Разработка системы программного управления скоростью сварки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.791.722

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ СВАРКИ

С. О. Курашкин Научный руководитель - Ю. Н. Серегин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: scorpion_ser@mail.ru

Представлено описание скорости электронно-лучевой сварки. Рассмотрены преимущества и недостатки электронно-лучевой сварки. Приведена система программного управления скоростью сварки.

Ключевые слова: скорость сварки, сварка, электронно-лучевая сварка.

DEVELOPMENT THE SYSTEM OF PROGRAM CONTROL OF WELDING SPEED

S. O. Kurashkin Scientific Supervisor - Y. N. Seregin

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: scorpion_ser@mail.ru

We describe welding speed of electron-beam welding. The research considers the advantages and disadvantages of electron-beam welding. The article describes the system ofprogram control of welding speed.

Keyword: welding speed, welding, electron-beam welding.

Электронно-лучевая сварка - сварка, при которой нагрев и плавление изделий осуществляется потоком высокоскоростных электронов, движущихся под действием электрического поля в вакууме [2]. Скорость сварки - скорость, с которой увеличивается длина валика в направлении сварки. На сегодняшний день электронно-лучевая сварка очень популярна и используется для сварки, практически всех видов металлов будь то легкоплавкие металлы, такие как алюминий, цинк и другие так и тугоплавкие металлы, такие как железо, титан, вольфрам и другие.

Технический вакуум при сварке выполняет следующие функции [2]:

1) уменьшает потери кинетической энергии электронов, позволяя им достигать свариваемого изделия практически без соударения с молекулами воздуха;

2) защищает расплавленный металл от взаимодействия с окружающей атмосферой (качественнее, чем защитный газ или флюс);

3) предотвращает дуговой разряд между катодом и анодом и обеспечивает химическую защиту катода;

4) способствует улучшению дегазации сварочной ванны, удалению оксидных пленок, что повышает качество соединения.

Сварка электронным лучом имеет значительные преимущества [1]:

1. Высокая концентрация ввода энергии в изделие, которая выделяется не только на поверхности изделия, но и на некоторой глубине в объеме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно получить пятно нагрева диаметром от 0,0002 мм до 5 мм, что позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра до 200 мм. Уменьшение протяженности зоны термического влияния снижает вероятность рекристаллизации основного металла в этой зоне.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 2

2. Малое количество вводимой теплоты. Для получения равной глубины проплавления при электронно-лучевой сварке требуется вводить теплоты от 4 до 5 раз меньше, чем при дуговом виде сварки. В результате резко снижаются коробления изделия.

3. Отсутствие насыщения расплавленного и нагретого металла газами. В результате достигается высокое качество сварных соединений на химически активных металлах и сплавах, таких как ниобий, цирконий, титан, молибден и др.

Недостатки электронно-лучевой сварки [1]:

1. Возможность образования несплавлений и полостей в корне шва на металлах с большой теплопроводностью и швах с большим отношением глубины к ширине.

2. Для создания вакуума в рабочей камере после загрузки изделий требуется длительное время.

Цель данной работы заключается в разработке системы программного управления скоростью сварки для электронно-лучевой сварки. Это необходимо, чтобы убрать человеческий фактор и ошибки связанные с ним и в автоматическом режиме контролировать определенную скорость сварки для разных толщин у изделия, что дает практически идеальную толщину и длину шва. Скорость сварки будет контролироваться с помощью измерения толщины детали. На рисунке представлена функциональная схема установки для электронно-лучевой сварки [4].

Функциональная схема для электронно-лучевой сварки

Режим работы системы программного управления скоростью сварки. В начале работы вводятся необходимые значения силы тока, напряжения и начальная толщина изделия. Задание начальной толщины необходимо чтобы рассчитать начальную скорость сварки и начать процесс сварки. Для того чтобы измерять толщину детали будет использоваться контактный датчик из-

мерения толщины. Датчик лир используется для определения местоположения изделия. После начала процесса сварки происходит измерение толщины и полученные значения передаются на контроллер, который обрабатывает полученные значения и передает необходимые данные в цифро-аналоговый преобразователь. Далее сервопривод подстраивает необходимую скорость сварки исходя из полученных данных. При завершении работы установка электронно-лучевой сварки переходит в начальное состояние инициализации.

В настоящее время регулирование скорости электронно-лучевой сварки, осуществляется экспериментально, что приводит к лишним материальным и трудовым затрата [3]. Такие значения позволяют выставить определенную скорость сварки для определенной толщины, но их недостаток в том, что эти значение толщины фиксированы в определённом диапазоне и если толщина изделия будет не в этом диапазоне, то скорости сварки придется подбирать экспериментально. В таблице показаны режимы электронно-лучевой сварки, все эти значения получены экспериментальным путем [1]. Из таблицы видно, что скорость сварки сильно зависит от толщины и эта зависимость нелинейная. Поэтому основная задача состоит в формирование функционала, который бы позволил определить скорость сварки.

Режимы электронно-лучевой сварки

Металл Толщина, мм Режим сварки Ширина

ускоряющее сила тока скорость шва, мм

напряжение, кВ луча, мА сварки, м/ч

Вольфрам 0,5 18...20 40...50 60 1,0

1,0 20...22 75...80 50 1,5

Тантал 1,0 20...22 50 50 1,5

Сталь типа 18-8 1,5 18...20 50...60 60...70 2,0

20,0 20...22 270 50 7,0

35,0 20...22 500 20 -

Молибден + вольф- 0,5 + 0,5 18...20 45...50 35...50 1,0

рам

В результате анализа существующих способов регулирования скорости сварки выяснилось, что существующие способы регулирования скорости основываются на уже полученных экспериментальным способам значениях, поэтому предлагается разработка системы программного управления скоростью сварки, которая будет в автоматическом режиме управлять скоростью сварки. Управление осуществляется на основе уже заранее теоретически подсчитанной скоростью сварки в зависимости типа и толщины металла. Данный способ позволит точно регулировать скорость сварки для любой толщины металла, что повысит качество шва.

Библиографические ссылки

1. Электронно-лучевая сварка. [Электронный ресурс]. URL: https://svarkainfo.ru/rus/ technology/luch/luch.php (дата обращения: 03.04.2017).

2. Электронно-лучевая сварка. [Электронный ресурс]. URL: https:// osvarke.com/ebw.html (дата обращения: 03.04.2017).

3. Терентьев Е. В. Повышение качества формирования сварных соединений при электронно-лучевой сварке неповоротных стыков со сквозным проплавлением // Электронно-лучевая сварка. 2014. С. 5-7.

4. Лаптенок В. Д., Мурыгин А. В., Серегин Ю. Н., Браверман В. Я. Управление электронно-лучевой сваркой. Красноярск : ООО «Знак», 2000. 235 с.

© Курашкин С. О., 2017