Управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового процесса
Описано управление процессом зажигания электрической дуги при наведении шлаковой ванны для ЭШС. Приведен алгоритм контактного зажигания дуги с первого касания проволочным электродом свариваемого изделия. Решающими условиями надежного зажигания дуги является заостренный торец электрода, подача напр...
Gespeichert in:
| Datum: | 2011 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Schriftenreihe: | Автоматическая сварка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102705 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового процесса / Ю.Н. Ланкин, А.А. Москаленко, В.Г. Тюкалов, В.Ф. Семикин // Автоматическая сварка. — 2011. — № 3 (695). — С. 34-37. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102705 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1027052025-02-23T20:27:07Z Управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового процесса Control of arc ignition in exciting of electroslag process Ланкин, Ю.Н. Москаленко, А.А. Тюкалов, В.Г. Семикин, В.Ф. Производственный раздел Описано управление процессом зажигания электрической дуги при наведении шлаковой ванны для ЭШС. Приведен алгоритм контактного зажигания дуги с первого касания проволочным электродом свариваемого изделия. Решающими условиями надежного зажигания дуги является заостренный торец электрода, подача напряжения источника питания на неподвижный электрод после его замыкания на изделие. Для перехода к установившемуся процессу включение подачи электрода должно выполняться с задержкой после зажигания дуги. Приведены экспериментальные данные процесса зажигания дуги. Control of the electric arc ignition process for inducing the slag pool for ESW is described. Algorithm of contact ignition of the arc from the first touch of a workpiece by wire electrode is given. The sharpened electrode tip and feeding of voltage from the power source to the fixed electrode short-circuited to the workpiece are decisive conditions for reliable ignition of the arc. To transfer to the steady-state process, the electrode feed should be switched on with a lag after the arc ignition. Experimental data on the arc ignition process are given. 2011 Article Управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового процесса / Ю.Н. Ланкин, А.А. Москаленко, В.Г. Тюкалов, В.Ф. Семикин // Автоматическая сварка. — 2011. — № 3 (695). — С. 34-37. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102705 621.791.793 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Ланкин, Ю.Н. Москаленко, А.А. Тюкалов, В.Г. Семикин, В.Ф. Управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового процесса Автоматическая сварка |
| description |
Описано управление процессом зажигания электрической дуги при наведении шлаковой ванны для ЭШС. Приведен
алгоритм контактного зажигания дуги с первого касания проволочным электродом свариваемого изделия. Решающими
условиями надежного зажигания дуги является заостренный торец электрода, подача напряжения источника питания
на неподвижный электрод после его замыкания на изделие. Для перехода к установившемуся процессу включение
подачи электрода должно выполняться с задержкой после зажигания дуги. Приведены экспериментальные данные
процесса зажигания дуги. |
| format |
Article |
| author |
Ланкин, Ю.Н. Москаленко, А.А. Тюкалов, В.Г. Семикин, В.Ф. |
| author_facet |
Ланкин, Ю.Н. Москаленко, А.А. Тюкалов, В.Г. Семикин, В.Ф. |
| author_sort |
Ланкин, Ю.Н. |
| title |
Управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового процесса |
| title_short |
Управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового процесса |
| title_full |
Управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового процесса |
| title_fullStr |
Управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового процесса |
| title_full_unstemmed |
Управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового процесса |
| title_sort |
управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового процесса |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102705 |
| citation_txt |
Управление зажиганием дуги при возбуждении электрошлакового
процесса / Ю.Н. Ланкин, А.А. Москаленко, В.Г. Тюкалов, В.Ф. Семикин // Автоматическая сварка. — 2011. — № 3 (695). — С. 34-37. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT lankinûn upravleniezažiganiemdugiprivozbuždeniiélektrošlakovogoprocessa AT moskalenkoaa upravleniezažiganiemdugiprivozbuždeniiélektrošlakovogoprocessa AT tûkalovvg upravleniezažiganiemdugiprivozbuždeniiélektrošlakovogoprocessa AT semikinvf upravleniezažiganiemdugiprivozbuždeniiélektrošlakovogoprocessa AT lankinûn controlofarcignitioninexcitingofelectroslagprocess AT moskalenkoaa controlofarcignitioninexcitingofelectroslagprocess AT tûkalovvg controlofarcignitioninexcitingofelectroslagprocess AT semikinvf controlofarcignitioninexcitingofelectroslagprocess |
| first_indexed |
2025-11-25T04:17:04Z |
| last_indexed |
2025-11-25T04:17:04Z |
| _version_ |
1849734449247289344 |
| fulltext |
УДК 621.791.793
УПРАВЛЕНИЕ ЗАЖИГАНИЕМ ДУГИ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ
ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПРОЦЕССА
Ю. Н. ЛАНКИН, д-р техн. наук, А. А. МОСКАЛЕНКО, В. Г. ТЮКАЛОВ, инженеры,
В. Ф. СЕМИКИН, канд. техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Описано управление процессом зажигания электрической дуги при наведении шлаковой ванны для ЭШС. Приведен
алгоритм контактного зажигания дуги с первого касания проволочным электродом свариваемого изделия. Решающими
условиями надежного зажигания дуги является заостренный торец электрода, подача напряжения источника питания
на неподвижный электрод после его замыкания на изделие. Для перехода к установившемуся процессу включение
подачи электрода должно выполняться с задержкой после зажигания дуги. Приведены экспериментальные данные
процесса зажигания дуги.
К л ю ч е в ы е с л о в а : электрошлаковая сварка, зажигание
сварочной дуги, наведение шлаковой ванны, управление за-
жиганием
Для начала электрошлакового процесса необхо-
дима шлаковая ванна расплавленного флюса, для
получения которой (наведения) существует нес-
колько способов. При электрошлаковой сварке
(ЭШС) электродами большого сечения шлак пред-
варительно расплавляют во вспомогательном тиг-
ле и затем заливают в пространство между сва-
риваемыми кромками [1] либо используют элект-
ропроводный флюс в твердом состоянии [2]. При
сварке проволочными электродами шлаковую
ванну в большинстве случаев наводят с помощью
дуги. Возбуждение дуги может проводиться бес-
контактным способом с помощью высоковоль-
тных высокочастотных генераторов [3, 4], но чаще
всего осуществляется контактными способами.
Для облегчения возбуждения дуги в зону сварки
засыпают слой металлического порошка или
стружки толщиной 10…12 мм, а затем слой флюса
толщиной 3…5 мм [5]. Наибольшее распростра-
нение, как и для дуговой сварки плавящимся элек-
тродом в среде защитных газов или под слоем
флюса, получил способ, основанный на разрыве
под напряжением контакта между электродом и
свариваемым изделием [6, 7].
Теоретическим аспектам контактного зажига-
ния дуги посвящен ряд работ, например [8–11].
На их основе процесс контактного зажигания дуги
можно представить следующим образом. При соп-
рикосновении конца электрода со свариваемым
металлом через электрод начинает проходить ток
короткого замыкания (КЗ) сварочной цепи. В ре-
зультате прохождения тока в электроде выделя-
ется тепло, нагревающее его. Наибольшее коли-
чество тепла выделяется в зонах повышенного
сопротивления: в контактах электрод–деталь и
электрод–токоподводящий наконечник.
Если контактные сопротивления относительно
невелики, то благодаря интенсивному теплоотво-
ду в зонах контактов электрод нагревается вплоть
до температуры плавления ближе к середине его
вылета. После этого диаметр образовавшейся
жидкой перемычки начинает уменьшаться под
действием сил поверхностного натяжения и элек-
тромагнитных сил, вызванных протекающим то-
ком. Металл перемычки перегревается до испа-
рения и взрывается. Значительная часть электро-
да, потерявшего устойчивость вследствие силь-
ного нагрева, уносится взрывом из зоны сварки.
Из-за образовавшегося большого межэлектродно-
го промежутка дуга не зажигается. В результате
подачи электрода вновь возникает КЗ дугового
промежутка, но уже с новым распределением тем-
пературы по длине электрода. При повторном и
последующих касаниях электрода свариваемого
изделия начальная температура конца электрода
будет все выше вследствие нагрева при преды-
дущем касании. После нескольких КЗ расплав-
ление электрода и взрыв перемычки произойдет
вблизи контакта электрод–деталь. Поскольку об-
разовавшийся ионизированный промежуток дос-
таточно мал, загорается электрическая дуга [8].
КЗ для такого процесса возбуждения дуги харак-
теризуются значительной длительностью (рис. 1).
В экспериментах использовали электродную про-
волоку диаметром 3 мм (скорость подачи 42 м/ч)
и флюс АН-8.
При большом контактном сопротивлении элек-
трод–деталь наиболее нагретой оказывается зона
контакта электрода с изделием. Именно в этой
области происходит расплавление электрода и
взрыв жидкой перемычки. В образовавшемся пос-
ле взрыва перемычки промежутке (электрод–де-
таль), заполненном ионизированным газом, зажи-
гается дуга, т. е. процесс возбуждения дуги про-
© Ю. Н. Ланкин, А. А. Москаленко, В. Г. Тюкалов, В. Ф. Семикин, 2011
34 3/2011
исходит после первого касания электрода с из-
делием.
Таким образом, решающим условием надеж-
ного зажигания электрода с первого касания яв-
ляется повышенное сопротивление электрической
цепи в области конец электрода–свариваемое из-
делие и минимальное сопротивление контакта
электрод–токоподводящий наконечник.
Для повышения контактного сопротивления
электрод–деталь тем или иным способом умень-
шают площадь поперечного сечения проводника
тока в области контакта. Это могут быть упомя-
нутые выше металлическая стружка или порошок,
приваренная к электроду металлическая пластина
с меньшей, чем у электрода площадью попереч-
ного сечения [7], вибрации конца электрода в нап-
равлении, перпендикулярном его оси [12, 13], ли-
бо заострение конца электрода. Последнее обес-
печивается в свою очередь либо уменьшением
размера оставшейся на конце электрода капли,
используя специальные алгоритмы окончания
процесса сварки, либо просто откусыванием кон-
ца электрода кусачками, лучше всего под острым
углом к оси. Как показывает опыт, последний спо-
соб самый простой и эффективный.
Результаты компьютерного моделирования
нагрева заостренного и тупого торца электрода
при КЗ приведены в работе [11]. Характер нагрева
для этих двух случаев кардинально различается.
Для заостренного электрода максимум темпера-
туры располагается в области, очень близкой к
торцу. В то же время остальная часть электрода
остается при комнатной температуре. В электроде
с плоским торцом область, нагретая до темпера-
туры плавления, занимает гораздо более протя-
женную область и расположена на значительном
расстоянии от торца электрода.
Для максимального использования преиму-
ществ заостренного электрода необходимо, чтобы
его форма оставалась по возможности неизменной
в течение всего времени нагрева. Для этого на-
чальную скорость подачи электрода до зажигания
дуги устанавливают ниже рабочей [6]. В против-
ном случае при нагреве заостренного торца элек-
трода во время КЗ до температуры пластичности
площадь контакта электрода с изделием увели-
чивается вследствие подачи электрода и тепло-
выделение в этой зоне уменьшается. Наилучший
результат достигается при полной остановке по-
дачи электрода на время возбуждения дуги, как
это сделано в работе [14]. Процесс зажигания дуги
под флюсом при нулевой скорости подачи элек-
трода приведен на рис. 2. После касания свари-
ваемого изделия электродом с заостренным кон-
цом привод подачи останавливают, засыпается
флюс и включается сварочный источник питания.
Как видно из рис. 2, процесс возбуждения дуги
происходит очень мягко — ток КЗ менее 300 А,
а длительность менее трех полупериодов напряже-
ния питающей сети. Плавление электрода элект-
рической дугой и сброс образовавшейся капли при-
водит к росту дугового промежутка до предельного
значения горения дуги при данном напряжении ис-
точника питания и результирующему обрыву дуги.
Для параметров процесса, приведенном на рис. 2,
обрыв дуги происходит при длине дуги 5 мм. Этот
процесс длится 350…600 мс. Следовательно, для
установления стабильного дугового процесса че-
рез 150…250 мс можно включать подачу элект-
рода. В дальнейшем устойчивость горения дуги
зависит уже только от параметров источника пи-
тания, скорости подачи электрода, защитной сре-
ды и т. п.
Для автоматизации приведенного выше алго-
ритма зажигания дуги были разработаны датчик
замыкания электрода на изделие и контроллер уп-
равления двигателем подачи электрода и вклю-
чения сварочного источника питания. Датчиком
КЗ служит низковольтный автономный источник
напряжения с высоким внутренним сопротивле-
нием, подключенный к электроду параллельно
сварочному источнику питания.
Работа системы зажигания дуги происходит
следующим образом. По команде ПУСК вклю-
чается зондирующее напряжение датчика КЗ и
Рис. 1. Процесс возбуждения дуги при относительно боль-
шом сопротивлении контакта электрод–деталь
Рис. 2. Зажигание электрической дуги при нулевой скорости
подачи электрода с заостренным концом (Uсв — напряжение
сварочного источника)
3/2011 35
двигатель подачи электрода на малой скорости.
При КЗ электрода на изделие резко уменьшается
напряжение на электроде (рис. 3, а). По этому
сигналу двигатель останавливается, включается
сварочный источник питания и с выдержкой вре-
мени около 200 мс снова включается двигатель
подачи электрода, но уже на рабочей скорости.
К сожалению, при предварительно засыпанном
в зоне сварки флюсе зажигание дуги происходит
не всегда так гладко, как это представлено на
рис. 3, а. Иногда между торцом электрода и по-
верхностью свариваемого изделия образуется тон-
чайшая пленка флюса, которая, благодаря своей
низкой электропроводности, ухудшает сигнал дат-
чика КЗ и условия возбуждения дуги (рис. 3, б).
Здесь датчик сработал исправно, но дуга зажглась
не сразу после включения сварочного источника,
а с заметным запаздыванием. В принципе воз-
можна ситуация, когда из-за высокого сопротив-
ления пленки флюса датчик может не сработать
и двигатель не отключится, либо дуга не зажжется
вследствие слишком малого тока КЗ (это в ос-
новном касается только ЭШС вертикальных
швов). При сварке под флюсом в процессе от-
носительного перемещения сварочной головки и
свариваемого изделия вероятность такого разви-
тия событий значительно снижается.
Ненадежное стартовое КЗ устраняется, когда
засыпка флюса проводится после срабатывания
датчика КЗ (рис. 4). Отличие от процессов, при-
веденных на рис. 3, заключается в значительном
повышении надежности работы датчика КЗ, так
как на его показания не влияет пленка флюса на
поверхности свариваемого изделия. Характерной
особенностью процесса является то, что ток воз-
буждения дуги оказывается даже меньше свароч-
ного. Это является прямым следствием заострения
торца электрода. Кроме того, имеет место неко-
торое повышение тока относительно его устано-
вившегося значения сразу после возбуждения ду-
ги. По-видимому, это вызвано относительно низ-
ким сопротивлением еще холодного вылета элек-
трода и пониженным падением напряжения на
дуге вследствие ее небольшой длины.
Таким образом, зажигание электрической дуги
с первого касания проволочным электродом сва-
риваемого изделия для наведения шлаковой ван-
ны при ЭШС происходит при выполнении сле-
дующих условий:
заостренный конец электрода;
надежный контакт электрода с токоподводя-
щим наконечником;
прекращение подачи электрода после его за-
мыкания на свариваемое изделие;
засыпка флюса после замыкания электрода на
изделие;
включение только после этого источника пи-
тания;
включение подачи электрода для перехода к
установившемуся процессу горения дуги с задер-
Рис. 3. Автоматическое управление зажиганием сварочной дуги под флюсом с помощью датчика касания электрода сварива-
емого изделия: а — идеальный процесс зажигания; б — задержка зажигания дуги из-за пленки флюса между торцом электрода
и поверхностью свариваемого изделия
Рис. 4. Автоматическое управление зажиганием дуги с засып-
кой флюса после остановки подачи электрода по команде
датчика касания
36 3/2011
жкой 100…200 мс после включения сварочного
источника.
Для автоматизации выполнения приведенного
алгоритма разработан датчик КЗ и контроллер уп-
равления двигателем подачи электрода и свароч-
ным источником.
1. Новый способ электрошлаковой сварки / Б. Е. Патон,
Б. И. Медовар, А. Н. Сафонников и др. // Свароч. пр-во.
— 1972. — № 7. — С. 16–17.
2. Электрошлаковая сварка и наплавка / Под ред. Б. Е. Па-
тона. — М.: Машиностроение, 1980. — 511 с.
3. Kavcic A. Vzig obloka pri varjenju pod praskom // Varilna
tehn. — 1987. — № 3. — S. 61–62.
4. Striz D., Kucek L. Zapal’ovanie obluka pri zvarani pod tavi-
vom // Zvaranie. — 1989. — № 3. — S. 92–93.
5. Сущук-Слюсаренко И. И., Лычко И. И. Техника выпол-
нения электрошлаковой сварки. — Киев: Наук. думка,
1974. — 96 с.
6. Зажигание дуги при сварке плавящимся электродом
(Обзор) / В. А. Ленивкин, Г. Г. Кленов, Х. Н. Сагиров,
Н. Г. Дюргеров // Автомат. сварка. — 1986. — № 2. —
С. 30–34.
7. Морозкин И. С. Управление зажиганием сварочной дуги
при механизированных видах сварки. — Ростов-на-До-
ну: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2003. — 174 с.
8. Установление (возбуждение) процесса дуговой сварки
плавящимся электродом / В. А. Ленивкин, Х. Н. Саги-
ров, Р. Я. Докторский и др. // Свароч. пр-во. — 1982. —
№ 8. — С. 9–11.
9. Ersoy U., Hu S. J., Kannatey E. Observation of arc start in-
stability and spatter generation in GMAW // Welding J. —
2008. — № 2. — P. 51–56.
10. Zhu P., Rados M., Simpson S. W. Theoretical prediction of
the start-up phase in GMA welding // Ibid. — 1977. — № 7.
— P. 269–274.
11. Arc initiation in gas metal arc welding / D. Farson, C. Cou-
rardy, J. Talkington et al. // Ibid. — 1998. — № 8. —
P. 315–321.
12. А. с. 408729 СССР, МКИ В 23 К 9/6. Устройство для ав-
томатического возбуждения дуги при электрической
сварке плавящимся электродом / Б. Е. Патон, А. И. Чвер-
тко, Г. П. Иванов и др. — № 1006751/25-27; заявл.
11.10.71; опубл. 1973, Бюл. № 48.
13. Чвертко А. И., Иванов Г. П., Порхун Б. В. Новый способ
возбуждения дуги при сварке под флюсом // Автомат.
сварка. — 1973. — № 4. — С. 44–45.
14. Dilthey U., Eichhorn F., Groten G., Matzner H. Low-spatter
ignitation of the mig-welding arc. — [1990]. (Intern. Inst. of
Welding; Doc. XII-1181–90).
Control of the electric arc ignition process for inducing the slag pool for ESW is described. Algorithm of contact ignition
of the arc from the first touch of a workpiece by wire electrode is given. The sharpened electrode tip and feeding of
voltage from the power source to the fixed electrode short-circuited to the workpiece are decisive conditions for reliable
ignition of the arc. To transfer to the steady-state process, the electrode feed should be switched on with a lag after the
arc ignition. Experimental data on the arc ignition process are given.
Поступила в редакцию 30.11.2010
МЕЖДУНАРОДНАЯ ВЫСТАВКА
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РЕЗКИ И СВАРКИ
EXPO 2011 (CWE’11)
6–8 мая 2011 г . Бомбей, Индия
Контакты: Kind Regards
Тел.: +9122 2839-8000; факс: +9122 2839-0502
www.cweonline.in
III МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА
МЕТАЛЛООБРАБОТКА
ИНСТРУМЕНТ
ПЛАСТМАССА
29 марта–1 апреля 2011 г . Киев, Украина
Организатор: ООО «Международный выставочный центр»
Тел.: +38044 201-11-65, 201-11-56, 201-11-58
e-mail: lilia@iec-expo.com.ua
www.tech-expo.com.ua
3/2011 37
|