Определение временных параметров модуляции сварочной ванны

верхностей электродов. Однако после прохождения подогревающего импульса тока средние значения и разброс Яээ коррелируют между собой. При этом поверхность деталей в местах их контактирования прогревается равномерно, о чем можно судить по профилограммам, представленным на

рис. 3, б (отсутствуют локальные сплавления контакта). Анализ зависимостей, представленных на рис. 2, позволяет сделать вывод, что наиболее оптимальным для исследованных режимов является дискретное (500 А) повышение тока до 1 кА в течение 1 мс (режимы I, II, рис. 2).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Моравский В.Э., Ворона Д.С. Технология и оборудование для точечной и рельефной конденсаторной сварки. - Киев: Науко-ва думка, 1985. - 272 с.

2. Кочергин К.А. Контактная сварка. - Л.: Машиностроение, 1987. - 240 с.

3. Бумбиерис Э.В. Начальный контакт деталей и стабильность процесса точечной микросварки // Сварочное производство. -1993. - № 1. - С. 27-29.

4. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. -М.: Наука, 1970. - 227 с.

5. Соколов Н.М. Микросварка в массовом производстве радиоламп. - Саратов: Приволжское кн. изд-во, 1971. - 176 с.

6. Атауш В.Е. Управляемые источники питания для контактной сварки // Сварочное производство. - 1995. - № 6. - С. 29-30.

7. Гнюсов С.Ф., Киселев А.С., Слободян М.С. и др. Управление параметрами режима при точечной микросварке // Компьютерные технологии в соединении материалов: Тез. докл. 4-й Всерос. научно-технической конф. - Тула, 2003. - С. 111-113.

8. Гнюсов С.Ф., Киселев А.С., Слободян М.С. и др. Формирование соединения при точечной микросварке // Сварочное производство. - 2005. - № 4. - С. 37-41.

УДК 621.791.03

МОДУЛЯЦИЯ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЕЕ ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ

В.Т. Федько, О.Г. Брунов, А.В. Крюков, В.В. Седнев

Юргинский технологический институт ТПУ E-mail: yumz@bk.ru

Рассмотрена возможность модуляции сварочной ванны в зависимости от величины ее критического объема. Получено уравнение для определения критического объема ванны от режимов сварки и пространственного положения и оптимизированы значения временных параметров модуляции.

В процессе сварки плавлением при достижении критической величины массы расплавленного металла сварочная ванна может деформироваться под действием силы тяжести, что осложняет процесс сварки в различных пространственных положениях. В этом случае при ручной дуговой сварке плавящимся электродом и механизированной сварке неплавящимся электродом применяется низкочастотная модуляция сварочного тока. Это позволяет за время импульса образовать сварочную ванну (точку) определенного объема, а за время паузы провести ее кристаллизацию. При механизированной сварке в защитной среде СО2 применяется повторно-кратковренный режим работы, при котором металл сварочной ванны периодически кристаллизуется во время отключения подачи сварочной проволоки. Но если в первом случае время импульса и паузы задается блоком управления цикла, то при механизированной сварке плавящимся электродом в среде СО2 эти параметры контролируются самим сварщиком [1-3]. Это может привести к снижению производительности процесса за счет увеличения времени паузы и ухудшению качества и внешнего вида сварного шва за счет возрастания времени сварки.

Исходя из вышесказанного, для сварочной ванны необходимо определить:

• критический объем;

• временные характеристики модуляции. Известно уравнение равновесия сварочной ванны [1, 2]:

G

где G - вес ванны; а - угол пространственного положения; Pd - сила давления дуги; Pn - сила поверхностного натяжения.

Из ур. (1) следует, что при достижении критического значения объема сварочной ванны произойдет вытекание расплавленного металла.

Во время периода сварки электрод не перемещается вдоль стыка, и в период паузы металл подогревается дежурной дугой, что способствует более равномерному распределению температур в месте, где будет формироваться следующая точка. В силу этого можно принять объем точки в виде суммы двух объемов сферических сегментов, рис. 1.

V = КР + V.

Рис. 1. Форма сварочной ванны

Для определения критического объема необходимо определить геометрические параметры полученной точки. С этой целью воспользуемся методикой [3]:

Н = К

гц

Vе

В = К

цп

= К

1Г

'8 V и ’

где I - сила сварочного тока; и - напряжение дуги; а, Ь, с, т, п, к, г, м>, V - показатели степени (в работе [3] определены экспериментально); Кь Ке, К -коэффициенты, зависящие от теплофизических свойств металла, мощности источника питания и коэффициента формы проплавления; V - скорость

сварки, равная V

К,

\ к+1 КпГипЛ

Т

, где Т - пе-

риод цикла сварки; Кв=0,44 - коэффициент перекрытия точек [4].

Решая совместно ур. (1, 2), получим формулу для определения критического объема:

V,

К1Щ - рук

КV(1 - 008 а) ’

где К1и К2 — коэффициенты, зависящие от свойств металла.

Уравнение (3) отображает функциональную зависимость объема сварочной ванны от режимов сварки и угла пространственного положения сварочной ванны.

Как видно из формулы (3), важное значение для процесса сварки имеет период Т, который определяется в зависимости от временных показателей (4+4), где 4 - время сварки (импульса), 4 - время паузы.

Исходя из производственного опыта, можно записать следующие начальные параметры:

• кристаллизация ванны должна происходить на 75 %;

• во время горения дежурной дуги не должно происходить ее обрыва;

• объем точки должен превышать критический.

Определим время паузы 4, исходя из указанных требований.

В связи с тем, что во время паузы для кристаллизации сварочной ванны необходимо ограничить сварочный ток до минимума, возникает необходимость отключить подачу сварочной проволоки. Но это приведет к обрыву дуги, что недопустимо, поэтому требуется перевести сварку с возрастающей ветви ВАХ дуги на жесткую. Тогда для стабильного горения сварочной дуги требуется внешняя крутопадающая ВАХ источника питания, рис. 2, которую можно получить путем введения в сварочную цепь балластного сопротивления.

1,А

Рис. 2. ВАХ дуги и источника питания во время сварки и во время паузы/

Определим время паузы из условия ее постоянного горения:

V <—,

ПЛ t

где А/ - участок проволоки, который может расплавиться до обрыва, равный А/=/р-/фж), где /р -разрывная длина дуги; /д(нм) - длина дуги в момент ее повторного зажигания.

Для определения разрывной длины дуги был проведен ряд экспериментов, результаты которых представлены на рис. 3.

и, в

Рис. 3. График зависимости разры/вной длины/ дуги от напряжения дугового промежутка

Решая совместно неравенство (4) и выражение для определения скорости плавления электродной проволоки при сварке [5]:

V = 7,73-10-2 и + 5,12 • Ц-,

т й2 й4

получаем время паузы, которое не должно превышать:

К <______________М_____________

” 2,6-10-5 Щ- + 4,7-10-12

й2 й4

При силе тока 20 А, напряжении 26 В и вылете электрода 10 мм время паузы составило 0,25 с. Для определения времени импульса была рассмотрена геометрия точек, наплавленных на пластину из стали Ст.3 в вертикальном положении, рис. 4.

Рис. 4. Фотографии точек, выполненных в вертикальном положении

По полученным данным построены графики, рис. 5.

Исходя из графиков и фотографий точек, видно, что наиболее оптимальная геометрия точек представлена на рис. 4, а и б, что соответствует времени

сварки 1,2 и 1,4 с соответственно, т.к. происходящее изменение геометрии точки не значительно и не влияет на процесс сварки. Форма точки, представленная на рис. 4, в, недопустима, т.к. происходит искажение нижней части получаемой точки.

А g, ММ

t, с

Рис. 5.

Изменение формы точек в зависимости от времени сварки

2.

3.

Выводы

Для повышения качества сварных швов при сварке в защитной среде СО2 тонколистового металла и при сварке в различных пространственных положениях необходимо применять сварку с низкочастотной модуляцией сварочной ванны.

Для исключения возможной деформации сварочной ванны время сварки не должно превышать 1,2...1,4 с.

Для исключения обрыва сварочной дуги при силе тока 20 А, напряжении 26 В и вылете электрода 10 мм время паузы не должно превышать 0,25 с.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ерохин А.А., Ищенко Ю.С. Особенности расчета кривизны ванны и сил поверхностного натяжения при сварке // Физика и химия обработки материалов. - 1967. - № 1. - С. 35-38.

2. Ерохин А.А., Ищенко Ю.С. Некоторые закономерности формирования проплава при сварке неповоротных стыков труб // Сварочное производство. - 1967. - № 4. - С. 16-180.

3. Коринец И.Ф., Цзи Чжень Чун. Детерменированно-статисти-ческая модель формы шва при дуговой сварке // Автоматическая сварка. - 2001. - № 10. - С. 44-50.

4. Дудко Д.А., Шнайдер Б.И., Погребинский Д.М. Перекрытие точек при импульсно-дуговой сварке неплавящимся электродом // Автоматическая сварка. - 1975. - № 8. - С. 45-49.

5. Федько В.Т, Брунов О.Г, Крюков А.В., Седнев В.В. Оптимизация геометрии задающего устройства для импульсного подающего механизма с квазиволновым движением проволоки // Известия Томского политехнического университета. - 2005. -Т. 308. - № 4. - С. 132-135.