Автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в CO₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (Обзор)
Приведен обзор публикаций по автоматическому управлению процессом сварки в СО₂ с короткими замыканиями дугового промежутка, а также алгоритмы управления на каждом этапе цикла сварки A review of publications on automatic control of the process of CO₂ welding with short-circuiting of the arc gap is gi...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99184 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в CO₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (Обзор) / Ю.Н. Ланкин // Автоматическая сварка. — 2007. — № 1 (645). — С. 3-10. — Бібліогр.: 37 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860172478822744064 |
|---|---|
| author | Ланкин, Ю.Н. |
| author_facet | Ланкин, Ю.Н. |
| citation_txt | Автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в CO₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (Обзор) / Ю.Н. Ланкин // Автоматическая сварка. — 2007. — № 1 (645). — С. 3-10. — Бібліогр.: 37 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Приведен обзор публикаций по автоматическому управлению процессом сварки в СО₂ с короткими замыканиями дугового промежутка, а также алгоритмы управления на каждом этапе цикла сварки
A review of publications on automatic control of the process of CO₂ welding with short-circuiting of the arc gap is given. Control algorithms are given for each stage of the welding cycle.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:58:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.754:661.9
АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ
ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В CO2
С ПЕРИОДИЧЕСКИМИ КОРОТКИМИ ЗАМЫКАНИЯМИ
ДУГОВОГО ПРОМЕЖУТКА (Обзор)
Ю. Н. ЛАНКИН, д-р техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Приведен обзор публикаций по автоматическому управлению процессом сварки в CO2 с короткими замыканиями
дугового промежутка, а также алгоритмы управления на каждом этапе цикла сварки.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварка в CO2, короткие замыкания,
автоматическое управление, саморегулирование, стабиль-
ность процесса, разбрызгивание, перенос капель, импульс
тока
Основным механизированным способом сварки
является полуавтоматическая сварка плавящимся
электродом в защитных газах. В качестве пос-
леднего благодаря своей дешевизне широкое рас-
пространение получил углекислый газ. При малом
токе и падении напряжения на дуге сварка в CO2
происходит с периодическими короткими замы-
каниями (КЗ) дугового промежутка, во время ко-
торых переносится расплавленный металл элек-
трода в сварочную ванну. Благодаря малому
тепловложению, контактному массопереносу, ма-
лым размерам капель и ванны такой процесс по-
лучил широкое применение при сварке металла
малых толщин во всех пространственных поло-
жениях, а также средней и большой толщины в
положении, отличном от нижнего. Для сварки в
СО2 применяются простейшие выпрямители с по-
логопадающей внешней характеристикой и пос-
ледовательно включенным в сварочную цепь
дросселем. Пологопадающая характеристика вып-
рямителя обусловливает саморегулирование дуги,
а дроссель ограничивает скорость нарастания тока
во время КЗ. Типичные осциллограммы тока и
напряжения (рис. 1) имеют пульсирующий харак-
тер. Энергия, накопленная в дросселе во время
КЗ, расходуется на плавление электрода при го-
рении дуги. В качестве регулируемых параметров
используются напряжение холостого хода выпря-
мителя, скорость подачи плавящегося электрода
и индуктивность дросселя. Однако, помимо пре-
имуществ, процесс сварки имеет и существенные
недостатки. Из-за КЗ дугового промежутка про-
исходит значительное разбрызгивание металла, а
низкое тепловложение характеризуется малой
проплавляющей способностью.
Для устранения недостатков сварки в CO2 с
КЗ в последние десятилетия предприняты значи-
тельные усилия. В первую очередь они касаются
создания нового класса импульсных источников
питания, характеризуемых повышенным быстро-
действием и снабженных системами управления
формой тока и напряжения в течение каждого цик-
ла формирования и переноса капли в соответствии
с информацией, получаемой от процесса. Такие
источники почти в 2 раза дороже традиционных,
но обеспечивают качество сварки, сравнимое со
сваркой в аргоне.
К настоящему времени сложилось представ-
ление об «идеальном» цикле сварки (рис. 2), ко-
торый должен обеспечиваться системой автома-
тического управления. На разных этапах цикла
требуются различные алгоритмы управления.
Основными задачами систем управления для
сварки в CO2 с КЗ дугового промежутка являются:
уменьшение разбрызгивания металла более чем
в 2 раза; повышение стабильности процесса свар-
ки; компенсация возмущений, действующих на
процесс сварки.
Управление в начальный момент КЗ дуго-
вого промежутка. В начальной стадии КЗ (рис. 2)
t0 наименьший радиус образующейся перемычки
жидкого металла находится в месте контакта кап-
© Ю. Н. Ланкин, 2007
Рис. 1. Характерные осциллограммы напряжения и тока при
сварке в CO2
1/2007 3
ли с ванной. Электродинамические силы проте-
кающего через перемычку тока препятствуют пе-
реходу капли в ванну под действием сил повер-
хностного натяжения. Более того, они могут даже
вызвать отброс капли от поверхности ванны, а
проходящий ток — перегрев и взрыв формиру-
ющейся перемычки. При этом, как показывает
скоростная киносъемка [1], капля, отрываясь от
электрода, улетает в виде брызги либо остается
на торце электрода и переходит в ванну при одном
из следующих КЗ. Из теоретического анализа сле-
дует, что вероятность отброса капли тем выше,
чем меньше ее радиус и больше ток [2].
Для уменьшения разбрызгивания при касании
капли поверхности сварочной ванны и увеличения
стабильности процесса сварки ток сварки снижа-
ют перед КЗ дугового промежутка или сразу после
его возникновения. Сигналом начала КЗ служит рез-
кое снижение напряжения на дуге на сумму анод-
ного и катодного падения напряжения, которое для
сварки в CO2 составляет Uа–к = 19…20 В [3]. Из-
менение напряжения на дуге при КЗ происходит
очень быстро — за 20⋅10–9 с [4].
Первым идею ограничения тока КЗ в 1970 г.
реализовал И. И. Заруба [5] и в дальнейшем не-
однократно к ней возвращался [1]. В работе [6]
базовый ток дуги и ток КЗ устанавливали на очень
малом уровне (6…12 А) таким образом, что пе-
реход капли в основном происходил под дейс-
твием сил поверхностного натяжения. Плавление
электрода проводилось под действием короткого
сильноточного импульса.
Кратковременное снижение тока в начале КЗ
в 1980 г. первыми осуществили авторы работы
[7] (рис. 3). По их данным, снижение тока до
2…10 А на период 0,7–1 мс в начале каждого
КЗ позволяет практически устранить кратковре-
менные КЗ и в 2–3 раза повысить стабильность
процесса, оцениваемую по коэффициенту вари-
ации длительности КЗ. В дальнейшем этот алго-
ритм применяли различные исследователи без ка-
ких-либо изменений [8–17], отличие заключается
только в аппаратуре, реализующей его. В начале
использовали тиристоры, шунтирующие свароч-
ную горелку, или последовательно включенный
резистор. В настоящее время обходятся высоким
быстродействием транзисторного инверторного
источника питания либо используют вместо ти-
ристора транзистор, шунтирующий последова-
тельно включенный в сварочную цепь резистор.
Управление переносом металла на стадии
КЗ. Металл капли достаточно больших размеров
(по сравнению с диаметром электрода) может пе-
реноситься в сварочную ванну даже без тока —
только под действием сил поверхностного натя-
жения. По оценкам авторов работы [6], крити-
ческие высота и диаметр капли соответственно
составляют 1,2dэл и 1,4dэл (авторы практически
реализовали такой процесс при сварке в CO2). В
работе [18] критическая высота перемычки оце-
нивается как 1,4dэл.
Для уменьшения времени КЗ и гарантирован-
ного разрыва перемычки через нее пропускают
ток, взаимодействие которого с собственным маг-
нитным полем вызывает силу, направленную
внутрь к оси перемычки. Эта сила, пропорцио-
нальная квадрату плотности тока в данном се-
чении, способствует уменьшению диаметра пере-
мычки. Если форма последней отлична от цилин-
дрической, то, помимо радиальных, возникают ак-
сиальные усилия, вызывающие течение металла
в сторону от меньшего диаметра к большему и
приводящие к уменьшению диаметра самого уз-
кого места в перемычке (пинч-эффект).
Существенное значение имеет время приложе-
ния импульса тока после начала КЗ. На первом
этапе наименьший диаметр жидкой перемычки на-
ходится вблизи контакта со сварочной ванной. В
этом случае пинч-эффект вреден, так как замед-
Рис. 2. «Идеальный» цикл сварки в CO2
Рис. 3. Осциллограммы напряжения и тока при сварке в CO2
с коммутацией тока в начале КЗ [7]
4 1/2007
ляет увеличение площади контакта капли с ванной
и тем самым затягивает процесс переноса. Более
того, диаметр шейки перемычки может даже
уменьшиться вплоть до нуля, и перенос материала
капли в ванну не произойдет. По мере перетекания
материала перемычки в сварочную ванну мини-
мальный диаметр перемычки возрастает от нуля
(в момент контакта) до некоторого максимума,
а затем уменьшается снова до нуля (происходит
разрыв перемычки). При этом положение мини-
мального радиуса смещается в сторону изделия
(рис. 4) [19]. Только на этом этапе электромаг-
нитные силы способствуют переносу капли.
Обычно импульс тока КЗ подают с фиксирован-
ным временем задержки Tкз0 = 0,6…1,0 мс после
начала КЗ (см. рис. 3) [7, 8, 12, 15, 17, 20]. По
нашему мнению, наиболее целесообразно прик-
ладывать импульс тока переноса при достижении
радиуса шейки перемычки максимального зна-
чения (рис. 4) или, что то же самое, при минимуме
сопротивления цепи электрод–деталь (зона B,
рис. 5 [19]). В этом случае ток переноса макси-
мально уменьшает время КЗ. Этот вывод подт-
верждается экспериментально [8], а также физи-
ческим [9] и компьютерным моделированием раз-
рушения жидких перемычек (рис. 6) [10].
Поскольку электромагнитные силы пропорцио-
нальны квадрату тока, то ток КЗ целесообразно ус-
танавливать на максимально допустимом для данного
источника питания уровне. Очевидно, что при этом
наименьшее время переноса капли обеспечивает пря-
моугольный импульс тока КЗ. Пилообразный [12, 21,
22] и трапецеидальный [7, 15, 21] импульсы тока
хороши только тем, что имеют пониженный ток на
начальной стадии КЗ при Tкз0 ~ 0, когда ток только
препятствует переносу капли.
Управление процессом разрыва жидкой пе-
ремычки. Разрыв жидкой перемычки под током
сопровождается электрическим взрывом и явля-
ется основной причиной выплесков при сварке в
СО2 с КЗ дугового промежутка. Для устранения
этого недостатка следует как можно больше
уменьшать ток через перемычку при ее разрыве.
Первым в 1970 г. этот способ снижения разб-
рызгивания заявил И. И. Заруба [23], а в 1971 г.
Рис. 4. Динамика изменения профиля жидкой перемычки (перетекание капли воды) [19]
Рис. 5. Изменение сопротивления цепи электрод–деталь во
время КЗ (I = 190 А, vсв = 5,2 м/мин, L = 14 мм, проволока
диаметром 1,2 мм) [19]
Рис. 6. Влияние тока переноса (а) и минимального радиуса
перемычки rmin (б) на длительность КЗ [10]
1/2007 5
опубликовал и результаты практической его ре-
ализации [5]. Здесь импульс тока КЗ фиксиро-
ванной длительности начинался с задержкой пос-
ле возникновения КЗ и заканчивался до разрыва
перемычки (рис. 7). Позднее авторы работы [20]
использовали переменный по длительности им-
пульса переноса. Он автоматически отключался,
когда падение напряжения на перемычке повы-
шалось до заданного уровня вследствие утончения
перемычки перед ее разрывом.
Следующий шаг осуществил С. И. Пинчук с со-
авторами в 1976 г. [24]. Было разработано устройс-
тво, снижающее на фиксированный интервал вре-
мени ток КЗ до 2…10 А непосредственно перед раз-
рывом перемычки, когда напряжение на ней начи-
нает резко возрастать и достигает значения 8…12 В
(рис. 8) (в работах [5, 20] минимальный ток КЗ
оставался на уровне 100…130 А).
С тех пор ничего принципиально нового не
было предложено, и во всех последующих пуб-
ликациях использован способ И. И. Зарубы в чис-
том виде, либо усовершенствованный С. И. Пин-
чуком [7, 12, 16, 22, 25, 26]. Основные усовер-
шенствования касались оборудования, реализую-
щего способ. Лишь Е. К. Става [15] для опреде-
ления момента подачи команды на снижение тока
импульса КЗ использовал не падение напряжения
на промежутке токоподвод–деталь, а скорость его
изменения. Это усложняет аппаратуру или прог-
раммное обеспечение, но снижает влияние соп-
ротивления вылета электрода и детали. Падение
напряжения токоподвод–деталь имеет вид
Uт−д(t) = I(Rэл + Rпер(t) + Rдет). (1)
Поскольку во время КЗ изменяется только
Rпер(t), то
dUт−д
dt =
d(IRпер)
dt (2)
и состояние перемычки перед разрывом опреде-
ляется более точно (однако приходится задержи-
вать начало анализа dUт-д/dt на 100 мкс после
включения импульса тока КЗ [27]). В противном
случае схема управления может отключить им-
пульс тока КЗ не непосредственно перед разрывом
перемычки, а сразу после его включения.
По нашему мнению, для определения момента
отключения импульса тока переноса наилучшие
результаты должно дать использование скорости
изменения сопротивления перемычки как пара-
метра, не зависящего от тока.
Резкое уменьшение диаметра шейки перемыч-
ки перед ее разрывом длится порядка 10⋅10–6, а
лавинообразное уменьшение шейки (ее взрыв) —
порядка 0,1⋅10–6 с [4]. Если начать снижать ток
КЗ слишком поздно и скорость его снижения не-
велика, то разрыв перемычки произойдет при зна-
чительном токе с большой вероятностью разбрыз-
гивания. Если слишком рано снизить ток КЗ, то
повышается вероятность того, что перемычка во-
обще не разорвется. Таким образом, система уп-
равления должна обеспечивать надежное опреде-
ление момента начала необратимого уменьшения
диаметра шейки перемычки и существенно сни-
зить ток КЗ до ее разрыва. Вероятно, эта задача
до настоящего времени в полной мере не решена.
Управление плавлением электрода, ростом
и размерами капли. После разрыва перемычки
зажигается дуга, начинается плавление электрода
энергией, поступающей как от дуги, так и от вы-
деляемой в вылете электрода за счет проходящего
тока. Задачей системы управления на этом этапе
является обеспечение получения заданного
объема капли независимо от возмущений, дейс-
твующих на процесс (колебаний скорости подачи
электрода, напряжения сети, вылета электрода,
расстояния от горелки до изделия и т. п.).
Обычно для сварки в CO2 с КЗ и постоянной
скоростью подачи электродной проволоки исполь-
зуют источники с пологопадающей внешней ха-
рактеристикой. Стабильность процесса при этом
обеспечивается благодаря свойству саморегули-
рования системы источник напряжения–плавя-
щийся электрод–дуга. При уменьшении длины ду-
Рис. 7. Осциллограммы напряжения и тока при сварке в CO2:
а, б — импульсы тока подаются соответственно в начале и
середине длительного КЗ [5]
Рис. 8. Осциллограммы напряжения и тока при стабилизиро-
ванном переносе металла с ограничением энергии взрыва
перемычки [24]
6 1/2007
ги автоматически возрастает ток, что приводит
к увеличению дугового промежутка, и наоборот.
Подобный принцип лежит и в современных япон-
ских инверторных источниках питания для сварки
в CO2 с КЗ [8, 13, 16]. В них во время КЗ источник
переключается в режим управления током, а на
время горения дуги — в режим постоянного нап-
ряжения (рис. 9) [13].
Наиболее совершенные источники используют
импульсный режим управления формированием
капли расплавленного металла. На первом этапе
горения дуги происходит интенсивное плавление
электрода большим током до достижения задан-
ного объема капли, затем ток существенно сни-
жается. Силы, действующие на каплю, которая
находится на торце электрода, и стремящиеся
сместить ее к боковой поверхности электрода,
уменьшаются и капля занимает соосное с элек-
тродом положение. Под действием сил поверх-
ностного натяжения форма капли приближается
к правильной сфере, что создает благоприятные
условия для плавного перехода капли в сварочную
ванну.
Чтобы минимизировать хаотическое движение
капли, ее размер должен быть небольшим, нап-
ример, не более диаметра электрода [28]. По мне-
нию специалистов «Линкольн Электрик» [15],
средний размер расплавленной сферической кап-
ли на торце электрода для хорошего переноса дол-
жен быть 1,2dэл. Авторы работы [29] считают, что
оптимальный диаметр капли составляет
1,4…1,7dэл для dэл = 1,6 и 1,56…1,88dэл для dэл =
= 2 мм.
Возможны два варианта получения капель за-
данной массы. По первому управление плавле-
нием металла осуществляется с помощью импуль-
сов тока постоянной амплитуды Iи и длительности
tи. По второму варианту дуга питается от источ-
ника напряжения, а длительность импульса ав-
томатически устанавливается в функции некото-
рых параметров процесса сварки. Первый прин-
цип описывается в работах [12, 15, 21], а разно-
видности второго — в [30, 31].
Авторами работы [12] рассматривается дуга
(рис. 10), питаемая от управляемого источника
тока с жестко заданной амплитудой Iпл и дли-
тельностью Tпл импульса плавления. Длитель-
ность паузы «успокоения» капли Tусп с малым
током дуги перед КЗ Iусп устанавливается авто-
матически. Система имеет свойство саморегули-
рования при возмущениях по длине дуги, скорости
подачи проволоки до тех пор, пока длительность
паузы отлична от нуля. Возмущения по длине вы-
лета электрода не компенсируются и приводят к
изменению объема капли.
В источнике STT [15] осуществляется некоторая
компенсация изменения длины вылета электрода
путем автоматической коррекции длительности им-
пульса тока с постоянной амплитудой. Делается это
следующим образом. Во время КЗ система измеряет
падение напряжения на электроде, пропорциональ-
ное вылету электрода. Оно усредняется и подается
на интегратор. Последний начинает интегрирование
с нулевыми начальными условиями в момент за-
жигания дуги. Когда напряжение на выходе интег-
ратора сравняется с регулируемым опорным нап-
ряжением (устанавливается ручкой «тепло» на пе-
редней панели источника), импульс плавления прек-
ращается, а ток дуги начинает плавно спадать до
базового тока паузы. Таким образом, длительность
импульса тока плавления обратно пропорциональна
длине дуги.
В большинстве случаев такая компенсация
только ухудшает стабильность размера капель при
изменении длины вылета электрода. Обычно энер-
гия, выделяющаяся в электроде, относительно не-
велика (менее 15…20 %), поэтому происходит пе-
рекомпенсация возмущения.
Для плавления электрода форма импульса тока
особой роли не играет, однако в источниках SТT
и НПП «Технотрон» (рис. 11) [21] предусмотрен
регулируемый плавный спад импульса тока плав-
Рис. 9. Осциллограммы напряжения и тока инверторных ис-
точников питания при сварке в CO2 [13]
Рис. 10. Осциллограммы напряжения и сварочного тока при
питании дуги импульсами тока постоянной амплитуды и дли-
тельности [12]
1/2007 7
ления. Предполагается, что при этом демпфиру-
ются колебания капли и сварочной ванны. Ни те-
оретических, ни экспериментальных данных в
пользу этого предположения не приводится.
В источниках, предложенных А. Ф. Князько-
вым и Ю. Н. Сараевым, длительность импульса
плавления (выходная вольт-амперная характерис-
тика источника пологопадающая) устанавливает-
ся следующим образом:
пропорционально длительности дугового про-
межутка к началу действия импульса тока плав-
ления [32]. Отсчет измеряемой длительности ду-
гового промежутка ведется от момента зажигания
дуги до снижения напряжения на ней до неко-
торого опорного значения Uоп;
пропорционально интегралу напряжения дуги
на стадии параметрически задаваемой паузы к мо-
менту разрушения перемычки [33];
пропорционально длительности паузы перед
КЗ [34].
Во всех этих источниках наиболее важными
являются не требования стабильности размера
капли, а требования стабильности процесса с уче-
том поведения сварочной ванны в зависимости
от пространственного положения шва. Плавление
расходуемого электрода и формирование капли
расплавленного металла определяется сложным
комплексом электромагнитных и гидродинами-
ческих сил в гравитационном поле и, следова-
тельно, в полной мере может быть описано только
с привлечением законов теплофизики, электрос-
татики, электродинамики, электромагнетизма и
гидродинамики. Эта задача в настоящее время
полностью не решена, но теоретически и экспе-
риментально исследованы некоторые ее аспекты.
С помощью метода теплового баланса и экспе-
риментальных данных были предложены отноше-
ния между такими существенными сварочными
параметрами, как сварочный ток I(t), скорость
плавления расходуемого электрода Uпл(t), вылет
электрода lэл(t) и т. д. [35]. Обобщая все эти мо-
дели, приходим к модели вида
Uпл(t) = aI(t) + blэл(t)I
2(t),
(3)
где a, b — коэффициенты пропорциональности.
Скорость роста объема капли
dVкап(t)
dt = SэлUпл(t), (4)
где Vкап(t) — объем капли; Sэл — площадь по-
перечного сечения электрода.
Подставив (3) в (4), получим
Vкап(t) = Sэл ∫
0
[aI(t) + blэл(t)I
2(t)]dt. (5)
Для стабилизации объема капли система уп-
равления должна решать уравнение (5) в реальном
масштабе времени относительно Tпл для данных
Vкап(t), I(t), a, b и lэл(t). Объем капли Vкап опре-
деляется при задании режима сварки, I(t) — во
время сварки, a — пропорционально катодному
падению напряжения и в первом приближении
является постоянной величиной. Произведение
blэл определяется из падения напряжения в цепи
сварки при КЗ дугового промежутка. Напряжение
КЗ в момент наибольшего диаметра шейки пе-
ремычки равно
Uк−д = blэлIкз,
откуда находится blэл. Таким образом, все сос-
тавляющие уравнения (3) известны, что дает воз-
можность в реальном масштабе времени подсчи-
тывать объем растущей капли. Когда интеграл (5)
достигнет заданного значения, система управле-
ния отключает импульс тока плавления, завершая
интервал Tпл. Используя этот алгоритм, система
управления обеспечивает получение каждой кап-
ли заданного объема, независимо от большинства
возмущений, действующих на процесс.
Совершенно новую концепцию реализации
«идеального» цикла сварки (см. рис. 2) предло-
жили китайские ученые [36, 37]. Вместо прог-
раммного задания формы импульсов тока сварки
используется источник питания со сложной внеш-
ней характеристикой. Для сварки в CO2 с КЗ внеш-
няя характеристика источника питания имеет семь
сегментов (рис. 12, а) [36]. Кроме того, внешняя
характеристика автоматически адаптируется к
мгновенным изменениям тока и напряжения дуги
(сегменты B′C′ и EF′). В результате формируется
близкий к «идеальному» цикл сварки независимо
от возмущений, действующих на процесс (рис. 12,
б). В качестве регулирующего элемента исполь-
зованы параллельно включенные транзисторы, ра-
ботающие в линейном режиме. Внешняя харак-
теристика источника формируется схемой управ-
ления с нелинейными обратными связями по току
и падению напряжения на нагрузке [37]. Линей-
ный режим работы транзисторов позволяет по-
лучить предельно быстрое прецизионное управ-
Рис. 11. Осциллограммы напряжения и тока. Импульсы тока
плавления электрода с плавным спадом заднего фронта [21]
8 1/2007
ление процессом сварки, но требует рассеивания
на транзисторах мощности, сопоставимой с мощ-
ностью сварки.
Стадия «успокоения» капли (интервал Tусп).
После окончания импульса плавления система уп-
равления должна снизить ток до значения, еще
обеспечивающего устойчивое горение дуги, но не-
достаточного для заметного плавления электрода.
Давление дуги на каплю значительно снижается,
она принимает соосное с электродом положение
и форму, близкую к аксиально-симметричной. Че-
рез некоторое время в результате подачи элект-
рода и возвратного движения возмущенной по-
верхности сварочной ванны они встретятся, про-
изойдет КЗ и цикл сварки повторится.
Наличие интервала времени «успокоения» кап-
ли необходимо для устранения возмущений по
длине дугового промежутка. При внезапном из-
менении последнего время до КЗ Tусп автомати-
чески увеличивается или уменьшается путем
изменения вылета электрода. В результате уже в
следующем цикле длина дугового промежутка ус-
танавливается равной заданной, т. е. в отличие
от традиционных систем с саморегулированием,
данная система имеет предельную скорость от-
работки возмущений по длине дуги.
1. Влияние метода ограничения тока короткого замыкания
на формирование вертикальных и потолочных швов при
сварке в углекислом газе / И. И. Заруба, В. П. Баргамен,
В. В. Андреев, М. Н. Сидоренко // Автомат. cварка. —
1973. — № 4. — С. 64–67.
2. Лебедев В. К., Заруба И. И., Андреев В. В. Условия обра-
зования жидкой перемычки при капельном переносе ме-
талла с короткими замыканиями дугового промежутка //
Там же. — 1975. — № 9. — С. 1–3, 8.
3. Ленивкин В. А., Дюргеров Н. Г., Сагиров Х. Н. Технологи-
ческие свойства сварочной дуги в защитных газах. —
М.: Машиностроение, 1989. — 264 с.
4. Untersuchungen zum Metall-Schutzgasschweiβen mittels
Ultrahochgeschwindingkeitskinematografie und schneller
Erfassung elektrischer Schweiβparameter / D. Rehfeldt,
A. Bollmann, M. Niemann et al. // Schweissen und Schnei-
den. — 1989. — № 3. — S. 139–141.
5. Заруба И. И., Дыменко В. В. Регулирование параметров
процесса сварки с короткими замыканиями // Автомат.
сварка. — 1971. — № 8. — С. 43–45.
6. К вопросу о переносе металла короткими замыканиями /
А. Г. Потапьевский, М. Г. Лифшиц, Д. С. Кассов, Л. М.
Куплевацкий // Свароч. пр-во. — 1976. — № 6. — С. 53–54.
7. Стабилизация переноса и снижение разбрызгивания ме-
талла при сварке в CO2 короткой дугой / И. С. Пинчук,
А. Л. Хейфец, В. Ф. Постаушкин, Г. Д. Куликов // Там
же. — 1980. — № 6. — С. 9–10.
8. Yamamoto H., Okazaki K., Harata S. The effect of short cir-
cuiting current control on the spatter generation in CO2 arc
welding. — [1986]. — P. 1–17 (Intern. Inst. of Welding;
Doc. 212-649–86).
9. Maruo H., Hirata Y. , Goto N. Bridging transfer phenomena
of conductive pendent drop. The effects of electromagnetic
pinch force on the bridging transfer (Rept. 3) // Quarterly J.
of JWS. — 1992. — № 2. — P. 251–258.
10. Choi S. K., Yoo C. D., Kim Y.-S. Dynamic simulation of
metal transfer in GMAW. — Pt 2: Short-circuit transfer
mode // Welding J. — 1988. — № 1. — P. 45–51.
11. А. с. 930824 СССР,МКИ В 23 К 9/11. Способ электроду-
говой сварки с короткими замыканиями дугового проме-
жутка и устройство для его осуществления / А. Ф. Князь-
ков, А. Г. Мазель, Р. И. Дедюх и др. — Опубл. 23.04.85,
Бюл. № 19.
12. Патон Б. Е., Лебедев А. В. Управление плавлением и пе-
реносом электродного металла при сварке в углекислом
газе // Автомат. сварка. — 1988. — № 11. — С. 1–3.
13. Matsuda F., Ushio M., Mita T. Wellenformsteuerungdgmet-
hode im CO2 Schweissen // Trans. JWRI. — 1988. — № 2.
— P. 11–17.
14. Yamamoto H., Harada S., Yasuda H. The development of
welding current control system for spatter reduction // Wel-
ding Intern. — 1990. — № 4. — P. 398–407.
15. Stava E. K. The surface-tension transfer power source: A
new, low-spatter arc welding machine // Welding J. — 1993.
— № 1. — P. 25–29.
16. Ushio M., Yamamoto H., Nishida Y., Mita T. Recent advan-
ces in welding power systems for automated welding //
Trans. JWRI. — 1994. — № 1. — P. 1–6.
17. Nacey T. Y. Fourth-generation inverters add artificial intelli-
gence to the control of GMA welding // Welding J. — 1993.
— № 1. — P. 31–34.
18. Замечания к статье «Определение устойчивости пере-
мычки между плавящимся электродом и сварочной ван-
ной» / И. С. Пинчук, В. Ф. Постаушкин, Г. Д. Куликов и
др. // Свароч. пр-во. — 1974. — № 10. — С. 49–50.
Рис. 12. Внешняя характеристика источника при сварке в CO2 с КЗ (а) и осциллограммы напряжения и тока (б) [36]
1/2007 9
19. Orszach P., Kim Y. C., Horikawa K. Short-circuit transient
phenomena in GMA/CO2 Welding (I) // Trans. JWRI. —
1997. — № 1. — P. 49–67.
20. Boughton P., MacGregor G. J. Control of short circuiting in
MIG-welding // Welding Res. Intern. — 1974. — № 2. —
P. 31–53.
21. Управление переносом капли при сварке плавящимся
электродом с короткими замыканиями дугового проме-
жутка / С. И. Полосков, Ю. С. Ищенко, В. А. Лебедев,
О. Б. Гецкин // Свароч. пр-во. — 2001. — № 6. — С. 6–9.
22. Хейфец А. Л. Сравнительная оценка некоторых способов
уменьшения разбрызгивания металла при сварке в CO2 //
Автомат. сварка. — 1986. — № 3. — С. 58–60.
23. А. с. 271680 СССР, МКИ В 23 К 9/00. Способ электроду-
говой сварки плавящимся электродом / И. И. Заруба. —
Опубл. 26.05.70, Бюл. № 8.
24. Уменьшение разбрызгивания при сварке с короткими за-
мыканиями путем ограничения энергии взрыва перемыч-
ки / И. С. Пинчук, В. Ф. Постаушкин, Г. Д. Куликов и др.
// Свароч. пр-во. — 1976. — № 11. — С. 52–54.
25. Горнов О. М. Об уменьшении разбрызгивания путем
снижения тока короткого замыкания при сварке в угле-
кислом газе // Сб. науч. тр. Перм. политехн. ин-та. —
1975. — № 164. — С. 115–118.
26. Горнов О. М., Чумак Л. Ф. Влияние ступенчатого умень-
шения тока в момент короткого замыкания на разбрыз-
гивание при сварке в углекислом газе // Там же. — 1972.
— № 116. — С. 101–103.
27. Pat. 4,954,691 US. Method and device for controlling a short
circuiting type welding system / J. Parks, E. Stava. — Publ.
04.09.90.
28. Воропай Н. М., Лаврищев В. Я. Условия переноса метал-
ла при сварке в углекислом газе // Автомат. сварка. —
1976. — № 5. — С. 8–11.
29. Особенности управляемого тепломассопереноса при
сварке плавящимся электродом с короткими замыкания-
ми дугового промежутка / С. И. Полосков, Ю. С. Ищен-
ко, В. А. Лебедев, О. Б. Гецкин // Свароч. пр-во. — 2002.
— № 7. — С. 6–13.
30. Сараев Ю. Н. Адаптивные импульсно-дуговые методы
механизированной сварки при строительстве магист-
ральных трубопроводов // Там же. — 2001. — № 1. —
С. 4–11.
31. Сараев Ю. Н. Управление переносом электродного ме-
талла при сварке в CO2 с короткими замыканиями дуго-
вого промежутка (Обзор) // Автомат. cварка. — 1988. —
№ 12. — С. 16–23.
32. А. с. 768108 СССР, МКИ В 23 К 9/00. Способ электроду-
говой сварки с короткими замыканиями дугового проме-
жутка / А. Ф. Князьков, Ю. Н. Сараев, Р. И. Дедюх. —
Опубл. 15.01.84, Бюл. № 2.
33. А. с. 951810 СССР, МКИ В 23 К 9/00. Способ дуговой
сварки плавящимся электродом / А. Ф. Князьков, Ю. Н.
Сараев, А. К. Тимошенко. — Опубл. 23.12.83, Бюл.
№ 47.
34. А. с. 1168367 СССР, МКИ В 23 К 9/00. Способ электро-
дуговой сварки с короткими замыканиями дугового про-
межутка и устройство для его осуществления / А. Ф.
Князьков, Ю. Н. Сараев, А. К. Тимошенко. — Опубл.
23.07.85, Бюл. № 27.
35. Lesenewich A. Control of melting rate and metal transfer.
Part I. Control of electrode melting rate // Welding J. —
1958. — № 8. — P. 334–353.
36. Ou Z., Wuang Y., Ushio M., Tanaka M. New concept for the
characteristic of an arc welding power source (Report II) //
Trans. JWRI. — 1999. — № 1. — P. 5–8.
37. Pan J. Arc welding control. — Cambridge: Woodhead publ.
Ltd., 2003. — 603 p.
A review of publications on automatic control of the process of CO2 welding with short-circuiting of the arc gap is
given. Control algorithms are given for each stage of the welding cycle.
Поступила в редакцию 11.05.2006
К 125-ЛЕТИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПЕРВОГО СПОСОБА
ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ
13 октября 2006 г. в НТУУ «Киевский политехнический институт» состоялись очередные
научные чтения в рамках «Конструктора Украины». На этот раз конференция была посвящена
жизни и творческой деятельности Николая Николаевича Бенардоса, выдающегося отечес-
твенного изобретателя, создавшего в 1881 году первый способ электродуговой сварки.
Собрание, на котором присутствовали студенты и преподаватели сварочного факультета
университета, ученые ИЭС им. Е. О. Патона, члены Общества сварщиков Украины, слушатели
Малой академии наук, работники музеев Н. Н. Бенардоса в Переяслав-Хмельницком, крае-
ведческого музея в Фастове и Политехнического музея, открыл проректор университета по
научной работе чл.-кор. НАНУ М . Ю. Ильченко. Во вступительном слове он подчеркнул, что
проведение «Чтений» имеет большое значение для сохранения исторического наследия и
пропаганды вклада отечественных изобретателей и ученых в мировую цивилизацию.
Ведущий научный сотрудник ИЭС им. Е. О. Патона А. Н. Корниенко рассказал о поиске
материалов о жизни и деятельности Н. Н .Бенардоса, начатых по инициативе академика
Б. Е. Патона, отметил, что институтом сооружены памятники изобретателю в Фастове и
Ивановской области, созданы экспозиции в музеях, сняты кинофильмы. О подробностях
деятельности Н. Н. Бенардоса присутствующие узнали из кинофильма «У истоков Электро-
гефеста». Доклады о современном состоянии различных направлений и разделов сварочной
науки и техники, о работах сварочного факультета сделали заведующие кафедрами про-
фессора С. К. Фомичев, В. М. Прохоренко и В. Д. Кузнецов; исполнительный директор
технопарка «ИЭС им. Е. О. Патона» А. А. Мазур.
10 1/2007
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99184 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:58:26Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ланкин, Ю.Н. 2016-04-24T13:27:56Z 2016-04-24T13:27:56Z 2007 Автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в CO₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (Обзор) / Ю.Н. Ланкин // Автоматическая сварка. — 2007. — № 1 (645). — С. 3-10. — Бібліогр.: 37 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99184 621.791.754:661.9 Приведен обзор публикаций по автоматическому управлению процессом сварки в СО₂ с короткими замыканиями дугового промежутка, а также алгоритмы управления на каждом этапе цикла сварки A review of publications on automatic control of the process of CO₂ welding with short-circuiting of the arc gap is given. Control algorithms are given for each stage of the welding cycle. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в CO₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (Обзор) Automatic control of consumable electrode CO₂ welding process with periodic short circuits of arc gap (Review) Article published earlier |
| spellingShingle | Автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в CO₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (Обзор) Ланкин, Ю.Н. Научно-технический раздел |
| title | Автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в CO₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (Обзор) |
| title_alt | Automatic control of consumable electrode CO₂ welding process with periodic short circuits of arc gap (Review) |
| title_full | Автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в CO₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (Обзор) |
| title_fullStr | Автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в CO₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (Обзор) |
| title_full_unstemmed | Автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в CO₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (Обзор) |
| title_short | Автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в CO₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (Обзор) |
| title_sort | автоматическое управление процессом сварки плавящимся электродом в co₂ с периодическими короткими замыканиями дугового промежутка (обзор) |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99184 |
| work_keys_str_mv | AT lankinûn avtomatičeskoeupravlenieprocessomsvarkiplavâŝimsâélektrodomvco2speriodičeskimikorotkimizamykaniâmidugovogopromežutkaobzor AT lankinûn automaticcontrolofconsumableelectrodeco2weldingprocesswithperiodicshortcircuitsofarcgapreview |