РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОЗМУЩЕНИЙ И РЕГУЛИРУЕМЫХ ВЕЛИЧИН НА КАЧЕСТВО ПРОЦЕССА
ИМПУЛЬСНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ
Качество металла швов и сварных соединений при сварке зависит от стабильности
технологических режимов. Поэтому необходимо изучить при ИДСПЭ материалов с
различными теплофизическими свойствами влияние возмущений на основные
регулируемые параметры процесса, а также определить наиболее эффективные
регулирующие воздействия.
2.1. Методика проведения исследований для оценки влияния возмущающих
воздействий при сварке
При исследовании процесса ИДСПЭ как объекта управления прежде всего необходимо
оценить влияние типовых возмущений, отличающихся характером воздействия как на
сам процесс сварки, так и на характеристики сварочных швов. К таким возмущениям
следует отнести длительные, например, линейные изменения; кратковременные,
например, ступенчатые, гармонические, а также комплексное действие возмущающих
воздействий. При действии перечисленных возмущений возникают отклонения
параметров процесса ИДСПЭ от номинальных, в том числе и средних значений
напряжения на дуге и сварочного тока. Отклонения средних значений Uд.ср, Iсв.ср
вызывают в свою очередь изменения геометрических параметров швов – ширины шва,
глубины проплавления, высоты выпуклости. Колебания основных энергетических
параметров – Uд.ср, Iсв.ср приводят к изменению скорости плавления металла
электрода, нарушению стабильности капельного переноса металла и возникновению
дефектов (подрезов, пор, ухудшение внешнего вида). Изменения средних значений
Uд.ср, Iсв.ср могут иметь различный характер в зависимости от теплофизических
свойства свариваемых материалов. Поэтому для разработки структурных схем
построения систем автоматизации ИДСПЭ необходимо установить закономерности
изменения и влияния основных энергетических параметров на качество швов
различных материалов.
Экспериментальные исследования проводились на углеродистых и низколегированных
конструкционных сталях марок Ст3сп, сталь 25, 14Г2, 09Г2С, 15Г2АФ по ДСТУ
2651–94 (ГОСТ 380–94), ГОСТ 19281–89. Эти материалы широко применяются во
многих отраслях промышленности, например, в судостроении при изготовлении
корпусов сухогрузов, в трубопроводном транспорте. Опытные сварки проводились
сварочной проволокой Св-08Г2С по ГОСТ 2246–70 диаметрами 1,0; 1,2; 1,6 мм.
При сварке и наплавке алюминиево-магниевых сплавов были выбраны сплавы АМг6,
АМг6М (ГОСТ 4784–97) и сварочная проволока СвАМг6 (ГОСТ 7871–75) диаметром 1,6
мм. Такие сплавы нашли применение при изготовлении летательных аппаратов,
например, в ракетостроении при ИДСПЭ топливных баков и заготовок шпангоутов.
Линейные изменения длины вылета электрода при ИДСПЭ имитировали на наклонной
поверхности по схеме рис. 2.1. Исследования влияния изменений средних значений
Uд.ср, Iсв.ср на процесс при ступенчатых возмущениях проводили по схеме рис.
2.2.
При имитации возмущений по схеме рис. 2.1 расстояние от токоподводящего
мундштука до изделия (lw) изменялось в диапазоне значений до 2…2,2lw от
номинального для данного режима. При ступенчатых возмущениях начальное значение
lw задавалось номинальным для данного тока сварки. Расстояние от мундштука до
изделия lw измеряли с помощью шаблонов с точностью ± 0,1 мм.
Исследование влияния на процесс ИДСПЭ изменения напряжения питающей сети
проводили по схеме рис. 2.3, а комплексное одновременное действие нескольких
возмущающих факторов на процесс ИДСПЭ исследовали по схеме рис. 2.4. При
одновременном действии нескольких возмущений значения вылета электрода, средние
значения Uд.ср и Iсв.ср в начале сварки
Рис. 2.1. Схема проведения процесса ИДСПЭ при действии линейного
возмущения по длине вылета электродной проволоки.
Рис. 2.2. Схема проведения процесса ИДСПЭ при действии
ступенчатых возмущений.
Рис. 2.3. Схема проведения процесса ИДСПЭ при изменении напряжения
питающей сети:
1 – потенциал-регулятор;
2 – импульсный источник питания дуги;
3 – подающий механизм;
4 – сварочная дуга.
Рис. 2.4. Схема проведения процесса ИДСПЭ при одновременном
комплексном действии возмущений.
соответствовали номинальным, а напряжение питающей сети в начале сварки было
снижено потенциал-регулятором и находилось в диапазоне 342…354 В.
Эксперименты проводились с использованием следующего сварочного оборудования и
средств измерения: серийного источника питания И-169 для ИДСПЭ с плавным
регулированием частоты, длительности и амплитуды импульсов тока, разработанного
в Институте электросварки им. Е.О.Патона [26], сварочной головки ГСУ-7,
полуавтомата ПРМ-4, амперметров и вольтметров для постоянного тока с классом
точности 0,5, осциллографа двуканального С1-96, осциллографа шлейфового Н-117,
шунтов типа 75ШСММЗ, а также разрабатываемых систем стабилизации средних
значений напряжения на дуге и сварочного тока процесса ИДСПЭ.
В качестве защитного газа при ИДСПЭ алюминиево-магниевых сплавов применялся
аргон высшего сорта по ГОСТ 10157–79, сталей – смесь газов
82 % Ar + 18% CO2 (ТУ6-05761850-012–2000) или смесь газов 80 % Ar + 20 % CO2,
которая приготавливалась в смесителях типа УКП-1-71. Постоянные времени (t)
сглаживающих фильтров для тока и напряжения в схемах, воздействующих на
скорость подачи проволоки определялись следующим образом. Минимальное значение
t определяется из условия: tmin > tmax, где
tmax – максимальная длительность периода следования импульсов, генерируемых
источником питания дуги. Максимальное значение t определяется инерционность