МОДУЛЬ МУЛЬТИ-ПОДАЧИ НАГРЕТОЙ ПРИСАДОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ АВТОМАТА СВАРКИ ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА

Полезная модель относится к дополнительному оборудованию автоматов сварки под слоем флюса, а именно к модулям подачи присадочной проволоки.
Из уровня техники известен модуль подачи присадочной проволоки для автомата сварки под слоем флюса, содержащий элементы крепления к автомату сварки, кассету присадочной проволоки, роликовый узел подачи присадочной проволоки, его приводной двигатель и термоизолированный канал подачи первой присадочной проволоки к сварочной ванне с концевым узлом подогрева (см. патент US 2013043219, кл. B23K 9/18, опубл. 21.02.2013).Однако, указанный документ раскрывает использование модуля подачи присадочной проволоки в комплекте с автоматом лазерной сварки и не конкретизирует его расположение.
Технической проблемой является создание удобного в работе универсального высокопроизводительного модуля мультиподачи нагретой присадочной проволоки, адаптируемого к любому автомату сварки.
Технический результат заключается в повышении качества получаемого сварного шва и увеличении производительности.
Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что модуль мультиподачи нагретой присадочной проволоки для автомата сварки под слоем флюса, содержащий элементы крепления к автомату сварки, первую кассету присадочной проволоки, первый роликовый узел подачи присадочной проволоки, его приводной двигатель и первый термоизолированный канал подачи первой присадочной проволоки к сварочной ванне с концевым узлом подогрева, снабжен аналогичными второй кассетой, вторым роликовым узлом, подключенным к тому же приводному двигателю, и вторым термоизолированным каналом подачи второй присадочной проволоки к сварочной ванне, причем элементы крепления к автомату сварки выполнены с возможностью съемной установки модуля с размещением аналогичных элементов симметрично относительно оси сварного шва. Второй термоизолированный канал подачи второй присадочной проволоки к сварочной ванне предпочтительно соединен с тем же концевым узлом подогрева, что и первый термоизолированный канал. Элементы крепления предпочтительно выполнены с возможностью фиксации концевого узла подогрева на штатном токоподводе автомата сварки, а приводного двигателя с первым и вторым роликовыми узлами, а также первой и второй кассетой - на консоли автомата сварки.
На фиг. 1 представлен предлагаемый модуль мультиподачи присадочной проволоки, вид сбоку;
на фиг. 2 - то же, вид сверху;
на фиг. 3 - его размещение в составе автомата сварки.
Предлагаемый модуль мультиподачи двух подогретых присадочных проволок 1 является универсальным устройством, устанавливаемым на любой типовой автомат сварки под слоем флюса, и обеспечивает контролируемую подачу в кристаллизующуюся часть («хвост») 2 сварочной ванны, сформированной вокруг катодного пятна 3 за счет горения дуги сварочного автомата, двух и более присадочных проволок 1 диаметрами 1,2-1,4-1,6-2,0 мм, нагретых до температуры вплоть до 1500°С. Уникальностью модуля является подача более чем одной (двух и более) нагретых присадочных проволок 1 в сварочную ванну, применение интегрированной системы управления с независимой регулировкой скорости подачи и мощности нагрева, а также сбалансированное съемное размещение компонентов модуля на конструкции типового автомата сварки (например, типа АДФ-1000, А-2) для сохранения универсальности применения сварочного оборудования под различные технологические задачи, что в совокупности, в конечном счете, повышает качество полученного сварного шва и увеличивает производительность. Модуль может быть использован совместно с типовым источником питания автомата сварки (типа ВДУ, LAF).
Предлагаемый модуль содержит первую и вторую кассеты 4 присадочной проволоки 1 (стандарта К-200 и К-300), установленные с возможностью вращения, первый и второй роликовые узлы 5 (при использовании многоручьевых роликов возможна подача более 2-х проволок) подачи присадочной проволоки с изоляторами 6 и вводными каналами 7, их общий приводной двигатель 8 с угловым редуктором 9, первый и второй выводные термоизолированные каналы 10 подачи первой и второй присадочных проволок 1 к «хвосту» 2 сварочной ванны, а также их общий концевой узел 11 подогрева в виде токоподвода, связанного с типовым источником для подогрева инверторного типа AC/DC. Питание обоих роликовых узлов 5 от одного двигателя 8 обеспечивает синхронность скорости подачи и равномерность распределения присадочного материала по объему сварочной ванны, влияющую на качество получаемого сварного шва. Кроме того, модуль включает в себя блок управления процессом подачи/нагрева, кабель управления между блоком управления и источником подогрева, а также плату обратной связи, которая встраивается в источник подогрева (на чертежах не показаны).
Первая группа элементов крепления включает в себя верхний 12 и нижний 13 хомуты и позволяет зафиксировать двигатель 8 с роликовыми узлами 5 и кассетами 4 на консоли 14 автомата сварки так, что аналогичные элементы расположены симметрично относительно оси сварного шва. Вторая группа элементов крепления включает в себя штангу 15 регулировки углов ввода присадочной проволоки 1 в сварочную ванну, прикрепленную через изолятор 16 с помощью хомута 17 и винта 18 к концевому узлу 11, и хомут 19 ее крепления на штатном токоподводе 20 автомата сварки с винтами 21 и изолятором 22.Такая конструкция позволяет производить токоподвод от источника подогрева изолировано от сварочной проволоки 23 основного металла шва (попарно между двумя проволоками 1) или, в случае применения раздельного токоподвода (раздельно на каждую присадочную проволоку).
Раздельный токоподвод (токоподвод между контактными наконечниками проволок в отрыве от общей массы сварочного источника и основного металла шва), обеспечивает подвод энергии подогрева проволок на двойном вылете и меньшем токе подогрева, поскольку подогрев осуществляется по последовательной цепи, а не параллельной, как при подогреве относительно сварочной массы.
Последовательная цепь подогрева двух проволок обеспечивает равные температуры вводимых присадочных проволок, т.к. при нарушении контакта (искрение в контактном наконечнике) ток подогрева меняется синхронно на обеих проволоках, в отличие от параллельной схемы токоподвода, где существует вероятность подачи проволок с разной температурой вследствие ухудшения контакта (износа) одного из контактных наконечников.
Сама по себе подача присадочной проволоки 1 в сварочную ванну не является процессом сварки, поэтому целесообразно выполнение модуля съемным, позволяющее взять за основу стандартное, серийно изготавливаемое оборудование для автоматической сварки под слоем флюса без изменения конструкции оборудования, что значительно расширяет его технологические возможности без значительных дополнительных затрат. При этом симметричное расположение аналогичных элементов позволяет сохранить весовой баланс автомата сварки с установленным модулем, что не перегружает привод каретки автомата, сохраняет его устойчивость при полной загрузке сварочными материалами и, в конечном счете, позволяет сохранить точность геометрии получаемого сварного шва. При этом одновременная подача двух присадочных проволок позволяет регулируемо расширить зону ввода и перемешивания присадочного материала, контролировать тепловложение и отвод тепла по краям сварочной ванны, что дает возможность расширить технологическую применимость модуля (возможность использования для наплавки, в т.ч. и материалами аустенитного типа) в соответствии с текущими условиями сварки, что положительно влияет на качество получаемого сварного шва и производительность процесса сварки.
Использование двух и более присадочных проволок меньшего сечения позволит также уменьшить необходимую мощность и, как следствие, вес и габариты источника подогрева. Так как нагрев присадочной проволоки ведется на ее вылете за счет сопротивления, уменьшение сечения и нагрев на двойном вылете (при использовании двух присадочных проволок) приведет к уменьшению необходимой мощности источника для нагрева. Применение в составе модуля источника нагрева импульсным способом на переменном токе повышает эффективность и скорость нагрева (ранее инверторные импульсные источники переменного тока не использовались для подогрева за счет сопротивления присадочных материалов).
Одновременная подача двух проволок 1 значительно повышает качество получаемого сварного шва, поскольку позволяет более равномерно по сечению шва распределять вводимый присадочный материал, обеспечивая равномерность легирования ванны, а также увеличить коэффициент наплавки и производительность процесса сварки с сохранением качества сварных соединений.
Зависимость доли присадочного материала в наплавленном металле от диаметра присадочной проволоки и скорости ее подачи:
Увеличение доли присадки в наплавленном металле фактически является приростом производительности процесса сварки.
Таким образом, увеличение производительности процесса достигается двумя путями - или увеличением скорости подачи присадочных проволок, или увеличением их диаметра.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При нажатии и удержании кнопки «Пуск» на блоке управления включается источник подогрева и начинает работать концевой узел 11, при отпускании кнопки - осуществляется подача проволоки 1 в «хвост» 2 сварочной ванны с заданной скоростью. При нажатии кнопки «Стоп» осуществляется реверс подачи проволоки 1, при отводе от ванны на расстояние 1 мм и отключается источник подогрева. Реверсная подача выключается при отводе проволоки 1 на заданное расстояние (5…15 мм.), цель реверса - исключить «примерзание» горячей присадки к металлу наплавленного валика шва по окончании сварки. Для установочных перемещений (заправка проволоки 1, подвод проволоки в зону сварки) предусмотрен режим ручного управления скоростью и направлением подачи.
2
Управление температурой концевого узла 11 осуществляется в соответствии с законом Джоуля-Ленца - Е = I×R×t, поскольку скорость подачи является, в данном случае, первой производной времени действия тока на единичный участок пути проволоки, формула примет вид:
2
w
Е = (I×R)/V×K, где:
Е - энергия подогрева присадки;
I - ток подогрева;
w
V - скорость подачи присадочной проволоки 1;
К - коэффициент пропорциональности.
t
0
Поскольку сопротивление вылета R зависит от длины вылета, удельного сопротивления проволоки 1, температуры проволоки в соответствии с формулой: R=R×(1+αТ), где
t
R - сопротивление проводника;
0
R - сопротивление проводника при 0°С;
α - температурный коэффициент сопротивления;
Т - температура проводника; напряжение на выводах источника подогрева будет прямо пропорционально значению температуры проволоки 1. Следует иметь ввиду, что абсолютное значение напряжения будет различным для проволок разного химсостава (вследствие различных значений температурного коэффициента сопротивления и удельного сопротивления).
Таким образом, управление температурой подогрева осуществляется регулированием тока, а контроль за температурой осуществляется по значению напряжения на источнике подогрева. Управление объемом подачи осуществляется путем регулирования скорости подачи подогреваемой проволоки роликовым узлом 5. Стабилизация тока подогрева осуществляется путем сравнения заданного тока подогрева с текущим (измеренным) значением. Ток подогрева поддерживается на заданном уровне независимо от состояния контактов токоподвода 2 и изменения в процессе сварки вылета проволок 1 путем регулирования напряжения на выводах источника подогрева.