Регулирование уровня металлической и шлаковой ванн.

 

При ЭШС необходимо, чтобы уровень металлической ванны относительно ползунов сохранялся неизменным. Это достижимо, если в каждый момент времени соблюдается условие

F_м V_св = F_э V_п,

где F_м—площадь поперечного сечения металла, необходимого для заполнения зазора и создания усиления шва; V_св—скорость перемещения аппарата; F_э—площадь поперечного сечения электродной проволоки; V_п—скорость подачи электродной проволоки.

Применение регуляторов, воздействующих на скорость V_п, а также вероятность появления возмущений по разделке шва, для компенсации которых необходимо также изменять V_п, не позволяют в полной мере применять схемы регулирования уровня ванны путем воздействия на этот параметр. Поэтому чаще всего применяют регуляторы с воздействием на скорость V_св

Определение уровня металлической ванны связано со значительными трудностями, вызванными тем, что необходимо регистрировать и управлять неэлектрической величиной, а также тем, что ванна покрыта слоем шлака. Поэтому основным элементом САР уровня металлической ванны являются датчики, которые должны обеспечивать минимальную погрешность измерения.

Термодатчики. Наибольшее распространение получил способ контроля уровня ванны с применением дифференциальных термопар. К медному ползуну (рис. 5.2) привариваются две константановые проволоки, образующие две встречновключенные термопары: константан—медь и медь—константан. Один спай располагается несколько выше требуемого уровня металла, другой ниже. Результирующая ЭДС термопар пропорциональна разности температур в местах спаев. Опытами установлено, что результирующая ЭДС термопар равна нулю, когда уровень металлической ванны находится приблизительно посредине между точками приварки термопар. Разность термо—ЭДС в дифференциальной схеме очень мала и требует применения усилителей с высоким коэффициентом усиления.

Рис. 5.2. Схема контроля уровня металлической ванны дифференциальной термопарой q (а) и и распределение температуры Т (б) по высоте L ползуна: 1 – в ползуне; 2 – в зоне сварки.

 

Контактные датчики. Способ измерения уровня металлической ванны с помощью контактного датчика, представляющего собой металлический щуп, является наиболее простым. Охлаждаемый водой вертикальный щуп помещается в зазор между свариваемыми изделиями на заданной высоте. Замыкание цепи щуп—изделие служит сигналом для управления процессом сварки.

Чаще всего применяется горизонтальный медный щуп, изолируемый от накладки и вмонтированный в ползун. Такой щуп не зашлаковывается, не смачивается расплавленным металлом, обладает хорошей износостойкостью и позволяет выделить достаточный по величине электрический сигнал. Если падение напряжения на щупе равно нулю, т.е. он закорочен на металлическую ванну, то схема управления выдает сигнал на перемещение сварочного аппарата вверх со скоростью, превышающей скорость образования шва. Благодаря этому щуп отрывается от металлической ванны и напряжение на нем становится отличным от нуля. Это напряжение сравнивается с заданным, снимаемым с RP (рис. 5.3), и в случае их совпадения, схема управления выдает сигнал на остановку аппарата. Уровень металлической ванны относительно щупа начинает повышаться вплоть до замыкания щупа на ванну, после чего цикл повторяется. Практика показала, что рассмотренный регулятор работает устойчиво при всех режимах сварки. Недостаток его – невысокая эрозионная стойкость щупа.

Более надежна в работе система, в которой щуп вибрирует посредством генератора ультразвуковых колебаний (УЗК) и создает на его рабочей поверхности кавитацию жидкого металла или шлака. При этом уменьшается эрозия его рабочей поверхности.

Рис. 5.3. Схема регулятора уровня металлической ванны с электрическим щупом.

 

Вопросы для самопроверки

1.Назовите основные параметры режимов электрошлаковой сварки.

2.Какая внешняя характеристика источника питания требуется для устойчивого протекания электрошлакового процесса?

3.Какие виды возмущений могут нарушать нормальное протекание электрошлакового процесса?

4.Изменение какого параметра наиболее сильно влияет на устойчивость процесса электрошлаковой сварки?

5.Каким образом производится регулирования напряжения на шлаковой ванне?

6.Воздействием на какой параметр регулируют уровень металлической и шлаковой ванн?

7.Как определяют уровень металлической ванны?