книги из ГПНТБ / Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования сварочных процессов

так как ее компоненты (пары воды, частицы пыли и дыма, воз­ дух, содержащий СО и С 0 2 ) не обладают избирательным по­ глощением в диапазоне длин волн Яі и Я2 и ослабляют оба мо­ нохроматических излучения в равной мере, т. е. действуют как нейтральный фильтр.

Сканирующие устройства. Для контроля температурных по­ лей обычные описанные выше пирометры, нацеленные на одну точку объекта, непригодны. Требуются устройства по типу теле­ визионных систем, позволяющих осматривать поверхность или линию. Устройства эти получили название сканирующих, т. е. работающих по методу построчного анализа поля. Поскольку для серийного выпуска еще не разработаны сканирующие пи­ рометры, ограничимся общими соображениями.

Сканирующая система позволяет получить на экране осцил­ лографа температурный рельеф контролируемой поверхности. Сканирование может осуществляться по линии, построчно (как в телевидении), по спирали. Число строк развертки и скорость сканирования при этом выбирают в зависимости от размеров контролируемого поля, необходимой точности и степени неста­ ционарности температурного поля.

Необходимость в сканирующих пирметрах может возник­ нуть в двух случаях

Во-первых, когда требуется измерять или поддерживать на заданном уровне среднюю температуру объекта, а температур­ ное поле его нестационарно во времени и по положению, да и размеры его велики и не укладываются в поле зрения обычного пирометра со стационарным визированием. Для решения этой задачи нужен пирометр, состоящий из оптической системы для проектирования контролируемого поля на какую-либо пло­ скость и устройство последовательного осматривания ее с после­ дующим осреднением получаемых результатов.

Во-вторых, когда температурное поле нестационарно во вре­ мени и координаты наступления критических температурных состояний в нем заранее неизвестны. Развертку изображения кон­ тролируемого поля можно выполнять с помощью оптико-меха­ нического либо фотоэлектрического сканирования. Чувствитель­ ным элементом могут служить иконоскоп, ортикон или суперор­ тикон, а иногда наиболее подходящим может оказаться диссек­ тор [33].

Довольно часто в контролируемых объектах поле темпера­ тур обладает определенной симметричностью относительно не­ которой оси. Поле такого вида характерно для процессов сва­ рочного производства. При этом достаточно сканирования по линии, перпендикулярной оси симметрии, и на диссекторе тре­ буется только одна строчная отклоняющая система.

Использование сканирующих фотоэлектрических устройств при контроле процесса сварки открывает возможность не толь­ ко получить изображение теплового поля зоны сварки, но и вы-

удачным выбором метода измерения и неточностями в технике

алюминием АМгб в аргоне проводили также методом контроля абсолютных интенсивностей линий аргона. Установлено, что уровень температуры связан с величиной тока и расходом ар­ гона. При увеличении тока от 180 до 290 а и при неизменном расхода аргона 4,6 л/мин температура столба возрастает от 13 500 до 14 600° К. При неизменном токе 260 а и увеличении расхода аргона с 2,4 до 6,3 л/мин температура повышается от 13 900 до 14 500° К. Предполагается, что методическая ошибка при этом не превышает ± 2 , 5 % .

1 Патент США № 3.370.151, кл. 219—131, 1964.

ГЛАВА If

КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ СВАРИВАЕМОГО ШВА

1. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ШВА

Полученный в результате сварки шов независимо от его по­ ложения в пространстве, способа сварки и оборудования, пара­ метров процесса, условий труда сварщика должен отвечать определенным требованиям и по геометрическим показателям. Колебания профиля шва допустимы в определенных пределах. Более полный профиль ведет к увеличению прочности соедине­ ния, но лишь до некоторого уровня, а дальше только повышает расход материалов и энергии, увеличивает внутренние напряже­ ния и снижает производительность.

Устойчивое горение дуги зависит от динамических свойств системы дуга — сварочная цепь — источник питания. Повысить устойчивость дуги можно стимулированием остаточных явлений на поверхности электродов и в межэлектродном промежутке, искажением формы кривой вторичной э. д. с. (при сварке на переменном токе) и созданием необходимых благоприятных ус­ ловий для ее существования.

Рассмотрим ряд условий, оказывающих основное влияние на формирование шва.

Влияние поперечных колебаний и импульсной подачи энер­ гии. Одной из причин плохого формирования шва является про­ извольное блуждание дуги по поверхности изделия или по его выступающим кромкам. Устранить этот эффект или уменьшить его можно с помощью, например соленоида, создающего вокруг дуги концентрическое магнитное поле.

При дуговой сварке в различных пространственных положе­ ниях металл ванны стекает по поверхности изделия. Особенно важно исключить это стекание при сварке стыков неповоротных труб, так как в шве создаются натеки или ослабления.

Капля жидкого металла без учета силы давления дуги, ко­ торая пропорциональна квадрату силы тока сварки, находится в равновесии, если ее масса

пользование колебаний электрода и изменение их амплитуды и частоты дает возможность не только предотвратить стекание металла ванны в этих положениях, но и обеспечить ее равнове­ сие и формирование шва без специальных приспособлений.

Из всех способов исключения стекания металла ванны наи­ более просты те, которые основаны на использовании воздейст­ вий на величины т и s. Оказывается, при сварке с поперечны­ ми колебаниями электрода, изменяя амплитуду и частоту, мож­ но регулировать размеры сварочной ванны и глубину проплав­ лення. Исследования сварки в С 0 2 показали, что во всех про­ странственных положениях поперечные колебания с амплитудой 6—8 мм уменьшают отношение длины ванны к ее ширине, при­ чем во всех случаях длина меньше, чем без колебаний, а шири­ на зависит от положения [85]. При амплитудах более 10 мм можно получить ширину ванны, превышающую ее длину. Попе­

исключить стекание жидкого металла и обеспечить более или менее стабильную форму шва и проплавление во всех простран­ ственных положениях без изменения режима сварки. Процесс сварки с поперечными колебаниями электрода можно выпол­ нить за один непрерывный полный оборот сварочной головки. При сварке неповоротных стыков труб это позволяет повысить производительность труда.

Эффективность метода возрастает,, если при изменении на­ правления поперечного перемещения электрода подавать им­ пульс сварочного тока, а амплитуду колебаний каким-либо спо­ собом связать с шириной разделки стыка.

В последнее время для создания поперечных колебаний ис­ пользуют электромагнитные устройства. В отличие от обычно используемых электромеханических устройств электромагнитные устройства действуют непосредственно только на дугу и очень просты. Это всего лишь электромагнит, установленный на сва­ рочной головке, магнитное поле которого охватывает дугу. Пи­ тать магнит можно от сети переменного тока 50 гц. При сварке под флюсом низкоуглеродистой стали толщиной 11 мм с магнит­ ными колебаниями дуги глубина проплавлення уменьшается на 10—15%, а ширина шва возрастает на 20—25%. При этом ток сварки может быть увеличен на 100—300 а без изменения глу­ бины проплавлення. Отсюда следует, что поперечные электро­ магнитные колебания позволяют форсировать режимы сварки.

Все более широкое применение находят способы сварки с периодически изменяющимся током. Таких способов пять: им- пульсно-дуговая сварка, импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом, сварка модулированным током, сварка пульсирую-

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

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.

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.

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

защита позволяет уменьшить потери металла на разбрызгива­

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.