1.3. Особенности управления переносом электродного металла в защитных газах во время коротких замыканий дугового промежутка

Направления исследований, связанные с управлением переноса электродного металла во время коротких замыканий дугового промежутка, наиболее полно проработан для сварки в среде СО₂ [1 - 3].

При сварке в среде углекислого газа короткой дугой на каплю электродного металла действует сила тяжести, сила поверхностного натяжения, электродинамическая сила, реактивное давление паров испаряющегося металла и выделении газа, сила давления потоков плазмы дуги. Указанные силы, кроме силы тяжести, препятствуют переносу электродного металла в сварочную ванну в нижнем положении, что способствует вытеснению расплавленного электродного металла на боковую поверхность электрода, увеличению разбрызгивания и нестабильности процесса. Пространственное положение сварочной ванны, отличное от нижнего, еще более усиливает действие перечисленных факторов.

Основная причина, влияющая на нестабильность процесса и разбрызгивание электродного металла при сварке в углекислом газе короткой дугой, связана с динамическими свойствами источника питания и определяется программой изменения мгновенной мощности, как на интервале короткого замыкания, так и в момент повторного возбуждения дуги. Такое ведение процесса обеспечивается применением специальных систем управления, которые совместно с источником питания формируют необходимые динамические свойства [2 – 4, 9].

Исследуя процесс сварки в углекислом газе с короткими замыканиями дугового промежутка, можно выделить две основные стадии (характерные для каждого сварочного микроцикла) – короткого замыкания и горения дуги. Первая соответствует переносу, вторая – как плавлению электродного металла, так и движению металла сварочной ванны в пределах отдельного микроцикла. С учетом сказанного, к настоящему времени созданы процессы сварки [1 - 9], в которых обеспечивается строгое дозирование энергии, идущей на плавление и перенос каждой капли электродного металла и обеспечиваются идентичные условия для их переноса во время принудительных коротких замыканий дугового промежутка.

Для исследования особенностей процесса плавления и переноса капель электродного металла в сварочную ванну в лаборатории импульсных технологий сварки и наплавки создан измерительно-информационный комплекс (ИКК), описание которого приведено в следующем параграфе 1.4.

1.4. Информационно- измерительный комплекс для изучения технологических свойств сварочных материалов

Для исследования сварочно-технологических характеристик порошковой проволоки 48ПП-8Н использовался информационно-измерительный комплекс (ИИК), обладающий широкими исследовательскими возможностями. При создании комплекса, в его состав включалось оборудование, которое обеспечило проведение сварочного процесса как в нестабилизированном режиме, так и при использовании устройств стабилизации, регистрацию основных энергетических параметров и киносъемку процессов тепло- массопереноса. Так как киносъемка является наиболее важной частью эксперимента, то установка проектировалась таким образом, чтобы обеспечить удобство съемки и получать качественное изображение. Данные требования определили состав ИИК.

В состав ИИК входят следующие компоненты:

• Сварочный стенд.

• Пересветочный прожектор.

• Скоростная кинокамера ПУСК – 16.

• Сварочный источник питания ВС-300 с подающим механизмом ПДГ-516.

• Постовой регулятор УДГИ – 201, УДГИ - 301.

• Измерительные приборы.

• Светолучевой осциллограф.

• Блок согласования (БС).

• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

• Компьютер.

Общий вид ИИК представлен на Рис.2.

Сварочный стенд (1) обеспечивает ведение сварки экспериментальных образцов в автоматическом режиме, во всех пространственных положениях и позволяет устанавливать следующие технологические параметры: вылет электрода от 5 мм до 40 мм, наклон горелки до 30, скорость сварки от 5 до 100 м/час. Для удобства киносъемки и получения наилучшего качества изображения, выбрана схема сварки с неподвижно закрепленной горелкой и перемещающимся вдоль нее свариваемым образцом, закрепленном на подвижном манипуляторе исследовательского стенда.. При таком подходе кинокамеру не нужно перемещать синхронно с горелкой во время съемки. Стенд также позволяет перемещать манипулятор вокруг оси съемки (проходит через объектив кинокамеры и точку соприкосновения электрода со свариваемым образцом), обеспечивая возможность сварки в нижнем, потолочном и во всех промежуточных положениях. Механизм крепления горелки позволяет перемещать ее по всей плоскости исследуемого образца для установки ее в точку начала сварки.

При включении в сварочную цепь постового регулятора УДГИ –201 или УДГИ – 301 (5) сварка ведется в режиме импульсной стабилизации.

Для изучения процессов тепло- массопереноса между электродом и сварочной ванной используется киносъемка, которая осуществляется высокоскоростной кинокамерой (3). Поскольку сварочная дуга является мощным источником света, то киносъемка ведется при теневом изображении электрода и капель электродного металла. Для получения теневого изображения дуга пересвечивается мощным световым потоком, получаемым от прожектора (2). Прожектор оборудован фокусирующим устройством для получения наибольшего светового потока в области сварочной дуги. Съемка ведется со скоростью от 100 до 5000 кадров в секунду, что позволяет при просмотре фильма со стандартной частотой развертки 24 кадра в секунду получить замедление наблюдаемого процесса до 200 раз.

Для регистрации таких параметров, как сварочный ток, напряжение на дуге, скорость сварки и подачи электрода, а так же синхронизации киносъемки и сварочного процесса в состав ИИК включены: блок согласования (8), аналого-цифровой преобразователь (9) и компьютер (10).

Сигналы контролируемых параметров поступают с датчиков и цепей ИИК в БС, где приводятся к значениям, допустимым для ввода в АЦП. АЦП выполнен в виде платы, подключаемой к компьютеру (типа IBM PC AT) через ISA шину. Блок АЦП построен на отечественной элементной базе и имеет следующие технические характеристики: