CC BY
79
сло импульсов в 11-м канале с амплитудой 53,68 мВ достигло 971. Кроме того, начиная с 39 по 73 каналы анализатора, наблюдается равномерное заполнение
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Апасов А.М., Апасов А.А. Механизм зарождения, формирования и диагностика непровара в процессе сварки. Ч. 1 // Известия Томского политехнического университета. - 2005. -Т 308. - № 1. - С. 158-162.
2. Тверской В.С. К инженерному расчету энергетического спектра акустической эмиссии // Дефектоскопия. - 1981. - № 4. -С. 62-67.
их импульсами (N~30), что свидетельствует о протекании коллективных процессов, связанных с плавлением и кристаллизацией (рис. 6, 7).
3. Апасов А.М. Анализ разрушения сварных соединений в процессе сварки // Дефектоскопия. - 1996. - № 10. - С. 24-30.
4. Апасов А.М. Моделирование разрушения сварных соединений при сварке с использованием явления акустической эмиссии // Неразрушающий контроль и диагностика: Тез. докл. 15-го Росс. научно-техн. конф. - М.: 1999. - Т. 2. - С. 114.
УДК 621.791.2
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДАЧИ ПРОВОЛОКИ В ИМПУЛЬСНУЮ ДЛЯ СВАРКИ В СО2
О.Г. Брунов
Юргинский филиал Томского политехнического университета E-mail: [email protected]
На базе штатного механизма с непрерывной подачей проволоки предлагается получить механизм импульсной подачи проволоки путем введения в сварочный держатель преобразователя. Рассмотрены проблемы, возникающие при установке преобразователя, приведены практические рекомендации и формулы расчета.
Сварка в углекислом газе - дуговая сварка, осуществляемая с использованием плавящегося электрода и внешней защиты сварочной ванны от воздействия внешней среды углекислым газом [1].
Один из основных недостатков сварки в среде углекислого газа - повышенное разбрызгивание электродного металла. Разбрызгивание сопровождается увеличением расхода электродной проволоки и газа, снижением производительности труда и повышением трудоемкости процесса, а, следовательно, повышением себестоимости сварных конструкций. При этом происходит забрызгивание деталей, что приводит к дополнительным трудозатратам на зачистку изделия в объеме 20...40 % от общей трудоемкости сварочных операций [2]. Забрызгивание деталей сварочных горелок приводит к их перегреву, а налипание брызг на мундштук и сопло горелки ухудшает защиту зоны сварки от воздействия внешней среды, что приводит к образованию пор сварного шва.
Борьба с разбрызгиванием ведется в нескольких направлениях, одним из которых является управляемый перенос электродного металла. Перенос металла при дуговой сварке - процесс перехода расплавленного металла в сварочную ванну [1].
Если считать управляемым переносом - перенос капли с заданными параметрами (размер, временя и скорость), то данному процессу удовлетворяет сварка с импульсной подачей сварочной проволоки в среде защитных газов.
Сварка с импульсной подачей сварочной проволоки в углекислом газе имеет такие достоинства, как меньшее разбрызгивание электродного металла, лучшее формирование сварного шва и уменьшение выгорания легирующих элементов [3-5].
При такой сварке снижение разбрызгивания происходит за счет уменьшения размера капель электродного металла при дискретной подаче электродной проволоки, создающей принудительный перенос капель расплавленного металла в сварочную ванну [6]. При импульсной подаче сварочной проволоки для переноса капли используется энергия, накопленная во время движения проволоки и отдаваемая капле во время торможения. Поэтому сварка с импульсной подачей сварочной проволоки осуществляет мелкокапельный перенос электродного металла. Процесс сварки с импульсной подачей сварочной проволоки, по сравнению с непрерывной, имеет следующие преимущества:
1) процесс сварки позволяет задать размер капли переносимого металла - шагом подачи сварочной проволоки Я и количество перенесенного электродного металла в единицу времени (как показывают исследования/•Я=Й, где/- частота подачи импульсов проволоки, N - количество перенесенного электродного металла);
2) за счет управления времени начала перемещения капли в сварочную ванну, стабилизируется ее размер;
3) только при импульсной подаче сварочной проволоки регулируется скорость касания капли с жидкой сварочной ванной.
Для сварки с импульсной подачей необходим подающий механизм с заданным алгоритмом движения проволоки, а отсутствие их промышленного выпуска значительно ограничивает распространение данного вида сварки при изготовлении металлоконструкций. В связи с этим большой интерес представляют механизмы, преобразующие непрерывную подачу сварочной проволоки в импульсную. Те., используется штатный механизм подачи сварочной проволоки, на рукоятке сварочного держателя которого, устанавливается преобразователь (рис. 1). Т.к. преобразование происходит практически на выходе из сварочного держателя, то между импульсным механизмом и сварочной дугой остается один гусак, следовательно, эти механизмы имеют те же достоинства, что и механизмы тянущего типа, которые имеют ряд преимуществ перед толкающими [7].
Для определения параметров импульса движения проволоки рассмотрим ее движение в сварочном держателе до преобразователя под действием штатного подающего механизма толкающего типа. Для этого представим проволоку, как деформируемый стержень в оболочке [8]. В этом случае можно считать, что во время накопления энергии (во время паузы) происходит сближение концов этого стержня, так как в эго время преобразователь не пропускает сварочную проволоку. Тогда принимая, шаг подачи за изменение длины стержня получаем Х=и, м, (1)
где и - скорость подачи проволоки, м/с; / - время накопления энергии, с.
Известно так же [8], что
Л - Л2)
РЬ
ЕБ
= Х--
4Ь
(2)
проволока за время паузы. Установив граничные условия т=п, где п - целое число и введя коэффициент £=8,9-10-14, который учитывает изгиб сварочного держателя, /0=0, /1=йк-йпр, где йк - внутренний диаметр канала сварочного шланга, - диаметр сварочной проволоки, получаем
W = кЕБ(Х-П т Л ),Дж. (3)
В зависимости от длины сварочного шланга проводится расчет количества полуволн, которые накапливаются в сварочном шланге. Зная шаг подачи и длину сварочного шланга, число полуволн определится, как
п =
^Х-к
РЬ ЕБ'
(4)
где Р - усилие подачи проволоки, Н; Ь - длина канала, м; Е - модуль Юнга, Па; £ - площадь сечения проволоки, м2; т - число полуволн в канале; / - максимальный прогиб проволоки, м; / - начальный прогиб проволоки, м. Учитывая внутренний диаметр сварочного канала, определяем максимальную энергию, которую может накопить
Канал сварочного шланга, внутренний диаметр которого больше диаметра проволоки и имеет изгиб относительно проволоки, является демпфером. Следовательно, изгиб канала изменит скорость накопления энергии проволоки, поэтому изменение изгиба изменит частоту следования импульсов подачи, но шаг подачи и скорость движения капли электродного металла останутся в заданных пределах.
Принцип работы преобразователя основан на волновом движении проволоки по каналу сварочного держателя. Вследствие того, что диаметр проволоки меньше внутреннего диаметра спирали сварочного держателя, проволока накапливается в канале в виде волн, которые создают давление в преобразователе - 4. Когда давление достигнет заданного значения, преобразователь - 4 пропускает проволоку заданного шага через контактный наконечник в зону дуги.
Такое решение, один из вариантов которого показан на рис. 2, позволяет связать частоту подачи импульсов со скоростью подачи проволоки штатным подающим механизмом - 2. Принцип работы этого механизма заключается в том, что при создании усилия, превышающего усилие пружины - 5, ролик - 7 проворачивается на шаг, равный расстоянию между зубцами этого ролика, после чего он опять заклинивается до достижения заданного усилия. В зависимости от заданного усилия меняется ускорение движения проволоки во время импульса
12 3 4
Рис. 1. Штатный подающий механизм с преобразователем постоянного движения проволоки в импульсное: 1) катушка с проволокой; 2) штатный подающий механизм; 3) ручка держателя; 4) преобразователь движения
а=А2¥/т, где ¥ - усилие, создаваемое проволокой; т - масса отрезка проволоки между подающим механизмом и преобразователем.
12
(6)
где / - момент инерции поперечного сечения, /=п-йэ4/64; I - расстояние между точкой касания роликами и мундштуком сварочного держателя. Экспериментальные исследования показывают, что для проволоки св-08Г2С ¥кр=160 МПа, подставляя это значение в выражение (6) получаем зависимость между диаметром проволоки й и максимальным расстоянием I.
I =
п 104 5Ш2
(7)
где й - [0,8; 1,0; 1,2; 1,6], мм. Полученные данные сведены в таблицу.
Таблица. Зависимость расстояния между мундштуком и подающими роликами
Рис. 2. Преобразователь движения: 1) пружина; 2) вспомогательный ролик; 3) задающий ролик; 4) регулирующий винт; регулирующая пружина; 6) регулирующий ролик; 7) управляющий ролик; 8) корпус
Но при всех достоинствах данных механизмов необходимо не допустить заминание проволоки между подающими роликами и мундштуком сварочного держателя во время паузы в подаче проволоки. Для расчета допустимого расстояния воспользуемся формулой Эйлера для определения критической силы, превышение которой приводит к необратимым деформациям [8]:
п2 Е1_
й, мм 0, 8 1,0 1,2 1,6
1, мм 4,9 7,7 11,2 19,9
2.
Выводы
Применение преобразователя движения в составе штатного механизма подачи позволяет расширить применение сварки с импульсной подачей сварочной проволоки в СО2 в машиностроении, что повысит экономичность и качество сварных швов.
Предложенные рекомендации по расчету установочных размеров позволяют избежать зами-нание проволоки в подающем механизме не только в механизмах с применением преобразователя, но и в других подающих механизмах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Словарь-справочник по сварке. Под редакцией К.К. Хренова.
- Киев: Наукова думка, 1974. - 195 с.
2. Федько В.Т. Теория, технология и средства снижения набрыз-гивания и трудоемкости при сварке в углекислом газе. - Томск: Изд-во ТПУ, 1998. - 432 с.
3. Федько В.Т, Брунов О.Г Управление процессом сварки при импульсной подаче электродной проволоки // Технология металлов. - 2000. - № 8. - С. 27-30.
4. Патон Б.Е., Воропай Н.М., Бучинский В.Н. и др. Управление процессом дуговой сварки путем программирования скорости подачи электродной проволоки // Автоматическая сварка. -1977. - № 1. - С. 1-5.
5. Брунов О.Г., Федько В.Т. Методика расчета теплового воздействия дуги на каплю электродного металла при сварке в СО2 // Технология металлов. - 2002. - № 7 - С. 21-24.
6. Меркулов Б.А. Способы модулирования сварочного тока периодической подачей электродной проволоки // Сварочное производство. - 1985. - № 3. - С. 4-6.
7. Брунов О.Г, Федько В.Т., Слистин А.П. Разновидности способов импульсной подачи сварочной проволоки для сварки плавящимся электродом в СО2 // Сварочное производство. - 2002.
- № 11. - С. 5-8.
8. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. - М.: Наука, 1967. - 984 с.
