Системы управления переносом капли расплавленного электродного металла при дуговой сварке в защитных газах

кристатллизации, что положительно сказалось на процессе сварки. Cнижение тока до минимального во время кристаллизации создает условия для термообработки сварного шва.

2. Стабилизация времени образования и кристаллизации сварочной ванны способствует улучшению формирования сварного шва и повышению производительности труда при сварке тонколистовых металлов.

3. Предлагаемая технология MAG учитывает время формирования сварочной ванны и время ее кристаллизации с учетом условий температурного режима формирования оптимальных структурно-фазовых превращений, что позволяет в широком д и а п а з о н е в о з д е й с т в о в а т ь н а кристаллизационные процессы как в жидкой, так и твердой фазах.

Список использованных источников

1. Saraev Y. Adaptiv pulse-arc welding methods for construction and repair of the main pipelines. Proceedings of The 2nd South-East European IIW International Congress "Welding -HIGH-TECH Technology in 21st century". Sofia, Bulgaria, October 21st-24th 2010, Р. 174 - 177.

2. Бpунов О.Г., Солодский С.А. Физико-математическое моделирование перехода капли электродного металла в сварочную ванну. Сварочное производство. 2008. №4. С. 16-19.

3. Chinakhov D.A., Agrenich E.P. Computer simulation of thermo-mechanical processes at

fusion welding of alloyed steels // Materials Science Forum. - Vols. 575-578 (2008). - P. 833-836.

4. Шигаев Т.Г. О терминологии сварки модулированным током // Сварочное производство.- 1980.- №7.- С.40.

5. Патент на изобретение № 2293630 (РФ). Способ механизированной сварки в СО2 с низкочастотной модуляцией сварочной ванны. Федько В.Т., Брунов О.Г., Солодский С.А., Крюков А.В., Седнев В.В. Приоритет изобретения 14 июля 2005 В23К 9/33. Опубликованно 10.04.2007. Бюл.№10.

6. Патон Б.Е., Лебедев В.А., Пичак Б.Г., Полосков С.И. Эволюции систем импульсной подачи электродной проволоки дли сварки и наплавки. Сварка и диагностика. 2009. № 3. С. 46-50.

7. Солодский С.А., Брунов О.Г., Зеленковский А.А..Автоматизированная система управления процессом сварки в СО2 с импульсной подачей проволоки и модуляцией сварочного тока. Сварочное производство. 2010. № 12. С. 26-30.

8. Lebedev V.A. Creating mechanized arc-welding equipment with pulsed electrode supply. Russian engineering research. 2009. т. 29. №2. с. 131-135.

9. Брунов О.Г., Федько В.Т., Солодский С.А. Пеpенос электpодного металла пpи сваpке с импульсной подачей сваpочной пpоволоки. Сварочное производство. 2006. №8. С. 9-14

УДК 621.791.92

Филонов А.В. старший преподаватель, Крюков А.В. к.т.н ГОУ ВПО «Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета»

Системы управления переносом капли расплавленного электродного металла при дуговой сварке в защитных газах

Многие характеристики процесса сварки плавящимся электродом в защитных газах зависят от типа каплепереноса металла электрода. Типы переноса металла, а также силы, действующие на металл электрода в дуге, описаны в работах [18, 19]. Каждый тип переноса металла характеризуется как преимуществами, так и недостатками.

Возможны несколько вариантов получения капель заданной массы. Одним из перспективных направлений для решения задач управления каплепереносом является введение в процесс импульсных воздействий

[16]. В настоящее время получили развитие три системы управления каплепереносом:

- электрические системы, воздействующие на процесс импульсами тока от специальных источников (импульсно-дуговой процесс);

- механические системы, реализуемые с помощью подающих механизмов с импульсной подачей электродной проволоки;

- комбинированные системы, сочетающие совместное воздействие электрических и механических систем.

Первое направление - электрические

системы - изучено наиболее полно и воплощено в различных импульсных источниках питания сварочной дуги [9]. Разнообразие способов реализации первого направления позволяет получить практически любые алгоритмы изменения энергетических характеристик сварочной дуги. Кроме того, реализация обратных связей в подобных устройствах позволяет создавать адаптивные системы управления.

К недостаткам подобных устройств можно отнести сложность схемотехнических решений и, как следствие, более высокая их стоимость. Сложность, а иногда невозможность работы в сложных условиях высоких электромагнитных возмущений.

Вторую группу - механические системы -согласно классификации, предложенной Шигаевым Т.Г. [22], представляют устройства, оказывающие воздействие на систему подачи присадочного материала (рис. 1).

Устройства, воздействующие на систему подачи присадочного материала, представлены механизмами с изменяемым местом токоподвода (рис.1, а), механизмами с некруглыми (рис.1, б) и специальными спрофилированными роликами (рис.1, в), механизмами с изменяемой скоростью вращения двигателя подачи электродной проволоки (рис. 1, г). Данные механизмы повышают стабильность процесса сварки, а также улучшают формирование сварного шва. Общими недостатками механизмов представленной группы являются узкий частотный диапазон, сложность, а иногда невозможность коррекции режимов в ходе сварки. Но с другой стороны подобные устройства наименее критичны по отношению к используемому источнику питания и роду тока, т.е. данные способы можно реализовать в комплектации с серийными источниками питания.

В н а стоя щее в рем я м ате ри а л ы , касающиеся данного вопроса и изложенные в

работе [22], получили дальнейшее развитие. Поэтому представляется необходимым дополнить приведенную выше информацию.

Существующие механизмы импульсной подачи электродной проволоки можно разделить по ряду признаков, определяющих их характерные особенности.

Одним из важных признаков механизмов подачи как постоянной, так и импульсной является способ подачи проволоки. Согласно этому признаку можно провести разделение на механизмы:

- толкающего типа (подающее устройство располагается перед направляющим каналом, его работа заключается в проталкивании проволоки через сварочный шланг в зону сварки);

- тянущего типа (подающее устройство находится после направляющего канала, механизм работает на вытягивание проволоки из сварочного шланга).

Другим классификационным признаком может являться вид применяемого привода подачи электродной проволоки. В соответствии с данным признаком можно выделить два основных направления в развитии механизмов импульсной подачи сварочной проволоки:

- механизмы с приводом от электродвигателя (постоянного или переменного тока, шаговые электродвигатели);

- механизмы с приводом подачи от электромагнитов.

В качестве примера можно рассмотреть три типичные схемы реализации подающих механизмов на основе электромагнитов (рис. 2) [2, 4].

Один из обобщённых вариантов электромагнитных подающих устройств представлен на рисунке 2, а. Возвратный элемент в этих конструкциях исполнен в виде либо пружины [6], либо в виде упругих мембран [5, 20]. Недостатком механизмов такого исполнения является нерациональное использование мощности электромагнита,

а)

У/////Л

б)

в)

У/У//УЛ

Рис. 1. Устройства, воздействующие на систему подачи присадочного материала.

которая используется не только для подачи сварочной проволоки, но и для сжатия возвратного элемента.

Механизм, в котором вместо возвратной пружины используется второй электромагнит [5, 21 ] представлен на рисунке 2, б. К его недостаткам можно отнести низкую скорость нарастания подачи проволоки и нестабильность

Ж

ж

к\

V/

а)

V /Г

зг

б)

Рис. 2. Подающие механизмы на основе электромагнитов

шага импульса, потому что, как и у предыдущего, для преодоления первоначальной инерции механизм требует увеличения мощности электромагнита, а возвратный электромагнит используется не в полную силу.

Наиболее удачным решением можно назвать механизм, который при возврате захвата, не требующего больших усилий, одновременно сжимает пружину (рис. 2, в) [3], т. е. накапливает энергию по мере втягивания якоря электромагнита, а затем эта энергия отдается в начальный момент движения проволоки, что приводит к её быстрому разгону и позволяет максимально использовать всю энергию, подведённую к подающему механизму.

Подающие механизмы с приводом от электродвигателя, помимо представленных в работе [22], можно дополнительно разделить на:

1. безредукторные механизмы с приводом от электродвигателя [7];

2. механизмы с эсцентриковым роликом или профилированным кулачком;

3. механизмы с программируемым напряжением питания электродвигателя подачи [8];

4. механизмы с подвижным захватом на основе квазиволнового преобразователя

[10, 15];

4. Подающие механизмы с шаговым электродвигателем;

5. .Безредукторные механизмы с вентильным электроприводом [14].

Анализ информационных источников показал, что ведущими разработчиками в этом направлении развития импульсных подающих механизмов являются Институт электросварки им. Е.О. Патона (Украина) и фирма «Fronius».

С позиции украинских специалистов наиболее совершенными и универсальными, о т л и ч а ю щ и м и с я з н а ч и т е л ь н ы м и возможностями регулирования параметров импульсов, являются механизмы с КВП, в которых подающий ролик устанавливается непосредственно на валу электродвигателя, программируемое импульсное вращение вала которого обеспечивает микропроцессорная система управления [16]. Одним из последних их решений является система импульсной подачи электродной проволоки с использованием специального вентильного э л е к т р о п р и в о д а , о с н а щ е н н о г о ком п ьютеризирова н н ы м регул я тором характеристик вращения вала [11, 17].

Фирма «Fronius» разработала способ управления переносом металла с торговой маркой CMT (Cold Metal Transfer). Во время короткого замыкания проволока оттягивается назад, протекание тока прекращается, капля переходит в ванну без брызг [1, 12]. Фактически данный способ является одним из представителей третьей системы управления каплепереносом - комбинированной.

Механизмы импульсной подачи на основе электродвигателей с возможностью безредукторной импульсной подачи представляют собой перспективные разработки. Однако необходимо учитывать, что их стоимость превосходит стоимость обычных систем в 1,2-1,5 раза [13].

Таким образом, управление каплепереносом с помощью различного вида импульсных воздействий является актуальным, что подтверждается современным развитием сварочного оборудования и технологии с целью получения сварного шва с заданными свойствами.

Список литературы

1. Бондаренко В.Л. Дуговая сварка с 3 импульсной подачей электродной проволоки

- процесс СМТ, предложенный фирмой 3 «Фрониус» // Автоматическая сварка. - 2004. [

- № 12. - С. 55-58. g

2. Брунов О.Г. Механизированная с сварка в среде активных газов с импульсной подачей проволоки: научное издание. - ь Томск: Изд-во Томского политехнического

университета, 2007. - 137 с.

3. Брунов О.Г., Федько В.Т., Князьков А.Ф., Слистин А.П. Механизм импульсной подачи сварочной проволоки // Патент России № 2136463.1999.

4. Брунов О.Г., Федько В.Т., Слистин А.П. Механизмы импульсной подачи сварочной проволоки // Технология металлов. - 1999. -№ 11. - С. 7-9.

5. Воропай Н.М. Принципы построения устройств для импульсной подачи сварочной проволоки // Автоматическая сварка. - 1998. -№ 8. - С. 19-25.

6. Воропай Н. М. , Савельев О. Н., Семергеев С.С. Электромагнитные механизмы импульсной подачи сварочной проволоки // Автоматическая сварка. - 1980. - № 1. - С. 4649.

7. Ковешников С.П., Белоусов А.Н., Павлов В.Ф., Полосков С.И. Безредукторные механизмы импульсной подачи сварочной проволоки // Сварочное производство.- 1984.-№5.- С. 32-34.

8. Красношапка В.В., Кузнецов В.Д., Скачков И.О. Использование привода постоянного тока для импульсной подачи сварочной проволоки // Автоматическая сварка.- 1993.- №9.- С. 53-54.

9. Лебедев В.А. Тенденции развития механизированной сварки с управляемым переносом электродного металла (обзор) // Автоматическая сварка. - 2010. - № 10. - С. 45-53.

10. Лебедев В.А. Особенности конструирования механизмов импульсной подачи электродной проволоки в сварочном оборудовании // Автоматическая сварка.-2003.- №3.- С. 48-52.

11. Лебедев В.А. Особенности управления процессом сварки плавящимся электродом с импульсной подачей электродной проволоки // Сварка и Диагностика. - 2014. - № 1. - С. 15-18.

12. Лебедев А.В. Транзисторные источники питания для электродуговой сварки (обзор) // Автоматическая сварка. - 2012. - № 9. - С. 34-40.

13. Лебедев В.А. Классификация механизмов подачи электродной проволоки для сварочного оборудования // Сварочное производство. - 2010. - № 1. - С. 31-37.

14. Лебедев В.А., Максимов С.Ю., Пичак В.Г. и др. Новые механизмы подачи электродной и присадочной проволок // Сварочное производство. - 2011. - № 5. - С. 35-39.

15. Лебедев В.А., Мошкин В.Ф., Пичак В.Г. Новые механизмы для импульсной подачи электродной проволоки // Автоматическая сварка.- 1996.- №5.- С. 39-44.

16. Патон Б.Е., Лебедев В.А., Пичак В.Г., Полосков С.И. Эволюция систем импульсной

подачи электродной проволоки для сварки и наплавки // Сварка и Диагностика. - 2009. - № 3.

- С. 46-51.

17. Патон Б.Е., Лебедев В.А., Лендел И.В., Полосков С.И. Использование механических импульсов для управления процессами автоматической и механизированной сварки плавящимся электродом // Сварка и Диагностика. - 2013. - № 6. - С. 16-20.

18. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. Часть 1. Сварка в активных газах. - Киев: «Екотехнолопя», 2007. 192 с.

19. Потапьевский А.Г., Сараев Ю.Н., Чинахов Д.А. Сварка сталей в защитных газах плавящимся электродом. Техника и технология будущего: монография. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012.

- 208 с.

20. Родионов Ю.А., Брунов О.Г., Лысенко А.Ф. Механизм импульсной подачи сварочной проволоки // Патент России № 2090325. 1997.

21. Федько В.Т., Брунов О.Г., Лысенко А.Ф. Механизм импульсной подачи сварочной проволоки // Патент России № 2104134. 1998.

22. Шигаев Т.Г. Приемы модулирования сварочного тока и устройства для их осуществления // Автоматическая сварка. -1983. - № 8. - С. 51-55.