2 Дугове зварювання

2.1. Характеристика об'єкта керування

Узагальнена схема зварювального процесу (рисунок 1.33) може бути деталізованою з урахуванням основних взаємозв'язків, притаманних дуговому зварюванню (рис. 2.1). За допомогою внутрішнього замк­неного контура І, який охоплює джерело живлення, плавкий елект­род і дугу, реалізується процес самовирівнювання енергетичних параметрів дуги саморегулюванням плавлення електрода. Контур ІІ

Рисунок 2.1 – Структура об'єкта керування при дуговому зварюванні

охоплює зварний шов, електрод, дугу і відбиває вплив прогинання вільної поверхні зварювальної ванни і глибини провару на довжину дуги. Результатом функціонування об'єкта, зображеного на рисунку 2.1, є зварний шов, геометричні розміри якого (глибина провару h, ши­рина b, опуклість а) поряд із хімічним складом і структурою визнача­ють експлуатаційні властивості зварного з'єднання.

У реальних умовах порушення функціонування будь-якого з пристроїв, які зображені на узагальненій схемі, спричинюють зміни параметрів зварювального режиму, що призводить до відхилень роз­мірів зварного шва від установлених значень і появи дефектів: не-проварів, підрізів, напливів та ін. Так, із збільшенням струму зроста­ють глибина провару і частка основного металу в металі шва. Від­хилення напруги дуги впливають на ширину шва І частку основного металу і є одною з причин утворення підрізів при зварюванні кутових швів. Залежно від установленої швидкості зварювання ЇЇ відхилення можуть бути пов'язані зі змінами глибини провару як прямою, так і зворотною залежностями. Ширина шва пов'язана зі швидкістю зварювання зворотною залежністю. Істотно впливають на форму шва зміни вильоту електрода, особливо при зварюванні електродним дро­том малого діаметра.

Виникнення турбулентності газового струменя і підсмоктування повітря в зону зварювання внаслідок змін витрат захисного газу, відстані між пальником і зварювальною ванною, протягів та ін. при­зводить до порушень стійкості процесу та утворення дефектів у зварних швах.

Збурення, зумовлені порушеннями технології підготовки і скла­дання заготовок під зварювання, у багатьох випадках є основною причиною відхилень від заданих розмірів зварних швів і появи в них небезпечних дефектів. Так, наявність на зварювальних поверхнях речовин із вмістом водню (іржа, волога, масло, фарба), а також підвищений вміст вологи у флюсі, захисному газі призводять до утворення пор у зварному шві. Підвищений зазор між зварюваними кромками може спричинити утворення заповнених шлаком несуцільностей — шлакових каналів, надлишкової опуклості металу в корені шва, пропалів. Складання заготовок із перевищенням кромок при­зводить до утворення напливів і непровару кореня шва.

Характерною особливістю процесу формування зварного з'єд­нання є його істотна інерційність, зумовлена інерційністю теплових процесів у зоні зварювання. Встановлено, що сталі часу т процесів змінювання ширини і глибини проплавлення при стрибкоподібній зміні параметрів режиму зварювання лежать у межах від десятих часток до кількох секунд залежно від густини струму, фізико-хімічних властивостей металу тощо. Тому короткочасні зміни режиму зварювання при або періодичні з частотою амплі­тудою, обмеженою умовами стійкості процесу, практично не відбиваються на якості зварних з'єднань і можуть не враховуватися при створенні CAP дугового зварювання. Для кожного конкретного ви­падку зварювання можна досить точно визначити джерела збурень і тим самим виявити енергетичні, кінематичні і технологічні параметри (див. рисунок 1.3), на які треба діяти з метою найкращої компенсації впливу збурень. При цьому за контрольовані параметри процесу ду­гового зварювання беруть напругу U_Д і струм і_д дуги, глибину прова­ру h, відстань між торцем електрода і поверхнею виробу l_д, теплове і світлове випромінювання з поверхні зварювальної ванни або кореня шва; за регулюючі дії — напругу холостого ходу джерела живлення U_{x x}, швидкість подавання електродного дроту v_п.д, виліт електрода l_в, опір зварювального кола Z_л, частоту і амплітуду вимушених коливань дуги (електрода) або переміщень рідкого металу зварю­вальної ванни.

Важливою умовою утворення якісних зварних з'єднань є забез­печення узгодженої в часі роботи всіх пристроїв зварювальної установки відповідно до вибраної послідовності операцій зварю­вального циклу, а також точне розміщення електрода щодо зварюва­них кромок чи шару (при багатошаровому зварюванні).

Щоб стабілізувати умови зварювання однотипних виробів і за­безпечити на цій основі задану якість швів в умовах характерних збурень, системи автоматичного керування дуговим зварюванням повинні забезпечувати:

1) програмне керування послідовністю операцій зварювального циклу і установкою номінальних значень, характерних для кожної операції параметрів;

2. керування термічними циклами стабілізацією або зміною за оптимальним законом енергетичних параметрів (напруги і струму дуги, ЕРС джерела живлення, тривалості операцій зварювального циклу);

3. регулювання кінематичних параметрів: довжини дуги, її про­сторового положення щодо виробу, вильоту електрода, його попереч­них коливань тощо;

4. керування технологічними параметрами (глибиною провару, динамікою перенесення електродного металу до зварювальної ванни, кінетикою кристалізації розплаву тощо).