УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗРЫВНОЙ ДЛИНЫ ДУГИ

Предлагаемая полезная модель относится к области дуговой сварки и может быть использована для оценки качества шихты порошковой проволоки, а также покрытия сварочных электродов.
Существующие методы контроля качества порошковой проволоки по коэффициенту заполнения, по массе отрезков проволоки практически нечувствительны к неоднородностям шихтового состава по ее длине. Известно, что такой показатель как разрывная длина дуги очень чувствителен к различным неоднородностям в составе шихты порошковой проволоки или покрытии электрода, которые приводят к изменению эффективного потенциала ионизации смеси паров химических элементов, входящих в их состав, а следовательно, и изменению параметров горения дуги. К ним относятся: напряжение и ток дуги, стабильность ее горения и другие, которые в конечном итоге и приводят к изменениям значений разрывной длины дуги. Поэтому этот показатель используют для определения качества порошковой проволоки или покрытия электрода (далее по тексту электрода).
Известно устройство для определения разрывной длины дуги при сварке покрытыми электродами (Хренов К.К. Электрическая сварочная дуга, М. Киев: Машгиз, 1949, С.104-105), содержащее источник питания в виде сварочного трансформатора, средство вертикального крепления электрода в виде штатива и консольной балки, горизонтально расположенную стальную пластину, на которую горит сварочная дуга, при этом для измерения зазора между концом электрода и пластиной используют шаблон.
Недостатком аналога является вертикальное положение электрода, что существенное искажает значение разрывной длины дуги, когда некоторые капли расплава не успевают оторваться от торца электрода.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для определения среднего значения длины дуги в момент ее обрыва (Думов С.Н. Технология электрической сварки плавлением, Л.: Машиностроение, 1974, с.4-11), содержащее корпус, средство вертикального крепления электрода (держатель электрода), средство перемещения электрода, источник питания сварочной дуги, включенный на прямую полярность, вольтметр, при этом стальная пластина, на которую горит сварочная дуга, как и в вышеуказанном аналоге, расположена горизонтально.
Недостатком прототипа является вертикальное положение электрода, отсутствие контроля значений сварочного тока и времени горения дуги, низкая точность при измерениях разрывной длины дуги и напряжения в момент обрыва. Кроме того, известное устройство не позволяет контролировать усилие прижатия торца электрода к наплавленному на пластину электродному металлу, что также сказывается на точности замеров получившегося зазора.
Технический результат полезной модели предусматривает повышение достоверности оценки качества порошковой проволоки или электродов путем повышения точности измерения разрывной длины дуги и уменьшение времени проведения испытания.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения разрывной длины дуги, включающем корпус, держатель электрода, средство перемещения электрода, пластину для зажигания дуги и источник питания, согласно полезной модели, оно дополнительно содержит механизм прижатия электрода к вертикально расположенной пластине, при этом корпус снабжен вертикальными стойками, соединенными между собой направляющей, средство перемещения электрода выполнено в виде основания, установленного с возможностью перемещения по направляющей и снабженного шкалой нониуса, держатель электрода установлен на основании с возможностью 4 перемещения относительно его и снабжен измерительной шкалой, механизм прижатия электрода к пластине выполнен в виде гайки, закрепленной в держателе электрода и винта, снабженного муфтой момента с храповым механизмом, источник питания снабжен делителем напряжения и измерительным шунтом, подключенным к аналогово-цифровому преобразователю, соединенному с персональным компьютером, снабженному программой обработки измеряемых параметров, пластина выполнена толстостенной из меди, средство для возбуждения дугового разряда выполнено в виде V-образной пружинки из полоски медной фольги.
Выполнение механизма прижатия электрода к вертикально расположенной пластине в виде гайки, закрепленной в держателе электрода, и винта, снабженного муфтой момента с храповым механизмом, позволяет регулировать усилие прижатия электрода к пластине и обеспечивать его постоянную величину в процессе испытания.
Наличие у корпуса вертикальных стоек, соединенных между собой направляющей, и выполнение средства перемещения электрода в виде основания, установленного с возможностью перемещения по направляющей, позволяет испытывать отрезки порошковой проволоки и сварочные электроды в достаточно широком диапазоне длин, а именно, устанавливать вылет электрода в пределах 50-100 мм.
Расположение держателя электрода на основании с возможностью горизонтального перемещения относительно его позволяет закреплять отрезок испытываемого электрода с необходимым начальным зазором между торцом испытываемого отрезка и медной пластиной. При этом крепление на основании шкалы нониуса, а на держателе электрода основной измерительной шкалы позволяет измерять получаемый в результате расплавления электрода зазор - разрывную длину дуги с высокой точностью, в пределах ±0,05 мм.
Вертикальное расположение медной толстой пластины для зажигания дуги позволяет производить испытание при горизонтальном расположении электрода, что повышает достоверность испытаний, так как не успевшие оторваться от торца проволоки капли расплава вносят меньшую погрешность в измеряемые значения разрывной длины дуги, чем при вертикальном расположении электрода. А также позволяет минимизировать влияние анода на дуговой разряд и сделать его влияние постоянным при проведении испытаний
Замыкание начального зазора V-образной пружинкой из полоски медной фольги позволяет автоматизировать процесс зажигания дуги и стабилизировать время зажигания.
Введение в устройство аналогово-цифрового преобразователя, соединенного с персональным компьютером, снабженным программой обработки измеряемых параметров, позволяет за счет измерения с необходимой частотой и быстродействием амплитудно-временных параметров сварочного тока и напряжения дуги в процессе горения дуги до ее естественного обрыва, получать их реальные значения. По измеренным значениям разрывной длины дуги, значениям тока и напряжения в момент естественного обрыва дуги оценивают проводимость межэлектродного промежутка и, следовательно, стабильность дуги, зависящую от состава шихты, находящейся в расплавленном состоянии.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о ее соответствии условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного выполнения устройства.
На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения разрывной длины дуги.
Устройство для измерения разрывной длины дуги содержит корпус 1, снабженный вертикальными стойками 2 и 3 с вертикально расположенной на стойке 3 медной пластиной 4 и направляющую 5, соединяющую между собой стойки 2 и 3, а также средство перемещения электрода, выполненное в виде основания 6, установленного с возможностью перемещения по направляющей 5. На основании 6 с возможностью перемещения относительно его установлен держатель электрода 7 для крепления отрезка электрода 8. Механизм прижатия электрода 8 к вертикально установленной медной пластине 4 выполнен в виде муфты момента с храповым механизмом 9, винта 10, гайки
11, закрепленной в держателе электрода 7. Устройство содержит также включенный на прямую полярность источник питания 12, делитель напряжения 13, подключенный к медной пластине 4 и держателю 7, измерительный шунт 14, аналогово-цифровой преобразователь 15, подключенный с одной стороны к делителю напряжения 13 и измерительному шунту 14, с другой стороны - к персональному компьютеру 16, снабженному программой обработки измеряемых параметров. Источник питания 12 подключен на прямую полярность к медной пластине 4 и через измерительный шунт 14 к держателю электрода 7.
Отрезок электрода 8 закреплен в держателе электрода 7 при помощи калиброванного отверстия 17 и зажимного винта 18. Основание 6 снабжено калиброванным отверстием 19 и зажимным винтом 20. На держателе электрода 7 закреплена основная измерительная шкала 21. На основании 6 закреплена шкала нониуса 22. Замыкание начального зазора между торцом отрезка электрода 8 и медной пластиной 4 выполнено в виде V-образной пружинки 23 из полоски медной фольги.
Устройство работает следующим образом. Для испытания берут отрезок порошковой проволоки 8. Вращением муфты момента с храповым механизмом 9 с помощью винта 10 и гайки 11 перемещают держатель электрода 7 с закрепленной на нем измерительной шкалой 21 в нулевое положение. Устанавливают расстояние от поверхности А держателя электрода 7 до поверхности Б медной пластины 4, равное требуемому вылету отрезка порошковой проволоки, перемещая основание 6 по направляющей 5, и закрепляют его с помощью винта 20. Отрезок порошковой проволоки 8 располагают горизонтально, помещая его в калиброванное отверстие 17 держателя электрода 7. Такое расположение позволяет уменьшить искажения значений разрывной длины дуги из-за не успевших оторваться капель расплава от торца порошковой проволоки. Перемещают отрезок порошковой проволоки 8 по калиброванному отверстию 17 держателя электрода 7 таким образом, чтобы расстояние, контролируемое с помощью щупа, между его торцом и поверхностью Б медной пластины 4 составляло 1±0,1 мм, и поджимают отрезок порошковой проволоки 8 винтом 18.
В образовавшийся в результате настройки зазор устанавливают V-образную пружинку 23 из полоски медной фольги для обеспечения электрического контакта между отрезком порошковой проволоки 8 и медной пластиной 4 и включают источник питания 12. В результате протекания сварочного тока пружинка мгновенно испаряется и возникает дуговой разряд между отрезком порошковой проволоки 8 и медной пластиной 4. В результате плавления отрезка порошковой проволоки расстояние между его торцом и медной пластиной 4 непрерывно увеличивается до тех пор, пока не происходит разрыва дуги в результате потери ее устойчивости. Эта разрывная длина дуги и принята в качестве непосредственного критерия устойчивости дуги.
Амплитудно-временные параметры сварочного тока, напряжения и времени горения дуги, поступающие с делителя напряжения 13 и измерительного шунта 14, контролируют аналогово-цифровым преобразователем 15, который измеряет их с заданной частотой и преобразует в цифровую форму, удобную для записи, обработки и вывода на экран монитора персонального компьютера 16.
После естественного обрыва дуги источник питания 12 выключают. Полученный в результате оплавления отрезка порошковой проволоки 8 зазор измеряют с точностью ±0,05 мм путем перемещения держателя электрода 7 по основанию 6, вращая винт 10 через муфту момента с храповым механизмом 9 до соприкосновения торца отрезка порошковой проволоки 8 с поверхностью Б медной пластины 4. После их соприкосновения дальнейшее перемещение держателя электрода 7 вместе с отрезком порошковой проволоки 8 становится невозможным, так как срабатывает храповой механизм муфты момента 9, и винт 10 перестает вращаться. По основной шкале 21 и шкале нониуса 22 производят отсчет значения получившегося зазора с указанной точностью. Это значение и является разрывной длиной дуги.
По измеренным значениям разрывной длины дуги, значениям тока и напряжения в момент естественного обрыва дуги оценивают проводимость межэлектродного промежутка и, следовательно, стабильность дуги, зависящую от состава шихты порошковой проволоки. Сравнивают эти показания для различных участков порошковой проволоки с эталоном и делают вывод об однородности или неоднородности шихты порошковой проволоки, т.е. о качестве электродного материала.
Эталонные значения указанных параметров для каждой конкретной марки порошковой проволоки или электрода нарабатывают заранее при проведении статистически значимого количества экспериментов и оформляют в виде таблиц. В дальнейшем входной контроль производят на отрезках, взятых из нескольких участков мотка порошковой проволоки соответствующей марки, аналогично отбору проб для определения коэффициента заполнения порошковых проволок.
Опробование устройства производили при испытании качества порошковой проволоки марки ПП-СП-10 двух партий. Усредненные результаты статистической обработки большего количества замеров разрывной длины дуги, тока и напряжения разрыва первой партии приведены в табл.1 и приняты за эталон.
Таблица 1
Результаты статистической обработки для порошковой проволоки марки ПП-СП-10 первой партии
№
Параметр
Математическое ожидание
Диапазон
п/п
измеряемого параметра
благоприятных
значений
1.
Разрывная длина дуги, мм
7,60
[7,05÷8,15]
2.
Ток разрыва, А
56,1
[49,64÷62,56]
3.
Напряжение разрыва, В
43,0
[41,71÷44,29]
Результаты испытаний порошковой проволоки марки ПП-СП-10 второй партии приведены в табл.2. По аналогии с отбором проб для определения коэффициента заполнения порошковой проволоки марки ПП-СП-10 отбор отрезков проводился в шести точках начала и конца мотка проволоки.
Таблица 2
Результаты измерения параметров для порошковой проволоки марки ПП-СП-10 второй контролируемой партии
№
Параметр
Среднее значение
п/п
1.
Разрывная длина дуги, мм
7,72
2.
Ток разрыва, А
62,1
3.
Напряжение разрыва, В
44,1
Анализ результатов, зафиксированных с помощью предлагаемого устройства, показывает, что средние значения показателей разрывной длины дуги, тока и напряжения разрыва, приведенные в табл.2, находятся в диапазонах благоприятных значений этих показателей, приведенных в табл.1. Отсюда можно заключить, что порошковая проволока проверяемой партии отвечает установленным требованиям качества.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет с высокой точностью измерять разрывную длину дуги, ток и напряжение разрыва и оценивать качество изготовления порошковой проволоки.