3.5 Основні тенденції розвитку сак ешз

Керування процесом ЕШЗ плавким мундштуком за частотою при­родної модуляції зварювального струму. При ЕШЗ плавким мундшту­ком великогабаритних виробів в установках із нерухомими щодо зва­рювального зазора накладками, що формують зварний шов, усклад­нюється регулювання режиму зварювання, оскільки немає вірогід­ної інформації про реальну швидкість зварювання.

Лінійна швидкість наплавлення зварного шва значно змінюється від початку до кінця зварювання внаслідок акумулювання зварюваним виробом теплової енергії, зміни глибини і об'єму шлакової ванни через утворення гарнісажу, проливів шлаку, значних коливань на­пруги живильної мережі тощо. Зміна лінійної швидкості наплавлен­ня зварного шва призводить до зміни ширини провару і, як наслідок, до появи браку та зниження техніко-економічних показників проце­су ЕШЗ.

У процесі ЕШЗ має місце природна амплітудна модуляція зварно­го струму внаслідок періодичної зміни швидкості плавлення мундшту­ка. У момент контактування його з поверхнею шлакової ванни швид­кість плавлення перевищує швидкість зварювання, струм при цьому зростає на 20—30 %, у разі зварювання великогабаритних виробів — до 60—100 %. Після відривання торця мундштука від поверхні шла­кової ванни струм зменшується до значення, яке визначається тільки швидкістю подавання електродних дротів. У міру підіймання ванни з моменту його контактування з мундштуком процес повторюється з певною частотою. Встановлено, що лінійна швидкість наплавлення зварного шва прямо пропорційна частоті природної модуляції амплі­туди зварного струму. Цю частоту можна взяти як контрольований параметр, що використовується для формування керуючої дії на дже­рело живлення і регулювання тим самим швидкості наплавлення звар­ного шва (рисунок 3.33).

Система функціонує таким чином. Після наведення шлакової ванни 4 електродні дроти 2 і плавкий мундштук 1 плавляться струмом від джерела живлення 6, формується зварний шов 5 між формуючими накладками 3 і зварюваними заготовками. Вимірник частоти моду­ляції амплітуди зварювального струму 8 дістає інформацію від датчи­ка струму 7 і перетворює її в сигнал, пропорційний частоті f модуля­ції амплітуди струму. Після порівняння сигналів, що відповідають фактичній і заданій f₀ частотам модуляції і виділення помилки ± , яка вводиться до блоку корекції напруги 9 джерела живлення 6, напруга останнього змінюється в бік компенсації помилки ± .

Рисунок 3.33 – Функціональна схема си­стеми регулювання лінійної швидкості наплавлення шва за частотою природ­ної модуляції зварювального струму

Рисунок 3.34 – Функціональна схема систе­ми регулювання процесу ЕШЗ за умови модуляції швидкості подавання дроту

Після корекції напруги джерела живлення реле часу технологічного інтер­валу 10 закриває вихід блоку корекції 9 на час, що визначається сталою часу шлакометалевого розплаву до остаточного завершення перехідного процесу в шлаковій ванні. Цей час визначається дослід­ним шляхом для різних перерізів і плавких мундштуків. Після того як перехідний процес завершується, реле часу знову відкриває вихід блоку дії на джерело живлення до повного усунення сигналу розузго-дження .

Розглянутий спосіб керування дає змогу забезпечити задану часто­ту модуляції амплітуди зварного струму і тим самим стабілізувати лі­нійну швидкість наплавлення зварного шва за збереження його шири­ни, скомпенсувати вплив збурень на якість шва, підвищити техніко-економічну ефективність ЕШЗ плавким мундштуком.

Керування процесом ЕШЗ плавким мундштуком із примусовою зміною зварювального струму. Природна модуляція амплітуди стру­му за ЕШЗ плавким мундштуком великогабаритних виробів може

спричинити різкі коливання потужності, що вводиться в шлакову ванну, температурну нестабільність у плавильній зоні, і, як наслідок, періодичні нерівномірності ширини провару, погіршення якості звар­ного шва. Щоб запобігти цим небажаним явищам, можна використо­вувати періодичну зміну швидкості подавання електродних дротів через плавкий мундштук і шлакову ванну.

Особливість цього способу керування процесом ЕШЗ — синхро­нізація частоти зміни швидкості подавання всіх електродних дротів у шлакову ванну з частотою природної модуляції амплітуди зварювального струму. Функціональну схему системи керування про­цесом ЕШЗ із використанням регулятора швидкості показано на рисунок 3.34.

Після наведення шлакової ванни 3 через канали всередині плав­кого мундштука 1 подаються приводом 5 у шлакову ванну електродні дроти 2 з постійною початковою швидкістю ; сигнал вимірника струму 8 джерела живлення 4 через підсилювач 6 і перетворювач 7 діє на прилад подавання дроту, примусово змінюючи швидкість пода­вання дроту з частотою амплітудної модуляції струму. До вимірюва­ча активної потужності 10 надходить інформація від вимірників струму 8 і напруги 9 на шлаковій ванні. Сигнал із його виходу, про­порційний активній потужності, порівнюється з еталонним сигналом Q_o, що відповідає заданій потужності. Різниця сигналів ± через блок корекції 11 діє з відповідним знаком на уставку початкової швид­кості у блоці 7. У результаті корекції швидкості подавання дротів різниця між заданою і фактичною потужностями зводиться до нуля. Перевагою розглянутої системи є відсутність у її структурі додатко­вих механізмів подавання допоміжних дротів, що спрощує конструк­цію устаткування та усуває можливість приварювання кінців електрод­них дротів до торця плавкого мундштука, оскільки електродні дроти подаються до шлакової ванни безперервно.

Керування процесом ЕШЗ за швидкістю наплавлення зварного шва в потужних трифазних установках. Існуючі способи керування процесом ЕШЗ великогабаритних виробів (3000x3000 мм) кількома плавкими мундштуками, увімкненими до різних фаз джерел живлен­ня, мають деякі недоліки: по-перше, нестабільність загальної ширини провару в горизонтальному перерізі зварного шва внаслідок різного температурного режиму шлакової ванни під кожним із плавких мундштуків через нерівність потужностей, що виділяються, а також внаслідок неодночасності моментів торкання кожним із мундштуків шлакової ванни і дальшого відривання їх. Неоднакові занурення до за­гальної шлакової ванни кінців електродних дротів різних груп вна­слідок відмінності параметрів коротких мереж кожної з фаз джерел живлення змінюють картину температурних полів під кожним із мундштуків, що спричинює нерівномірність ширини провару. По-дру­ге, основний технологічний параметр процесу ЕШЗ — лінійна швидкість наплавлення зварного шва — зазнає під час зварювання істотних змін через зміни зазора, а також внаслідок того, що керування плав­ленням електродних дротів і дже­релами живлення провадиться ок­ремо або за напругою на кожному з мундштуків, або за швидкістю подавання дротів, а не за сумарною швидкістю наплавлення зварного шва.

Рисунок 3.35 – Функціональна схема систе­ми керування процесом ЕШЗ велико-тонажних заготовок

З метою забезпечення рівномір­ної ширини провару і стабілізації лінійної швидкості наплавлення зварного шва розроблено спосіб керування процесом ЕШЗ велико­габаритних перерізів плавким мундштуком із використанням апаратів АШ101, обладнаних кіль­кома джерелами живлення і кіль­кома механізмами подавання груп електродних дротів, до того ж кіль­кість груп відповідає кількості плавких мундштуків, які приєднуються до різних фаз джерел жив­лення.

Спосіб керування передбачає вимірювання фазних струмів і напруг і визначення середнього значення фазних опорів шлако­вої ванни між кожним з мундштуків і виробом за формулою

де — фазна напруга між кожним мундштуком і металевою ванною; — струм кожної фази джерела живлення.

Після наведення шлакової ванни у зварювальному зазорі (рисунок 3.35) будь-яким із відомих способів приводи 1, З, 5 здійснюють подавання груп електродних дротів через плавкі мундштуки 2, 4, 6 і шлакову ванну з початковою швидкістю . Вимірник 8 середніх значень фазних напруг джерел живлення 16, 17, 18 і вимірник 12 середнього значення струмів фаз (19, 20, 21 — датчики струму) керують роботою обчислювача 10 середнього значення фазних опорів R_cp шлакової ванни. В елементі порівняння 11 R_cp порівнюється із заданим опором знайденим раніше експериментально-дослідним шляхом, після чого різниця сигналів ± через підсилювач 9 і формувач команд 7 діє на приводи подавання електродних дротів так, щоб середній фа­зовий опір відповідав заданому. Другий контур керування містить датчик 13 лінійної швидкості наплавлення зварного шва щодо форму-ючого башмака 22, елемент порівняння 14 фактичної і заданої швидкостей наплавлення та формувач команд 15, що керують напруга­ми джерел живлення.

Двоконтурне керування ЕШЗ великогабаритних перерізів кіль­кома групами електродних дротів, що живляться від кількох джерел живлення, забезпечує стабілізацію двох найважливіших технологіч­них параметрів процесу ЕШЗ — електродного зазора, який відповідає середньому фазному опору шлакової ванни, і лінійної швидкості на­плавлення зварного шва.