Компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки
На базе портативного компьютера и современного программного обеспечения разработана информационно-измерительная система, которая предназначена для исследования особенностей и последующей автоматизации процессов дуговой наплавки. На наплавочной установке, оснащенной разработанной компьютерной информа...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2015 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2015
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113183 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки / И.А. Рябцев, Ю.Н. Ланкин, В.Г. Соловьев, П.П. Осечков, В.А. Тищенко, А.Г. Тихомиров // Автоматическая сварка. — 2015. — № 9 (745). — С. 34-37. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860253578135863296 |
|---|---|
| author | Рябцев, И.А. Ланкин, Ю.Н. Соловьев, В.Г. Осечков, П.П. Тищенко, В.А. Тихомиров, А.Г. |
| author_facet | Рябцев, И.А. Ланкин, Ю.Н. Соловьев, В.Г. Осечков, П.П. Тищенко, В.А. Тихомиров, А.Г. |
| citation_txt | Компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки / И.А. Рябцев, Ю.Н. Ланкин, В.Г. Соловьев, П.П. Осечков, В.А. Тищенко, А.Г. Тихомиров // Автоматическая сварка. — 2015. — № 9 (745). — С. 34-37. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | На базе портативного компьютера и современного программного обеспечения разработана информационно-измерительная система, которая предназначена для исследования особенностей и последующей автоматизации процессов дуговой наплавки. На наплавочной установке, оснащенной разработанной компьютерной информационно-измерительной системой (КИИС), можно с высокой степенью точности и достоверности выполнять экспериментальные исследования влияния способа наплавки, диаметра или сечения используемого электродного материала на его сварочно-технологические характеристики и качество формирования наплавленных валиков и слоев. КИИС по мере накопления баз данных по технологиям дуговой наплавки различных деталей может послужить основой для создания систем автоматического управления процессами дуговой наплавки.
On the basis of portable computer and advanced software the information-and-measuring system was developed, which is intended to investigate the peculiarities and next automation of the arc surfacing processes. In the surfacing installation equipped with the developed computer information-and-measuring system (CIMS) it is possible to carry out experimental investigation of the influence of surfacing method, diameter or cross section of the used electrode material on its welding and technological characteristics and quality of the deposited beads and layers formation with a high degree of accuracy and reliability. CIMS with accumulation of databases on technologies of arc surfacing of different parts can serve as a basis for creation of systems of automatic control of arc surfacing processes.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:46:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
34 9/2015
УДК 6217.791.927.5
КОМПЬЮТЕРНАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ
СИСТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОЦЕССОВ ДУГОВОЙ НАПЛАВКИ
И.А. РЯБЦЕВ, Ю.Н. ЛАНКИН, В.Г. СОЛОВЬЕВ, П.П. ОСЕЧКОВ, В.А. ТИЩЕНКО, А.Г. ТИХОМИРОВ
ИЭС им. Е.О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail:office@paton.kiev.ua
На базе портативного компьютера и современного программного обеспечения разработана информационно-измеритель-
ная система, которая предназначена для исследования особенностей и последующей автоматизации процессов дуговой
наплавки. На наплавочной установке, оснащенной разработанной компьютерной информационно-измерительной си-
стемой (КИИС), можно с высокой степенью точности и достоверности выполнять экспериментальные исследования
влияния способа наплавки, диаметра или сечения используемого электродного материала на его сварочно-технологиче-
ские характеристики и качество формирования наплавленных валиков и слоев. КИИС по мере накопления баз данных
по технологиям дуговой наплавки различных деталей может послужить основой для создания систем автоматического
управления процессами дуговой наплавки. Библиогр. 3, табл. 1, рис. 4.
К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая наплавка, автоматизация дуговой наплавки, порошковые проволоки, режимы наплавки,
технологии наплавки
Дуговая наплавка, в силу своей универсальности,
применяется для восстановления и упрочнения де-
талей различной конфигурации, размеров и массы.
При этом при наплавке деталей (листов), имеющих
небольшую толщину (менее 5 мм), из-за опасности
прожогов необходимо использовать электродные
проволоки малых диаметров, высокую скорость на-
плавки и минимально возможные показатели режи-
ма наплавки по току и напряжению. Однако это мо-
жет понизить стабильность и производительность
процесса наплавки, ухудшить формирование на-
плавленных валиков. В то же время если опасности
прожогов нет, то для повышения производительно-
сти используются максимальные режимы наплавки.
В результате увеличивается проплавление основно-
го металла и его доля в наплавленном металле, что
зачастую приводит к необходимости выполнения
многослойной наплавки.
На практике на производстве решение задачи
разработки технологии и техники наплавки кон-
кретной детали зависит от опыта технолога-на-
плавщика, что не всегда приводит к оптималь-
ному результату. Чтобы избежать возможных
ошибок при разработке технологий наплавки, не-
обходима более высокая степень автоматизации и
компьютеризации разработки и управления про-
цессами дуговой наплавки.
Разработка систем автоматического управления
процессами дуговой наплавки различных деталей
требует учета многих параметров. Она должна обе-
спечивать возможность выбора типа электродного
материала (сплошная или порошковая проволока;
холоднокатаная или порошковая лента) и его раз-
меров (диаметр, сечение); способа наплавки (под
флюсом, открытой дугой или в защитных газах); за-
дания и поддержания заданных режимов и техники
наплавки; отметки случайных или преднамеренных
отклонений от заданных режимов наплавки; запоми-
нания и последующего использования оптимальных
режимов наплавки конкретных деталей. Имеющий-
ся опыт [1–3] показывает, что современный уровень
развития компьютерной техники позволяет решить
эту проблему.
Если не усложнять проблему разработки си-
стем автоматического управления процессами
дуговой наплавки выбором химического состава
наплавленного металла, который производится,
исходя из условий эксплуатации конкретной на-
плавляемой детали, то примерный перечень дан-
ных, необходимых для разработки таких систем,
выглядит следующим образом: напряжение на-
плавки Uн(t); ток наплавки Iн(t); диаметр (сечение)
электродного материала; скорость подачи элект-
родного материала; скорость наплавки; погонная
энергия наплавки; вылет электродной проволоки
(ленты); геометрические размеры наплавляемых
валиков и перекрытие соседних наплавленных
валиков; геометрические размеры наплавляемой
детали, образца; марка электродной проволоки
(ленты); марка основного металла; необходимость
использования защитного газа и его состав; не-
обходимость использования флюса и его марка;
необходимость использования предварительного
подогрева и посленаплавочной термообработки;
комплексный показатель качества наплавки, учи-
тывающий геометрические размеры и формиро-
© И.А. Рябцев, Ю.Н. Ланкин, В.Г. Соловьев, П.П. Осечков, В.А. Тищенко, А.Г. Тихомиров, 2015
359/2015
вание наплавленного металла, долю основного
металла в наплавленном металле, производитель-
ность наплавки, характер переноса расплавленно-
го электродного металла и стабильность протека-
ния процесса и др.
Существующие универсальные наплавочные
установки типа УМН-4, УМН-10, У-653 и др., а
также наплавочные аппараты (установки) типа
АД-231, А-1406, А-1412 обычно комплектуются
источниками питания типа ВДУ-506, ВДУ-1201
или ВДУ-1202, которые рассчитаны на токи на-
плавки до 500 и 1200 А, соответственно. На этом
оборудовании настройка режима наплавки по на-
пряжению производится с помощью потенцио-
метров в схеме управления источника питания и
установки, а по току с помощью потенциометра,
регулирующего скорость подачи электродной
проволоки в схеме управления наплавочной уста-
новки. Учитывая это обстоятельство, настройку
необходимых режимов наплавки по току и напря-
жению выполняют, изменяя положение потенцио-
метра регулирования напряжения Pu и положение
потенциометра регулирования скорости подачи
проволоки Pvp во время наплавки контрольных
образцов.
Для автоматического определения положения
потенциометров (Pu и Pvp) в соответствии с задан-
ными усредненными значениями тока наплавки
í и напряжения наплавки íU требуется опреде-
лить математические зависимости [ , ]
í íu uP F U I=
и [ , ]
í ívp vpP F U I= . Функции Fu и Fvp относятся к
конкретному источнику тока и к конкретной уста-
новке, а также к конкретной настройке способа и
режима наплавки. Для получения этих функций
необходимо собрать экспериментальную базу дан-
ных для каждого из способов, видов и режимов
наплавки, для которых предназначена установка.
Для получения этих зависимостей и наполне-
ния компьютерной базы данных по режимам на-
плавки была проведена серия экспериментов по
наплавке порошковыми проволоками открытой
дугой, под флюсом и в защитных газах. Экспери-
менты выполняли на универсальной наплавочной
установке У-653, укомплектованной выпрямите-
лем ВДУ 506. На ней можно выполнять наплавку
плоских деталей и деталей типа тел вращения.
Регистрацию тока и напряжения наплавки в этих
экспериментах проводили с помощью разработан-
ной компьютерной информационно-измерительной
системы (КИИС). Оцифровка и ввод данных пер-
вичных преобразователей в компьютер осуществля-
лись с помощью измерительного преобразователя
напряжения Е14-140 фирмы «Л-Кард» со встроен-
ным 14-разрядным АЦП. Регистрация параметров
осуществлялась с частотой 1 кГц. Обработку вход-
ных данных выполняли с помощью специально раз-
работанного программного обеспечения в среде Mi-
crosoft Visual Studio 2010. Для анализа выходных
данных системы использовали стандартные ПО, та-
кие как PowerGraph, MATLAB и др. По введенным
в компьютер данным автоматически идентифици-
руется текущее состояние исследуемого процесса
(зажигание дуги, обрывы дуги, короткие замыкания
дугового промежутка, периоды горения дуги) и рас-
считываются параметры тока и напряжения для со-
ответствующего процесса наплавки.
В целом КИИС обеспечивает контроль и реги-
страцию следующих параметров процесса наплав-
ки: текущие значения напряжения наплавки Uн(t);
текущие значения тока наплавки Iн(t); текущие
значения напряжения дуги Uд(t) и тока дуги Iд(t),
при этом Uд(t) и Iд(t) определяли путем исключе-
ния из Uн(t) и Iн(t) значений напряжения и тока в
промежутки времени появления коротких замыка-
ний и обрывов дуги; средние за время наплавки
Рис. 1. Основной интерфейс системы для ввода, контроля и записи параметров наплавки (а) и протокол записи результатов
эксперимента по наплавке (б)
36 9/2015
напряжение дуги íU и ток дуги íI ; ввод заданий
на напряжения дуги Uдз и тока дуги Iдз; ручной
ввод и индикацию значений Puз и Pvpз; индикацию
рабочей зоны аппроксимирующих функций (в па-
раметрах íU и íI ), обеспечивающей точность ап-
проксимации по напряжению ±1В и току ±10А.
Основной интерфейс КИИС изображен на
рис. 1, а. По результатам наплавки формирует-
ся протокол наплавки (рис. 1, б). В протокол за-
носится вся необходимая информация, которая в
дальнейшем используется для анализа, обработки
и формирования аппроксимирующих функций.
Для проведения упомянутых выше эксперимен-
тальных исследований было изготовлено девять
опытных партий порошковых проволок диаметром
1,8; 2,4 и 2,8 мм для наплавки под флюсом, откры-
той дугой и в защитных газах. Металлическую часть
шихты порошковых проволок рассчитывали таким об-
разом, чтобы обеспечивалось получение наплавленно-
го металла одного типа — 25Х5ФМС.
В качестве основного металла использовали
пластины из стали Ст3 толщиной 15 мм. Опытны-
ми проволоками выполняли наплавку образцов в
широком диапазоне режимов наплавки по току и
напряжению. В выбранном диапазоне режимов
фиксировали соотношения между положением
потенциометров Pvp и Pu и средними значениями
тока дуги äI и напряжения дуги äU , записанны-
ми КИИС (см. рис. 1).
Всего выполнено девять серий экспериментов
в приведенных ниже диапазонах режимов наплав-
ки. Во всех экспериментах наплавку выполняли
на одной скорости — 20 м/ч.
1. 19 экспериментов по наплавке открытой ду-
гой порошковой проволокой диаметром 1,8 мм;
ток 160…260 А; напряжение 22…29 В.
2. 22 эксперимента по наплавке открытой ду-
гой порошковой проволокой диаметром 2,4 мм;
ток 180…300 А; напряжение 24…32 В.
3. 34 эксперимента по наплавке открытой ду-
гой порошковой проволокой диаметром 2,8 мм;
ток 200…300 А; напряжение 24…32 В.
4. 17 экспериментов по наплавке под флю-
сом АН-26 порошковой проволокой диаметром
1,8 мм; ток 240…300 А; напряжение 26…31 В.
5. 25 экспериментов по наплавке под флю-
сом АН-26 порошковой проволокой диаметром
2,4 мм; ток 220…400 А; напряжение 22…32 В.
6. 24 эксперимента по наплавке под флю-
сом АН-26 порошковой проволокой диаметром
2,8 мм; ток 240…420 А; напряжение 22…38 В.
7. 14 экспериментов по наплавке в смеси за-
щитных газов (82 % Ar + 18 % CO2) порошковой
проволокой диаметром 1,8 мм; ток 220…310 А;
напряжение 20…30 В.
8. 12 экспериментов по наплавке в смеси за-
щитных газов (82 % Ar + 18 % CO2) порошковой
проволокой диаметром 2,4 мм; ток 210…440 А;
напряжение 22…40 В.
9. 26 экспериментов по наплавке в смеси за-
щитных газов (82 % Ar+18 % CO2) порошковой
Результаты экспериментов по наплавке открытой дугой самозащитной порошковой проволокой ПП-Нп-25Х5ФМС
диаметром 1,8 мм, показывающие зависимости между положением потенциометров регулятора напряжения Pu и регу-
лятора скорости подачи проволоки Pvp и средними значениями напряжения äU * и тока äI *, записанными системой
Номер
эксперимента äU , В äI , А Pu Pvp
Номер
эксперимента äU , В äI , А Pu Pvp
1 27,6 179 7,69 3,29 14 23,8 193 6,42 5,01
2 25,6 182 7,26 3,49 15 23,4 177 6,01 5,52
3 26,5 206 7,54 3,38 16 26,5 251 7,77 5,49
4 27,6 177 7,69 3,41 17 25,7 144 7,01 3,00
5 25,2 233 7,41 4,27 18 23,4 156 5,61 5,03
6 25,8 210 7,41 4,27 19 23,7 158 6,32 3,74
7 27,8 211 7,91 4,23 20 25,0 160 6,95 3,74
8 25,9 285 7,77 5,81 21 26,1 214 7,51 4,51
9 22,7 265 6,92 6,14 22 23,9 174 6,33 3,90
10 24,0 240 7,00 4,76 23 28,8 217 8,16 4,39
11 23,1 197 6,44 4,76 24 23,7 200 6,82 5,16
12 24,9 256 7,41 5,49 25 22,8 219 6,33 5,61
13 24,0 176 6,42 4,53 26 24,0 285 7,32 5,61
* äU , äI — усредненные за время наплавки напряжение дуги Uд(t) и ток дуги Iд(t), соответственно.
Рис. 2. Область использованных режимов при проведении
экспериментов по наплавке открытой дугой порошковой про-
волокой диаметром 1,8 мм
379/2015
проволокой диаметром 2,8 мм; ток 180…340 А;
напряжение 22…40 В.
В таблице в качестве примера приведены резуль-
таты экспериментов, которые получены при наплав-
ке открытой дугой самозащитной порошковой про-
волокой диаметром 1,8 мм, а на рис. 2 приведена
область использованных режимов наплавки.
Был проведен регрессионный анализ данных,
приведенных в таблице и на рис. 2, по результатам
которого построены графики функций Fpu, Fpvp в за-
висимости от средних значений тока и напряжения
дуги при наплавке открытой дугой порошковой про-
волокой диаметром 1,8 мм (рис. 3).
На рис. 4 приведена область режимов наплав-
ки открытой дугой порошковой проволокой диа-
метром 1,8 мм в координатах äI / äU , и в которой
погрешность аппроксимации при задании напря-
жения и тока наплавки не превышает ±1 В и ±10 А,
соответственно.
В результате выполнения всех девяти серий
экспериментов были получены аналогичные за-
висимости между положением соответствующих
потенциометров регулирования напряжения и ско-
рости подачи проволоки и вычисленными средни-
ми значениями тока дуги и напряжения дуги, за-
писанными КИИС в процессе наплавки каждого
из примерно двухсот наплавленных валиков.
Выводы
1. На базе портативного компьютера и современного
программного обеспечения разработана информа-
ционно-измерительная система, которая предназна-
чена для исследования особенностей дуговой на-
плавки. КИИС по мере накопления баз данных по
технологиям дуговой наплавки различных деталей
послужит основой для создания систем автоматиче-
ского управления дуговой наплавкой.
2. По результатам экспериментальных иссле-
дований по наплавке порошковыми проволоками
открытой дугой, в защитных газах и под флюсом
определены зависимости между положением со-
ответствующих потенциометров регулирования
напряжения и скорости подачи проволоки и сред-
ними значениями тока и напряжения дуги для на-
плавки, задаваемыми технологом-наплавщиком.
Это позволяет с помощью разработанной КИИС с
высокой степенью точности устанавливать режи-
мы наплавки по току и напряжению дуги без про-
ведения наплавки контрольных образцов.
1. Экспертная система «Наплавка» / И.В. Бочарников, П.В.
Гладкий, В.Ф. Демченко и др. // Наплавленный металл.
Состав, структура, свойства. – Киев: ИЭС им. Е.О. Пато-
на, 1992. – С. 94–97.
2. Демченко В.Ф., Козлитина С.С., Рябцев И.А. Компьютер-
ная система проектирования технологий дуговой наплав-
ки // Автомат. сварка. – 1998. – № 11. – С. 61–66.
3. Влияние электрических параметров дуговой наплавки
порошковой проволокой на стабильность процесса и
проплавление основного металла / Ю.Н. Ланкин, И.А.
Рябцев, В.Г Соловьев и др. // Автомат. сварка. – № 9. –
2014. – С. 27–32.
Поступила в редакцию 23.06.2015
Рис. 3. Графики функций Fpu и Fpvp в зависимости от средних значений тока и напряжения дуги при наплавке открытой дугой
самозащитной порошковой проволокой диаметром 1,8 мм
Рис. 4. Область режимов наплавки открытой дугой порошко-
вой проволокой диаметром 1,8 мм, в которой погрешность
аппроксимации по напряжению и току дуги при наплавке не
превышает ±1 В и ±10 А, соответственно
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-113183 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:46:20Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Рябцев, И.А. Ланкин, Ю.Н. Соловьев, В.Г. Осечков, П.П. Тищенко, В.А. Тихомиров, А.Г. 2017-02-04T13:37:02Z 2017-02-04T13:37:02Z 2015 Компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки / И.А. Рябцев, Ю.Н. Ланкин, В.Г. Соловьев, П.П. Осечков, В.А. Тищенко, А.Г. Тихомиров // Автоматическая сварка. — 2015. — № 9 (745). — С. 34-37. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113183 6217.791.927.5 На базе портативного компьютера и современного программного обеспечения разработана информационно-измерительная система, которая предназначена для исследования особенностей и последующей автоматизации процессов дуговой наплавки. На наплавочной установке, оснащенной разработанной компьютерной информационно-измерительной системой (КИИС), можно с высокой степенью точности и достоверности выполнять экспериментальные исследования влияния способа наплавки, диаметра или сечения используемого электродного материала на его сварочно-технологические характеристики и качество формирования наплавленных валиков и слоев. КИИС по мере накопления баз данных по технологиям дуговой наплавки различных деталей может послужить основой для создания систем автоматического управления процессами дуговой наплавки. On the basis of portable computer and advanced software the information-and-measuring system was developed, which is intended to investigate the peculiarities and next automation of the arc surfacing processes. In the surfacing installation equipped with the developed computer information-and-measuring system (CIMS) it is possible to carry out experimental investigation of the influence of surfacing method, diameter or cross section of the used electrode material on its welding and technological characteristics and quality of the deposited beads and layers formation with a high degree of accuracy and reliability. CIMS with accumulation of databases on technologies of arc surfacing of different parts can serve as a basis for creation of systems of automatic control of arc surfacing processes. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки Computer information-and-measuring system for investigation of arc surfacing processes Article published earlier |
| spellingShingle | Компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки Рябцев, И.А. Ланкин, Ю.Н. Соловьев, В.Г. Осечков, П.П. Тищенко, В.А. Тихомиров, А.Г. Научно-технический раздел |
| title | Компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки |
| title_alt | Computer information-and-measuring system for investigation of arc surfacing processes |
| title_full | Компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки |
| title_fullStr | Компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки |
| title_full_unstemmed | Компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки |
| title_short | Компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки |
| title_sort | компьютерная информационно измерительная система для исследования процессов дуговой наплавки |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113183 |
| work_keys_str_mv | AT râbcevia kompʹûternaâinformacionnoizmeritelʹnaâsistemadlâissledovaniâprocessovdugovoinaplavki AT lankinûn kompʹûternaâinformacionnoizmeritelʹnaâsistemadlâissledovaniâprocessovdugovoinaplavki AT solovʹevvg kompʹûternaâinformacionnoizmeritelʹnaâsistemadlâissledovaniâprocessovdugovoinaplavki AT osečkovpp kompʹûternaâinformacionnoizmeritelʹnaâsistemadlâissledovaniâprocessovdugovoinaplavki AT tiŝenkova kompʹûternaâinformacionnoizmeritelʹnaâsistemadlâissledovaniâprocessovdugovoinaplavki AT tihomirovag kompʹûternaâinformacionnoizmeritelʹnaâsistemadlâissledovaniâprocessovdugovoinaplavki AT râbcevia computerinformationandmeasuringsystemforinvestigationofarcsurfacingprocesses AT lankinûn computerinformationandmeasuringsystemforinvestigationofarcsurfacingprocesses AT solovʹevvg computerinformationandmeasuringsystemforinvestigationofarcsurfacingprocesses AT osečkovpp computerinformationandmeasuringsystemforinvestigationofarcsurfacingprocesses AT tiŝenkova computerinformationandmeasuringsystemforinvestigationofarcsurfacingprocesses AT tihomirovag computerinformationandmeasuringsystemforinvestigationofarcsurfacingprocesses |