототип, в котором на ток паузы налагают дополнительные импульсы сварочного тока, следующие с частотой не менее 50 Гц. Длительность дополнительных импульсов устанавливают в зависимости от диаметра электрода и его конкретной марки в диапазоне от 2 до 7 мс. При этом длительность основных импульсов тока, являющихся прожигающими, ограничивают до величины, обеспечивающей сквозное проплавление с образованием технологического окна в виде «замочной скважины». Управление формированием «замочной скважины» осуществляют путем изменения частоты следования основных импульсов по программе или автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного.

Данный способ имеет следующие недостатки:

- при сварке заполняющих и облицовочных швов процесс имеет относительно низкую производительность, следствие - увеличение продолжительности сварки;

- в связи с тем, что длительность дополнительных импульсов, протекающих в интервале основной паузы, равна длительности дополнительных импульсов, протекающих в серии, возможность настройки параметров режима перед сваркой, а также автоматическое их изменение во время процесса сварки ограничены.

Задача - повышение производительности процесса при выполнении заполняющих и облицовочных швов в разных пространственных положениях.

Поставленная задача достигается тем, что в способе ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током, при котором на ток паузы налагают дополнительные импульсы сварочного тока (f_д.и), следующие с частотой не менее 50 Гц, длительность дополнительных импульсов устанавливают в зависимости от диаметра электрода и его конкретной марки в диапазоне от 2 до 7 мс, длительность основных импульсов тока (t_осн.и) формируют в виде серий дополнительных импульсов (t′_д.и), амплитуду дополнительных импульсов устанавливают равной номинальному значению сварочного тока для каждого диаметра электрода и его конкретной марки, частоту следования дополнительных импульсов в серии устанавливают в диапазоне 200…130 Гц, частоту следования серий дополнительных импульсов изменяют по программе или автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного, при этом длительность дополнительных импульсов в сериях (t′_д.и) увеличивают до максимально возможной, а длительность серий дополнительных импульсов (t_осн.и) увеличивают до величины, обеспечивающей большее количество наплавленного металла, длительность дополнительных импульсов, протекающих в интервале основной паузы (t_д.и), автоматически уменьшают до минимально возможной.

При данном алгоритме изменения сварочного тока основное плавление покрытого электрода возложено на интервал протекания серий дополнительных импульсов, что существенно позволяет повысить производительность сварки заполняющих и облицовочных швов в разных пространственных положениях при обеспечении лучших сварочно-технологических свойств покрытых электродов.

На фиг.1 показан способ ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током и приняты следующие обозначения:

I_д.и - амплитудное значение сварочного тока дополнительных импульсов в серии и на интервале протекания тока паузы;

I_кз - амплитудное значение сварочного тока при коротком замыкании металлов капли и сварочной ванны во время дополнительных импульсов;

I_п - ток паузы при горении дуги;

I_кз.п - ток паузы при коротком замыкании;

t_д.и - продолжительность дополнительного импульса сварочного тока на интервале протекания основной паузы;

- продолжительность дополнительного импульса сварочного тока в серии;

t_осн.и - продолжительность серии дополнительных импульсов;

t_осн.п - продолжительность основной паузы;

Т_д.и - период следования дополнительных импульсов сварочного тока налагаемых на ток паузы с частотой не менее 50 Гц;

- период следования дополнительных импульсов в серии.

Производительность процесса плавления покрытого электрода можно оценить по среднему значению мощности за цикл модуляции способа, в котором основной импульс сварочного тока сформирован в виде серии дополнительных импульсов. Для способа сварки, взятого в качестве прототипа, среднее значение мощности определяется по формуле [см. Деменцев К.И. Повышение эффективности работы сварочных преобразователей инверторного типа за счет модуляции сварочного тока: Автореферат дис.…канд. техн. наук. - Барнаул, 2010, 20 с.]:

При сварке предлагаемым способом:

где I_д.и - амплитудное значение тока дополнительных импульсов;

I_п - амплитудное значение тока паузы;

- эффективное анодное падение напряжения, соответствующее амплитудному значению тока дополнительных импульсов, протекающих в сериях и в интервале основной паузы;

- то же, соответствующее току паузы;

n - количество налагаемых дополнительных импульсов на ток паузы;

n₁ - количество дополнительных импульсов в серии, формирующих основной импульс сварочного тока;

m - количество промежуточных пауз между дополнительными импульсами;

m₁ - количество промежуточных пауз в серии между дополнительными импульсами;

t_д.п - продолжительность паузы между дополнительными импульсами сварочного тока;

- продолжительность паузы между дополнительными импульсами сварочного тока протекающих в серии;

t_осн.и - длительность серии дополнительных импульсов;

t_осн.п - длительность основной паузы.

Для сравнительной оценки средней мощности, идущей на плавление покрытого электрода, приняты следующие условия и значения вышеперечисленных параметров:

- электроды УОНИ-13/55 диаметром 3 мм;

- среднее значение мощности, идущей на плавление покрытого электрода, оценивается за один период следования серий дополнительных импульсов;

- амплитудное значение тока дополнительных импульсов, при котором обеспечиваются лучшие сварочно-технологические свойства электродов УОНИ-13/55 диаметром 3 мм: I_д.и≈170 А [Князьков А.Ф., Деменцев К.И., Князьков В.Л. Определение скорости плавления покрытых электродов при ручной дуговой сварке модулированным током // Сварочное производство. - 2009. - №5. - С.3-7];

- значение тока паузы: I_п≈30 А;

- эффективное анодное падение напряжения, соответствующее амплитудному значению тока дополнительных импульсов, протекающих в сериях и в интервале основной паузы: ≈9,5 В [источник тот же];

- эффективное анодное падение напряжения, соответствующее значению тока паузы: ≈6 В [источник тот же];

- длительность серии дополнительных импульсов: t_осн.и≈55 мс;

- длительность основной паузы: t_осн.п≈200 мс;

- длительность дополнительного импульса в серии:

а) при сварке предлагаемым способом: ≈6 мс;

б) при сварке способом, взятым в качестве прототипа: f_д.и≈2 мс;

- длительность дополнительных импульсов, налагаемых на ток паузы, при сварке обоими способами: t_д.и≈2 мс;

- продолжительность паузы между дополнительными импульсами сварочного тока, протекающих в серии:

а) при сварке предлагаемым способом: ≈1 мс;

б) при сварке способом, взятым в качестве прототипа: ≈5 мс;

- частота следования дополнительных импульсов в интервале протекания основной паузы: f_д.и≈50 Гц;

- продолжительность паузы между дополнительными импульсами сварочного тока в обоих способах: f_д.п≈18 мс;

- количество дополнительных импульсов в серии, формирующих основной импульс сварочного тока при обоих способах: n₁=8 шт.;

- количество налагаемых дополнительных импульсов на ток паузы в обоих способах: n=10 шт.;

- количество промежуточных пауз в серии между дополнительными импульсами при сварке обоими способами: m₁=7 шт.;

- количество промежуточных пауз между дополнительными импульсами при сварке обоими способами: m=9 шт.

Таким образом, среднее значение мощности, идущей на плавление покрытого электрода за цикл модуляции, при сравниваемых параметрах равно:

- при сварке способом, взятым в качестве прототипа:

- при сварке предлагаемым способом:

Представленный способ сварки обеспечивает следующие преимущества:

- увеличение длительности дополнительных импульсов в серии и уменьшение пауз между ними приводит к повышению производительности процесса сварки при сохранении условий плавления и переноса электродного металла;

- при уменьшении длительности дополнительных импульсов в интервале протекания основной паузы увеличивается глубина модуляции сварочного тока, что приводит к улучшению формирования заполняющего и облицовочного швов в разных пространственных положениях;

- расширяются возможности настройки параметров режима и их изменение в процессе сварки за счет незначительного изменения длины дуги при сохранении лучших сварочно-технологических свойств покрытых электродов.