Исследование, разработка и внедрение сварки в CO2 с импульсной подачей сварочной проволоки Брунов, Олег Геннадьевич

Введение к работе

Актуальность работы. Существенным недостатком способа сварки в С0₂ является повышенное разбрызгивание металла и, как следствие, связанное с ним набрызгивание поверхности свариваемых изделий, сборочно-сварочных приспособлений и деталей сварочной аппаратуры. Набрызгивание изделий, деталей сварочной аппаратуры и сборочно-сварочных приспособлений при сварке в углекислом газе увеличивает трудоемкость операции очистки их поверхностей от брызг расплавленного металла на 30-40 %, увеличивается расход виброинструмента и энергии, что повышает себестоимость изготовления сварных конструкций. Забрызгивание газоподводящего сопла горелки ухудшает защиту зоны сварки, что приводит к образованию пор в металле шва и вызывает дополнительный нагрев деталей сварочной горелки, что приводит к выходу из строя сопел, изоляционных втулок и токоподводящих мундштуков.

Решению указанной проблемы посвящены работы Б.Е. Патона, А.Г. Потапьевского, Н.М. Воропая, В.Н. Бучинского, В.Я., В.А. Лебедева, Н.Ф., А.Ф. Князькова, Ю.Н. Сараєва и др. Для борьбы с набрызгиванием используются различные защитные покрытия и эмульсии. Для уменьшения разбрызгивания ведутся работы по выбору оптимальных режимов сварки в С0₂, при которых разбрызгивание минимальное; по разработке сварочных материалов, стабилизирующих горение дуги и влияющих на перенос электродного металла; по использованию смесей газов, а так же по созданию систем, обеспечивающих управление переносом электродного металла.

Управление переносом капли расплавленного металла можно разделить на два подхода:

Первый - это программирование перехода капли при помощи модулированного тока. В этом случае происходит отслеживание образования капли электродного металла и в зависимости от этапа ее развития изменяется сила тока. Кроме этого, при данном процессе происходит управление длительностью этих этапов.

Второй - это механическое программирование перехода капли в сварочную ванну при помощи импульсной подачи сварочной проволоки. В этом случае так же происходит слежение за этапами развития сварочной капли, но процесс идет в других условиях, чем при непрерывной подаче проволоки с модуляцией тока. Поэтому исследование этого процесса является актуальной задачей как в практическом, так и в теоретическом плане.

Цель работы: на основе теоретических и экспериментальных исследований разработать технологию сварки в углекислом газе с импульсной подачей сварочной проволоки. Для достижения поставленной цели необходимо:

1. исследовать механизм переноса электродного металла при импульсной подаче сварочной проволоки при сварке в С0₂;

2. разработать методику определения основных параметров механизма импульсной подачи сварочной проволоки;

3. разработать конструкцию механизма импульсной подачи сварочной проволоки;

4. разработать электрическую схему управления механизмом импульсной подачи сварочной проволоки;

5. исследовать скорость движения капли в зависимости от режимов сварки;

6. определить технико-экономические показатели от внедрения в производство механизма импульсной подачи сварочной проволоки при сварке в С0₂.

Научная новизна:

Создана компьютерная программа, в которой экспериментальные данные по подающему механизму обрабатываются в автоматическом режиме и выдается результат в виде номограмм, позволяющих определить его тяговые и скоростные характеристики.

Предложена методика расчета параметров механизма импульсной подачи сварочной проволоки.

Впервые получены математические уравнения тепловложения сварочной дуги в каплю электродного металла при сварке с импульсной подачей сварочной проволоки. Разработана компьютерная программа, которая на основании данных осциллограмм позволяет получить результаты теплового воздействия дуги на каплю электродного металла.

По полученным в результате исследований данным спроектирован и запатентован механизм импульсной подачи сварочной проволоки.

Разработана электрическая схема управления механизмом импульсной подачи сварочной проволоки, которая корректирует время подачи импульса проволоки в зависимости от минимального тока сварочной дуги. Использование минимального тока в качестве сигнала обратной связи позволяет отказаться от перенастройки режима подачи проволоки при изменении напряжения питания сварочной дуги.

Практическая ценность и внедрение результатов работы.

Теоретические и экспериментальные результаты работы доведены до конкретных формул и методик, удобных для проведения инженерных расчетов, результаты которых могут быть использованы при выборе рациональной технологии изготовления сварных конструкций с помощью сварки в углекислом газе с импульсной подачей сварочной проволоки.

Разработан и запатентован механизм импульсной подачи сварочной проволоки, а также схема управления им.

По результатам работы разработана техническая документация на изготовление механизма импульсной подачи сварочной проволоки.

Внедрение результатов работы на ОАО "Юргинский машзавод" дало экономический эффект в сумме 15128 руб. в год (цены 2000г.) на один сварочный пост и социальный эффект, заключающийся в снижении заболеваемости рабочих виброболезнью.

Основные положения выносимые на защиту:

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований переноса капли при сварке в С0₂ с импульсной подачей сварочной проволоки.

2. Методика определения основных параметров механизма импульсной подачи сварочной проволоки.

3. Конструкторская и технологическая разработка подающего механизма импульсной подачи проволоки для сварки в СОг-

4. Механизм разбрызгивания электродного металла в зависимости от скорости движения проволоки во время импульса.

5. Математическое уравнение теплового воздействия сварочной дуги на каплю электродного металла.

6. Математическое уравнение переноса капли электродного металла в зависимости от скорости движения проволоки.

7. Технико-экономические показатели от внедрения в производства импульсного подающего механизма для сварки в С0₂.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на: XIII - научно-практической конференции Филиала ТЛУ, Юрга, 2000г; VI международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Современные техника и технологии СТТ 2000", Томск, 2000г.; международной научно-технической конференции "Новые технологии на рубеже веков", Пенза, 2000 г. Материалы по теме диссертации опубликованы в журнале «Сварочное производство»: статьи «Устройство для подачи сварочной проволоки», №4, 2000г., «Расчет механизма импульсной подачи проволоки для сварки», №10, 2000г. В журнале «Технология металлов» опубликованы статьи: «Механизмы импульсной подачи сварочной проволоки», №11, 1999г., «Управление процессом сварки при импульсной подаче электродной проволоки», №8, 2000г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 7 патентов, 3 свидетельства на полезную модель, список которых приведен в конце автореферата. Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работал составляет не менее 70%.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы (108 наименований) и приложений. Работа выполнена на 133 страницах, содержит 39 рисунков, 5 таблиц, 15 страниц приложения.