СПОСОБ РУЧНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ МОДУЛИРОВАННЫМ ТОКОМ КОРНЕВОГО ШВА
METHOD OF MANUAL ELECTRIC ARC WELDING ROOT JOINT USING CURRENT MODULATED CONSUMABLE ELECTRODE

Предлагаемое изобретение относится к способу ручной электродуговой сварки модулированным током электродами с покрытием корневых швов, а также изделий малой толщины в различных пространственных положениях.
Известен способ электродуговой сварки плавящимся электродом с импульсной модуляцией сварочного тока (патент РФ №2268809) с регулированием длительности импульсов и пауз сварочного тока и наложением во время пауз дополнительных импульсов тока.
Согласно способу частоту дополнительных импульсов выбирают большей 50 Гц, а их длительность устанавливают в диапазоне от 0,5 до 2 мс, причем длительность основных импульсов и пауз регулируют автоматически, в зависимости от отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного, посредством изменения длины дуги.
Данный способ, при сварке корневых швов и изделий малой толщины, имеет существенные недостатки:
- поскольку плавление электрода происходит по большей части во время основного импульса, а его длительность имеет относительно большое значение, то во время сварки корневого шва и изделий малой толщины неизбежно образование прожогов;
- во время протекания основного импульса сварочного тока, амплитудное значение которого равно номинальному значению для каждого диаметра электрода и его конкретной марки, происходит разбрызгивание электродного металла. Величина разбрызгивания электродного металла возрастает при увеличении длительности протекания основного импульса сварочного тока.
Известен способ ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током корневого шва, взятый в качестве прототипа (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 основных импульсов по программе или автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного значения, равного номинальному для каждого диаметра электрода и его конкретной марки. При этом обеспечивается высокая физическая устойчивость горения дуги и технологическая устойчивость процесса сварки.
Данный способ так же, как и предыдущий, имеет существенный недостаток:
во время протекания основного - прожигающего импульса сварочного тока, амплитудное значение которого равно номинальному значению для каждого диаметра электрода и его конкретной марки, происходит разбрызгивание электродного металла.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способов ручной дуговой сварки покрытыми электродами модулированным током корневых швов и изделий малой толщины, обеспечивающих низкое разбрызгивание электродного металла.
Поставленная задача достигается тем, что в способе ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током корневого шва 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. Длительность основных импульсов тока, являющихся прожигающими, ограничивают до величины, обеспечивающей образование замочной скважины. Частоту следования основных импульсов тока изменяют по программе или автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного, равного номинальному значению для каждого диаметра электрода и его конкретной марки. Основные импульсы тока, являющиеся прожигающими (далее основные - прожигающие) формируют с помощью серий дополнительных импульсов. Длительность дополнительных импульсов в серии устанавливают равной длительности дополнительных импульсов, протекающих на интервале тока паузы. Частоту следования дополнительных импульсов в серии устанавливают в диапазоне 200…130 Гц.
Под серией дополнительных импульсов, формирующей основной - прожигающий импульс сварочного тока, следует понимать количество дополнительных импульсов, следующих с частотой, устанавливаемой в диапазоне 200-130 Гц.
Частоту следования дополнительных импульсов в серии выбирают равной в приведенном диапазоне в зависимости от их длительности, которую устанавливают равной длительности дополнительных импульсов, протекающих на интервале тока паузы. При этом количество дополнительных импульсов в сериях ограничивают до величины, обеспечивающей формирование замочной скважины.
Частоту следования серий дополнительных импульсов задают по программе или автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного значения.
Под заданным значением напряжения дуги следует понимать напряжение, устанавливаемое равным номинальному значению для каждого диаметра электрода и его конкретной марки.
В промежутке между сериями дополнительных импульсов замочная скважина частично заполняется расплавленным металлом сварочной ванны и электрода.
Амплитуду дополнительных импульсов, как в сериях, так и налагаемых на ток паузы с частой не менее 50 Гц, устанавливают равной номинальному значению сварочного тока для каждого диаметра электрода и его конкретной марки.
Разбрызгивание электродного металла во время протекания серии дополнительных импульсов уменьшается вследствие того, что разрыв перемычки, образующийся в результате короткого замыкания металлов капли и сварочной ванны, происходит за один период следования дополнительного импульса в серии, энергии которого достаточно для гарантированного перехода капли в сварочную ванну без разбрызгивания. Энергия, выделяемая во время протекания дополнительного импульса сварочного тока, определяется его амплитудным значением и длительностью, которые устанавливают в зависимости от диаметра электрода и его конкретной марки, а также возможности обеспечения высокой технологической устойчивости процесса сварки. При этом происходит уменьшение размеров сварочной ванны при постоянном давлении дуги и спокойное расплавление электродного металла и металла изделия.
Далее сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами, на которых изображено:
ocн.и
- на фиг.1 представлена эпюра сварочного тока, поясняющая предлагаемый способ с программным управлением частоты серий дополнительных импульсов (T=const);
ocн.и
д
д
- на фиг.2 представлены эпюры сварочного тока и среднего напряжения дуги при автоматическом изменении частоты серий дополнительных импульсов (T(U(I))=var).
На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения:
д.и
I - амплитудное значение сварочного тока дополнительных импульсов в серии и на интервале протекания тока паузы;
кз.и
I - амплитудное значение сварочного тока при коротком замыкании металлов капли и сварочной ванны во время протекания серии дополнительных импульсов;
кз.д.и
I - амплитудное значение сварочного тока при коротком замыкании металлов капли и сварочной ванны во время протекания дополнительных импульсов на интервале паузы;
п
I - ток паузы при горении дуги;
кз.п
I - ток паузы при коротком замыкании;
осн.и
Т - период следования серий дополнительных импульсов;
д.и
t - продолжительность дополнительного импульса сварочного тока;
ocн.и
t - продолжительность серии дополнительных импульсов;
д.и
T - период следования дополнительных импульсов сварочного тока, налагаемых на ток паузы с частотой не менее 50 Гц;
д.и
Т' - период следования дополнительных импульсов в серии;
д.ср.
U - среднее значение напряжения дуги;
З
U - заданное значение напряжения.
Согласно предлагаемому способу частоту следования серий дополнительных импульсов задают:
- по программе;
- с автоматически изменяющейся частотой следования в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного значения.
Программное управление частотой следования серий дополнительных импульсов применяют при сварке корневого шва достаточно массивных изделий, когда не происходит накопления тепла и увеличения зоны разогрева перед дугой.
Автоматическое управление частотой следования серий дополнительных импульсов применяют при сварке корневого шва изделий ограниченных размеров, когда происходит накопление тепла и увеличение зоны разогрева перед дугой.
Для предотвращения роста сформировавшейся замочной скважины больше допускаемых размеров частоту следования серий дополнительных импульсов уменьшают путем удлинения дуги, изменяя тем самым ее напряжение, примерно на 1÷2 В. При этом частота следования серий дополнительных импульсов автоматически снижается и обеспечивается постоянство размеров замочной скважины.
Варят пластины из низкоуглеродистой, низколегированной стали толщиной 3 мм. Расположение сварного соединения в пространстве - горизонтальное. Зазор между свариваемыми пластинами 2 мм.
Сварку осуществляют указанными выше способами.
Пример 1. В качестве электродного материала используют электроды диаметром 3 мм с основным покрытием марки УОНИ13/55. Амплитуду дополнительных импульсов, как в сериях, так и налагаемых на ток, устанавливают равной номинальному значению сварочного тока 170…180 А, при котором проявляются лучшие сварочно-технологические свойства электродов УОНИ 13/55, а значение тока паузы - 15 А. Частоту следования дополнительных импульсов сварочного тока на интервале протекания паузы устанавливают равной 80 Гц.
При сварке с программным управлением частотой следования серий дополнительных импульсов длительность дополнительных импульсов, как в серии, так и на интервале паузы, устанавливают в зависимости от диаметра электрода и его конкретной марки, а также возможности обеспечения технологической устойчивости процесса сварки. С целью гарантированного перехода расплавленной капли в металл сварочной за период следования дополнительного импульса при минимальном разбрызгивании для электродов УОНИ 13/55 длительность дополнительного импульса, как в серии, так и на интервале протекания паузы, устанавливают равной 3 мс.
Частота следования серий дополнительных импульсов равна 5 Гц. Частота дополнительных импульсов в серии - 200 Гц. При этом длительность серии дополнительных импульсов равна 18 мс.
После возбуждения дуги и образования в свариваемых торцах пластин сварочной ванны начинают равномерно, без манипуляций, перемещать электрод вдоль линии стыка.
Суммарное действие серий дополнительных импульсов и дополнительных импульсов, протекающих на интервале паузы, обеспечивает равномерное расплавление электрода с переходом капель расплавленного металла в сварочную ванну при минимальном разбрызгивании.
Во время протекания серий дополнительных импульсов происходит формирование замочной скважины. В промежутке между сериями дополнительных импульсов замочная скважина частично заполняется расплавленным металлом сварочной ванны и электрода.
З
Пример 2. При сварке с автоматическим управлением частотой серий дополнительных импульсов частоту следования серий изменяют автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного значения напряжения. Для электродов УОНИ 13/55 диаметром 3 мм: U=30 В.
Все остальные параметры модулированного тока устанавливают так же, как и при сварке с программным управлением частотой серий дополнительных импульсов.
После возбуждения дуги и образования в свариваемых торцах пластин сварочной ванны начинают равномерно, без манипуляций, перемещать электрод вдоль линии стыка.
Суммарное действие серий дополнительных импульсов и дополнительных импульсов, протекающих на интервале паузы, обеспечивает равномерное расплавление электрода с переходом капель расплавленного металла в сварочную ванну при минимальном разбрызгивании.
Во время протекания серий дополнительных импульсов происходит формирование замочной скважины. В промежутке между сериями дополнительных импульсов замочная скважина частично заполняется расплавленным металлом сварочной ванны и электрода.
При равенстве среднего напряжения дуги заданному значению и относительно оптимальных размерах сформировавшейся замочной скважины, которые определяются посредством визуального наблюдения сварщиком, частота серий дополнительных импульсов равна 5 Гц. Если произошло уменьшение среднего напряжения дуги относительно заданного, допустим на 2 В, то частота серий дополнительных импульсов автоматически увеличится и будет равна 8 Гц. При этом автоматически увеличатся размеры замочной скважины до размеров, больше допускаемых, что может привести к браку - прожогу. Плавно увеличивая длину дуги и тем самым изменяя среднее напряжение дуги до заданного значения, частоту серий дополнительных импульсов автоматически понижают до значения, обеспечивающего оптимальное формирование замочной скважины.
Если произошло увеличение среднего напряжения дуги относительно заданного, допустим на 2 В, то частота серий дополнительных импульсов автоматически уменьшится и будет равна 2 Гц. При этом образование замочной скважины будет периодическим или вообще отсутствовать, что может привести к непровару сварного соединения. Плавно уменьшая длину дуги и тем самым изменяя среднее напряжение дуги до заданного значения, частоту серий дополнительных импульсов автоматически увеличивают до значения, обеспечивающего оптимальное формирование замочной скважины.
Представленный способ сварки корневого шва, благодаря формированию основного - прожигающего импульса сварочного тока за счет серии дополнительных импульсов, обеспечивает следующие преимущества:
- низкое разбрызгивание электродного металла во время основного - прожигающего импульса сварочного тока;
- высокую физическую устойчивость горения дуги и технологическую устойчивость процесса при уменьшенном размере сварочной ванны и высоком давлении дуги, позволяющем во время сварки формировать «замочную скважину» в разных пространственных положениях.