Спосіб контакного стикового зварювання оплавленням

1 Спосіб контактного стикового зварювання оплавленням, при якому змінюють (по заданих програмах) швидкість подання рухомої плити машини (Vn) та зварювальну напругу (U2) і впливають на швидкість подання негативним зворотним зв'язком по зварювальному струму, та зменшують дію негативного зворотного зв'язку залежно від фактичної швидкості оплавлення або величини енергії (Qn), яка виділяється в контактах (в іскровому проміжку) між зварюваними деталями, який відрізняється тим, що змінюють дискретно зварювальну напругу (U2) на кожному заданому інтервалі оплавлення тривалістю (tn) як функцію приросту фактичної середньої швидкості укорочення деталей (\/ф) за попередній інтервал оплавлення, при цьому величину Уф підтримують на заданому рівні, меншому Vn, протягом всього періоду оплавлення, а заданий інтервал оплавлення відповідає укороченню деталей на величину середнього іскрового проміжку між ними (Sn) 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що коефіцієнт підсилення негативного зворотного зв'язку змінюють дискретно на кожному заданому інтервалі оплавлення тривалістю t n як функцію приросту Уф за попередній інтервал оплавлення 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що після досягнення заданої КІЛЬКОСТІ інтервалів підвищують значення U2 і зменшують коефіцієнт негативного зворотного зв'язку до заданої величини 4 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що підвищують U2 та зменшують коефіцієнт негативного зворотного зв'язку до заданої величини, коли величина Qn досягне заданого рівня 5 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що вмикають механізм осадки, коли швидкість при форсуванні Уф в кінцевий період оплавлення досягне заданого рівня О 00 (О Винахід який передбачається відноситься до контактного стикового зварювання, переважно до зварювання виробів великого перетину, і може застосовуватись у різних галузях промисловості, де застосовується контактне стикове зварювання Відомо спосіб контактного стикового зварювання з жорстким програмним регулюванням швидкості оплавлення ("Технология и оборудование контактной сварки" Б Д Орлов, Ю В Дмитриев и др , Москва "Машиностроение" 1975г див стор 280), де програмуються величина припуску на оплавлення і осадку Такі системи надійно працюють в умовах, при яких в широкому діапазоні параметрів забезпечується саморегулювання оплавлення, тобто при зварюванні деталей порівняно невеликого перетину (для перегинів до 1000 1500мм2) та при зварюванні з підігрівом Програма зміни швидкості звичайно задається за допомогою кулачків та є жорсткою Головним недоліком систем програмування по переміщенню є те, що необхідно забезпечувати точну підготовку торців деталей, що зварюються Неточна настанова деталей перед зварюванням, нерівномірний зазор між деталями, зміна геометричних розмірів розділки кромок- всі ці відхилення вимагають ВІДПОВІДНОГО корегування оптимального припуску на оплавлення і зміну заданої програми, особливо при зварюванні великих перетинів, де особливо ускладнений процес збудження оплавлення і вимагає високих потужностей Відомо спосіб контактного стикового зварювання безперервним оплавленням, при якому застосовується коефіцієнт зворотнього негативного зв'язку по зварювальному струму і його змінюють в 46820 температури розігріву приймають крапку Кюрі, а процесі зварювання при ЗМІНІ зварювальної напрукомандний імпульс подають за допомогою електги Процес оплавлення цим способом наведено на ромагнітного приладу, що вимірює величину зони стор 55 - 59 книги під редакцією С І Кучук-Яценко " розігріву торців, що зварюються Оборудование для контактной сварки рельсов и Якість з'єднань, що зварені, при контактному его эксплуатация " Київ "Наукова думка", 1974 стиковому зварюванні визначається не тільки зоЦей спосіб застосовується при зварюванні безпеною розігріву, але й багатьма іншими чинниками, рервним оплавленням деталей великого перетину наприклад, градієнтом температурного поля зони Закон зміни напруги трансформатору і зміни розігріву, температури нагрівання торців доливаншвидкості оплавлення установлюють в функції ням живлячої СІТІ, характером оплавлення, швидчасу оплавлення При зварюванні зазначеним кістю оплавлення при нагріванні та перед осадкою способом на початку зварювання установлюють величиною осадки та іншими чинниками Зазначепевний коефіцієнт зворотнього негативного зв'язку ний спосіб враховує тільки ширину зони розігріву, по зварювальному струму, а через деякий час, в але він не забезпечує необхідної стабільності якомомент переключення зварювальної напруги, змісті зварних з'єднань нюють коефіцієнт зворотнього негативного зв'язку В цьому способі зміна коефіцієнту зворотного неВідомо спосіб зварення оплавленням гативного зв'язку пов'язана з зміною зварювальної (А С 313628), при якому процес оплавлення перенапруги водять на прискорене оплавлення з наступною осадкою Сигналом для вмикання прискореного В цьому способі зміна коефіцієнту зворотнього оплавлення і осадку служить величина швидкості негативного зв'язку не пов'язана із нагрівом детаоплавлення лей, що зварюються При цьому способі перед зварюванням установлюють швидкість зближення Даний спосіб не передбачає управління продеталей і коефіцієнт зворотнього негативного зв'яцесом зварювання на стадії нагрівання, тобто в зку по зварювальному струму Після стикання денайбільш тривалий період зварювання талей, що зварюються, по контуру протікає зварюПри зварюванні деталей з великим поперевальний струм і починається оплавлення чним перетином даний спосіб не дозволяє судити Швидкість оплавлення (фактична швидкість зблио розігріві деталей, переходити на прискорене ження) визначається як встановленою швидкістю оплавлення та осадку в найбільш сприятливий зближення деталей так і коефіцієнтом зворотнього момент, який забезпечує високу якість зварного негативного зв'язку по зварювальному струму На з'єднання початку зварювання, коли торці деталей холодні, Відомо спосіб регулювання процесом контактпроцес оплавлення вимагає великої потужності Із ного стикового зварювання оплавленням (А С нагріванням деталей, що зварюються, зварювальСРСР 593857) шляхом впливу рухомої плити маний струм зменшується, якщо встановлена швидшини залежно від сигналу непогодження, що викість зближення низька (порядку 0,1 - 0,4мм\с) робляється внаслідок порівняння фактичної і заЗниження зварювального струму (воно зумовлено даної величини параметра, що характеризує нагрівом деталей, що зварюються) веде до знипроцес оплавлення, при цьому, з метою стабілізаження потужності, що споживається і інтенсивності ції з'єднань при збуреннях по напрузі, що виниканагрівання і в цьому випадку знижується інтенсиють і іншим енергетичним параметрам процесу, у вність нагріву деталей, що зварюють, бо з збільвигляді параметра, що характеризує процес оплашенням швидкості оплавлення збільшуються вивлення, застосовують енергію, що виділяється в трати енергії, що витрачаються на нагрівання з'єднанні деталей Зниження інтенсивності нагріву привоЦей спосіб забезпечує стабільність нагрівання дить до збільшення часу зварювання Якщо ж при зварюванні, бо нагрівання деталей в цьому встановлена швидкість сближения деталей висовипадку не залежить від випадкових змін параметка, то неможливо збудження процесса зварюванрів режиму зварювання, що визначають нагрів ня, а на початку процесу можливий перехід в короПроте, при зварюванні деталей з великим потке замикання Даний спосіб передбачає зниження перечним перетином неможливо одержати необзварювальної напруги і зміну коефіцієнту зворотхідного розігріву деталей що зварюються а даний нього негативного зв'язку в момент переключення спосіб зварювання не передбачає корегування напруги Цей прийом декілька підвищує інтенсивпараметрів зварювання ( наприклад зварювальної ність нагріву Проте ця міра недостатньо ефективнапруги, коефіцієнту зворотнього зв'язку, швидкона, бо зниження зварювальної напруги приводить сті оплавлення) до зниження встановленої потужності зварювальВідомо пристрій і спосіб для стикового зварюної машини, а також корисної потужності вання оплавленням (Патенту США 4101753), переважно КІНЦІВ смуг в ЛІНІЯХ безперервної прокатки Цей спосіб не дозволяє при оплавленні робити і відповідне йому пристрій для реалізації цього висновок про зміну фізичного стану торців детаспособу, при якому в процесі зварювання проволей, що зварюються Це істотно впливає на якість диться безперервний вимір електричної енергії яку зварного з'єднання і стабільність одержання безвводять в зону з'єднання і зварювальний струм дефектного з'єднання Даний спосіб не передбавимикається на стадії осадки при досягненні задачає автоматичного вибору найбільш сприятливого ного значення енергії Пристрій складається із моменту для зміни напруги і проведення осадки приводу переміщування деталей, елементів, що Відомо спосіб контактного стикового зварюпідводять струм, приводу осадки, ігнітронного конвання оплавленням, при якому осадку вмикають тактора включеного в первинну обмотку зварювапо досягненні заданої температури деталей, що льного трансформатору і системи управління мазварюються ( А С СРСР 241567) У якості заданої шиною Ця система складається із блоку пам'яті зв'язаним з вимірником енергії на стадії оплавлення, блоку порівняння впровадженої на протязі всього циклу зварювальної енергії і еталонного значення енергії, а також вихідного логічного блоку, що формує команду на вимикання контактора При цьому КІЛЬКІСТЬ енергії, яка вводиться на стадії осадки, залежить від енергії впровадженої на стадії оплавлення Передбачено також обладнання для реєстрації і запису значень енергії на кожній стадії процесу, що дає можливість оцінити якість зварних з'єднань Даний пристрій дозволяє вкладувати в деталі, що зварюються, однакову КІЛЬКІСТЬ енергії не залежно вид коливання живлячої СІТІ, але при зварюванні на нагрів деталей, що зварюються, впливає не тільки КІЛЬКІСТЬ вкладеної енергії, а й характер процесу оплавлення, а даний пристрій не передбачає управління та корегування параметрів зварювання (наприклад зварювальна напруга, коефіцієнту зворотнього зв'язку, швидкості оплавлення ) Крім того даний пристрій не передбачає автоматичного контролю середньої швидкості оплавлення для вибору найбільш сприятливого моменту проведення осадки Це істотно впливає на якість зварного з'єднання і стабільність одержання бездефектного з'єднання Відомо електрична схема управління машин для стикового зварювання оплавленням (Патенту США 4383162), що призначена для регулювання початку осадки на зварювальних машинах для стикового зварювання оплавленням в залежності від енергії оплавлення Схема може мати додаткові елементи, що дозволять регулювати початок осадки в залежності від розміщення плити зварювальної машини Зварювальник має можливість вибирати спосіб контролю початку осадки Електрична схема може бути доповнена елементами для контролю руху рухомої плити зварювальної машини в процесі циклу зварювання до осадки Ця електрична схема забезпечує стабільність нагрівання при зварюванні деталей невеликого перетину, бо нагрів деталей в цьому випадку не залежить від випадкових змін параметров режиму зварювання, що визначають нагрів Проте стабільність нагрівання умова необхідна, але недостатня для одержання стабільної якості з'єднання, особливо, при зварюванні виробів великого перетину на машинах, що живляться від джерела обмеженої потужності При зварюванні деталей з великим поперечним перетином неможливо одержати необхідного розігріву деталей, що зварюються, а дана схема не передбачає корегування параметрів зварювання (наприклад зварювальної напруги, коефіцієнту зворотнього зв'язку, швидкості оплавлення) Важливим чинником, що впливає на якість з'єднання, є швидкість оплавлення в момент перед осадкою В даному випадку під швидкістю оплавлення прийнято параметр, процесу ,що характеризує оплавлення торців ( КІЛЬКІСТЬ металу, що виплавляється в одиницю часу ), а не рух рухомої плити машини При зварюванні на даній схемі, вмикання осадки може статися при різноманітних значеннях швидкості оплавлення Отже, 46820 якість з'єднань буде різноманітним При цьому, недостатня швидкість оплавлення деталей перед осадкою приведе до низької якості з'єднання Цей чинник посилюється при живленні зварювальної машини від джерел обмеженої потужності Це є хибою зазначеної електрична схема Відомо спосіб стикового зварювання оплавленням (Патенту Японії 62-57785), при якому з метою оптимізацм режиму стикового зварювання оплавленням момент початку осадки визначають по КІЛЬКОСТІ теплової енергії, накопиченої в деталях, що зварюються Для цього в систему управління зварювальної машини вводять інформацію від датчику потужності, що підключений до первинної обмотки зварювального трансформатору, а від датчику розміщеного в зоні зварювання, інформацію про КІЛЬКІСТЬ іскр вилітаючих із зазору при вибуху перемичок Система управління після наступного ділення сигналів на площу поперечного перетину деталей, що зварюються, визначать питоме значення енергії, витраченої на расплавления торців і тепловій енергії, загубленої при викиді перемичок із проміжку Після ЦЬОГО система знаходить різницю енергій і коли її значення стане рівним заздалегідь заданому, система подає команду на осадку Даний спосіб забезпечує повторююмість енергії, що вкладена в момент включення осадки, а це недостатньо для одержання необхідного стабільного розігріву, так як на розігрів суттєво впливає характер оплавлення Цей спосіб не передбачає зміни параметров зварювання, наприклад коефіцієнту зворотнього зв'язку по зварювальному струму, зварювальної напруги та ш Крім цього він не передбачає і не визначає момент переходу на підвищену швидкість оплавлення і автоматичного контролю вмикання осадки при заданій швидкості оплавлення Вмикання осадки може статися при різноманітних значеннях швидкості оплавлення Отже, якість з'єднань буде різноманітною При цьому, недостатня швидкості оплавлення деталей перед осадкою приведе до низької якості з'єднання Цей чинник посилюється при живленні зварювальної машини від джерел обмеженої потужності Це є недоліком зазначеного способу Найбільш близьким до способу, що пропонується, є спосіб контактного стикового зварювання оплавленням ( А С СРСР 1278154, Патент України 317 ), обраний у якості прототипу, при якому під час зварювання вимірюють параметри зварювання, задають величину швидкості подання Vn і в процесі зварювання змінюють вплив зворотнього негативного зв'язку При цьому вплив негативного зворотнього зв'язку зменшують по мірі нагрівання деталей, що зварюються При зварюванні компактних перетинів вплив зворотнього негативного зв'язку зменшують шляхом зменшення коефіцієнту зворотнього негативного зв'язку При зварюванні тонкостінних деталей вплив зворотнього негативного зв'язку зменшують шляхом збільшення завдання величини швидкості переміщування рухомої колони машини Про нагрів деталей, що зварюються, роблять висновок по часу оплавлення і зменшують вплив зворотнього негативного зв'язку з течією часу оплавлення або по величині оплавлення деталей і зменшують вплив зворот 8 46820 нього негативного зв'язку з збільшенням оплавтотно впливає на якість зварного з'єднання і стабілення деталей Крім того, спосіб передбачає змельність одержання бездефектного сполучення ншення вплив зворотнього негативного зв'язку, Отже, якість з'єднань буде різноманітним При коли фактична швидкість оплавлення перевищує цьому недостатнє значення швидкості оплавлення задану швидкість оплавлення Спосіб, також пеприведе до низької якості з'єднання редбачає зменшення початкової величини зворотВ основу винаходу покладено задачу підвищинього негативного зв'язку на величину пропорційну ти продуктивность контактного стикового зварювеличині витраченої електричної енергії, включенвання оплавленням шляхом інтенсифікації нагріня оплавлення на підвищеній швидкості та осадку вання деталей, що зварюються, зменшити по заданій програмі припуска на оплавлення, автоматизувати процес зварювання і стабілізувати якість зварних з'єдЦей спосіб забезпечує стабільність нагрівання нань при зварюванні, бо нагрів деталей в цьому випадку не залежить від випадкових змін параметрів Суть винаходу полягає в тому, що у пропонуєрежиму зварювання, що визначають нагрів мому способі контактного зварювання оплавленням змінюють (по заданим програмам) швидкість До недоліків даного способу належить віднесподання рухомої плити машини (Vn) і впливають ти той факт, що при використанні його здебільшона швидкість подання негативним зворотним зв'язго на важкому електрозварювальному устаткуванком по зварювальному струму, та зменшують дію ні в моменти розведення торців деталей, що негативного зворотнього зв'язку залежно від факзварюються можуть виникати перерви в прохотичної швидкості оплавлення або величини енергії дженні зварювального струму, що приводить до (Qn), яка виділяється в контактах (в ікровому прозниження ефективності нагрівання Це пояснюміжку) між зварюваними деталями, змінюють дисються тим, що рухомі колони великих зварювалькретно зварювальну напругу на кожному заданому них машин мають велику масу і внаслідок цього інтервалі оплавлення тривалістю t n в функції привелику інерцію Велика шерційність рухомої колоросту фактичної середньої швидкості укорочення ни зварювальної машини приводить до виникнендеталей (Уф) за попередній інтервал оплавлення, ня розривів контактних перемичок між горцями, що при цьому величину Уф підтримують на заданому оплавляться і зниження величини зварювального рівні, меньшему Vn, на протязі всього періоду струму значно більше, ніж вимагається для підоплавлення, а заданий інтервал оплавлення відтримки стійкого оплавлення або взагалі мають повідає укороченню деталей на величину середмісця перерви в його пропротіканні нього іскрового проміжку між ними (Sn) Іншим недоліком прототипа є те, що швидкість зближення і розведення деталей є величинами, які При зварюванні великих компактних перетинів, залежать від сили струму, протікающого через а також при зварюванні на машинах з обмеженою них В цьому зв'язку можуть мати місце слідуючи потужністю в способі контактного зварювання ВІД'ЄМНІ явища При наявності відносно невеликого оплавленням, що пропонується, передбачається сигналу на зближення деталей, рухома плита мазміна коефіцієнту підсилення негативного зворотшини буде переміщатися вперед ВІДПОВІДНО З ненього зв'язку дискретно на кожному заданому інвеликою швидкістю і швидкість виникнення і зростервалі оплавлення тривалістю t n в функції приротання контактних перемичок, а отже і швидкість сту Уф за попередній інтервал оплавлення наростання величини зварювального струму, проТакож, винахід ,що пропонується, передбачає тікающого через деталі, що зварюються, також для швидкого переходу на підвищену швидкість буде невелика 3 іншого боку при наявності відноперед осадкою (форсування), після досягнення сно великого сигналу на розведення деталей, що заданої КІЛЬКОСТІ інтервалів підвищення значення зварюються, рухома плита машини буде переміІІ2 і зменшення коефіцієнту негативного зворотщатися назад ВІДПОВІДНО з великою швидкістю, нього зв'язку до заданої величини поки не буде внаслідок чого контактні перемички будуть швидко досягнуто задане значення швидкості при якій розриватися і охолоджуватися, ВІДПОВІДНО ШВИДвмикають осадку, або по досягненні заданого знаКІСТЬ зниження величини зварювального струму, чення Qn підвищують ІІ2 і зменшують коефіцієнт протікающого через деталі, що зварюються, також негативного зворотнього зв'язку до заданої велибуде велика Тому ефективність нагрівання детачини, які залишаються постійними до включення лей, що зварюються буде недостатньо висока, так осадки як для досягнення максимальної ефективності Винахід, що передбачається визначає найнагрівання необхідна максимально можлива швибільш сприятливий момент автоматичного вклюдкість зростання зварювального струму і мінімальчення осадки, шляхом визначення заданого рівня но можлива швидкість його зниження Це можливо Уф в кінцевий період оплавлення при якому вмиздійснювати якщо контролювати і управляти прокають осадку цесом оплавлення змінюючи параметри зварюСпосіб контактного зварювання, що пропонування в кожному невеликому заданому інтервалі ється дозволяє повністю автоматизувати процес зварювання зварювання, стабілізувати нагрів деталей, що зварюються і одержувати стабільну високу якість зваВажливим чинником, що впливають на якість рних з'єднань навіть при коливанні напруги електз'єднання, є швидкість оплавлення в момент перичної СІТІ і опору контур а зварювальної машини ред осадкю При зварюванні за даним способом за рахунок саморегулювання процесу зварювання вмикання осадки може статися при різноманітних значеннях швидкості оплавлення Даний спосіб не Аналізуючи аналоги, прототип і спосіб, що передбачає автоматичного вибору найбільш сприпропонується, можна визначити, що спосіб, що ятливого моменту для проведення осадки Це іспропонується, володіє новизною і істотними від 46820 мінностями, що дозволяють досягнути поставленої ЦІЛІ Спосіб контактного зварювання оплавленням, що пропонується, випробувано в лабораторних умовах при зварюванні рейок Р65 на машині типу К190 Величину сигналу, що задає переміщення, установлюю! таким чином, щоб швидкість переміщення холостого ходу рухомої колони машини дорівнювала 1,8мм/с, при цьому використовують зворотній негативний зв'язок по зварювальному струму Коефіцієнт зворотнього негативного зв'язка вибирають дослідним шляхом таким чином, щоб при зварювальному струмі, рівному 10000А, у початковий момент, при збудженні процесу, швидкість зближення рухомої колони дорівнювала нулю У процесі оплавлення вимірювали дискретно, на кожному заданому інтервалі оплавлення тривалістю 1с, фактичну швидкість оплавлення При досягненні фактичною швидкістю оплавлення величини 0,5мм/с, змінювали коефіцієнт зворотнього негативного зв'язку ступенями Величина ступень вибиралась таким чином, щоб при нульовій швид 10 кості оплавлення величина струму піднімалася на 2500А, а фактична средня швидкість не перевищувала швидкості 0,5мм/с При перевищенні фактичної швидкості оплавлення швидкості 0,5мм/с проводилось автоматична подальша зміна коефіцієнта зворотнього негативного зв'язку Після досягнення зварювальним струмом 40000А, для досягнення необхідного розігріву зварюваних деталей, знижували зварювальну напругу на 1Вта змінювали коефіцієнт зворотнього негативного зв'язку такими чином, щоб фактична средня швидкість оплавлення не перевищувала швидкості 0,5мм/с Після споживання стиком 3кВт ч автоматично підвищувалася зварювальна напруга до 7В и знижувався коефіцієнт негативного зворотнього зв'язку При досягненні швидкості оплавлення 1,2мм/с проводилась осадка, При зварюванні даним способом тривалість зварювання была 75с Припуск на оплавлення 12мм При іспитах зварні з'єднання показали більш високу стабільність та якість ніж при зварюванні відомими способами зварювання ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71