Содержание
Введение. 4
Описание изобретений. 5
Анализ изобретений. 6
1. Анализ изобретения «Способ аргонно-дуговой сварки плавящимся электродом с импульсной модуляцией тока». 6
2. Анализ изобретения «Способ дуговой сварки покрытым электродом вертикального шва методом "сверху-вниз"». 8
3. Анализ изобретения «Способ сварки в среде защитных газов». 13
Список литературы.. 16
Приложение. 17
Приложение А. Патент № 2268809. 18
«Способ аргонно-дуговой сварки плавящимся электродом с импульсной модуляцией тока». 18
Приложение Б. Патент № 2288821. 19
«Способ дуговой сварки покрытым электродом вертикального шва методом "сверху-вниз"». 19
Приложение В. Патент № 2322332. 20
«Способ сварки в среде защитных газов». 20
Введение
Заданием данной курсовой работы является проведение патентного поиска с составление отчета и анализа изобретений с применением ТРИЗ по теме «Способы аргонно-дуговой сварки плавящимся электродом».
Патентный поиск - это процесс отбора соответствующих запросу документов или сведений по одному или нескольким признакам из массива патентных документов или данных.
ТРИЗ — теория решения изобретательских задач— область знаний, исследующая механизмы развития технических систем с целью создания практических методов решения изобретательских задач. [1]
При сварке в защитных газах плавящимся электродом в качестве электродного металла применяют сварочную проволоку близкую по химическому составу к основному металлу. Выбор защитного газа определяется его инертностью к свариваемому металлу, либо активностью, способствующей рафинации металла сварочной ванны. Для сварки цветных металлов и сплавов на их основе применяют инертные одноатомные газы (аргон, гелий и их смеси). Для сварки меди и кобальта можно применить азот. Для сварки сталей различных классов применяют углекислый газ, но так как углекислый газ участвует в металлургических процессах, способствуя угару легирующих компонентов и компонентов - раскислителей (кремния, марганца), то сварочную проволоку следует выбрать с повышенным их содержанием. В ряде случаев целесообразно применять смесь инертных и активных газов, чтобы повысить устойчивость дуги, улучшить формирование шва, воздействовать на его геометрические параметры, уменьшить разбрызгивание.
Описание изобретений
Патентный поиск производился в информационно-поисковой системе Федерального института промышленной собственности (ФИПС) [3] и FREEPATENT [2]. Из найденных в поисковой системе патентов отобрали три патента, соответствующие теме поиска:
- Способ аргонно-дуговой сварки плавящимся электродом с импульсной модуляцией тока (RU 2268809 C1, МПК В23К 9/095);
- Способ дуговой сварки покрытым электродом вертикального шва методом "сверху-вниз" (RU 2288821 C2, МПК В23К 9/14);
- Способ сварки в среде защитных газов (RU 2322332 C1, В23К 9/173).
Описание патентов соответственно приведены в приложениях А, Б и В.
Анализ изобретений
Анализ изобретения «Способ аргонно-дуговой сварки плавящимся электродом с импульсной модуляцией тока»
Использование: при ручной дуговой сварке электродами с покрытием в различных пространственных положениях.
Сущность: заключается в том, что Сварку производят модулированным током, причем регулирование длительности импульсов и пауз в протекании сварочного тока осуществляют раздельно и независимо. На интервале паузы на небольшой сварочный ток 5...30 А накладывают дополнительные импульсы с амплитудой, равной амплитуде основных импульсов, частотой не менее 50 Гц и длительностью в пределах 0,5...2 мс. Управление тепловой мощностью сварочной дуги осуществляют автоматически по желанию сварщика изменением параметров основных импульсов в функции отклонения среднего напряжения дуги от заданного, незначительным изменением длины дугового промежутка 2...2,5 В. Техническим результатом изобретения является уменьшение контрастности излучения дуги в импульсе и паузе, повышение качества сварного соединения, создание возможности управления тепловой мощностью дуги по желанию сварщика, улучшение топографии шва.
Формула изобретения
1. Способ электродуговой сварки плавящимся электродом с импульсной модуляцией сварочного тока с регулированием длительности импульсов и пауз сварочного тока и наложением во время пауз дополнительных импульсов тока, отличающийся тем, что частоту дополнительных импульсов выбирают большей 50 Гц, а длительность от 0,5 до 2 мс, причем длительность основных импульсов и пауз регулируют автоматически в функции отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного изменением длины дуги.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность основных импульсов сварочного тока устанавливают автоматически обратно пропорционально отклонению среднего напряжения дугового промежутка от заданного на интервале основного импульса.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность основных пауз устанавливают автоматически прямо пропорционально отклонению среднего напряжения дугового промежутка от заданного на интервале основной паузы.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно автоматически устанавливают длительность основных импульсов в обратно пропорциональной зависимости от отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного на интервале основного импульса, а длительность основных пауз - в прямой пропорциональной зависимости от отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного на интервале основной паузы.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность импульсов и пауз определяют изменением длины дуги.
Анализ изобретения
Известен способ электродуговой сварки модулированным током электродами с покрытием любого типа, при котором во время паузы при сварке вертикальных швов на спуск налагают дополнительные импульсы переменной продолжительности, момент их включения определяют в зависимости от текучести ванны, которую определяют по изменению напряжения на дуге от заданного, а продолжительность дополнительных импульсов устанавливают в обратной зависимости от времени стекания металла до критического положения. Частота дополнительных импульсов не превышает 10-15 Гц (А.с. 1131618 СССР). Способ электродуговой сварки модулированным током.
Способ имеет существенные недостатки, так как при частоте дополнительных импульсов 10-15 Гц зрачки глаз сварщика будут успевать реагировать на изменение интенсивности светового потока, глаза сварщика будут быстро уставать и будут в постоянном напряжении. Крупночешуйчатость шва остается. И поскольку длительность основных и дополнительных импульсов и пауз задается программой, сварщик не может управлять тепловой мощностью дуги. То есть в процессе сварки будет отрабатываться концепция (машина - технология), сварщик при этом исключен из процесса управления тепловой мощностью дуги, снижаются профессиональные навыки.
Таким образом, можно сформулировать техническое противоречие.
ТП - Указанный способ обеспечивает управляемый перенос электродного металла, повышает стабильность процесса и уменьшает разбрызгивания, но ведет к быстрому износу зрения сварщика(уменьшению срока службы одного из факторов, принимающих участие в процессе сварки), снижению производительности и увеличению процента брака.
Для устранения данного технического противоречия использовался «Принцип периодического действия» и «Принцип динамичности»:
Поставленная задача достигается тем, что способ электродуговой сварки плавящимся электродом с импульсной модуляцией сварочного тока осуществляют регулированием длительности импульсов и пауз в протекании сварочного тока и наложением во время пауз дополнительных импульсов тока. Частоту дополнительных импульсов выбирают большей 50 Гц, а длительность от 0,5 до 2 мс, причем длительность основных импульсов и пауз регулируют автоматически в функции отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного изменением длины дуги. Управление тепловой мощностью осуществляют по желанию сварщика автоматически. Параметры импульсов изменяют в функции отклонения среднего напряжения дугового промежутка от заданного, определяемого независимо от основных импульсов и пауз в различных вариантах, исключающих влияние колебаний ванны и капли.
Данный способ позволяет уменьшить контрастность излучения дуги в импульсе и паузе, повысить качество сварного соединения, создать возможность управления тепловой мощностью дуги по желанию сварщика, улучшеть топографию шва.
2. Анализ изобретения «Способ дуговой сварки покрытым электродом вертикального шва методом "сверху-вниз"»
Использование: для сварки вертикальных швов «сверху-вниз». Сущность: заключается в том, что в процессе сварки на металлическую и шлаковые ванны, затекающие внутрь козырька покрытия на торце электрода, осуществляют электродинамическое воздействие. Электродинамическое воздействие осуществляют путем увеличения сварочного тока с момента начала короткого замыкания (t1), вызванного затеканием металлической или шлаковой ванн внутрь козырька покрытия на торце электрода. В момент снижения напряжения на дуге (t2) ниже 10-14 В сварочный ток увеличивают в 1,5 раза от установленного. Если за интервал времени (t2-t3) длительностью свыше 30 мс короткое замыкание не ликвидировалось, то есть перемыка расплавленного металла не разорвалась, дополнительно увеличивают сварочный ток в 1,75-2,0 раза от установленного. С момента (t 4) перемычка устраняется и напряжение дуги возрастает. При восстановлении дугового разряда (t5) сварочный ток восстанавливают до установленного значения. Это позволит улучшить качество сварного шва за счет предотвращения длительного натекания металлической и шлаковой ванн внутрь козырька на торце электрода.
Формула изобретения
Способ дуговой сварки покрытым электродом вертикального шва методом "сверху-вниз", включающий электродинамическое воздействие на металлическую и шлаковые ванны, затекающие внутрь козырька покрытия на торце электрода, образующегося при отставании плавления электродного покрытия от плавления электродного стержня, отличающийся тем, что электродинамическое воздействие осуществляют путем увеличения сварочного тока с момента начала короткого замыкания, вызванного затеканием металлической или шлаковой ванн внутрь козырька покрытия на торце электрода, при этом в момент снижения напряжения на дуге ниже 10-14 В сварочный ток увеличивают в 1,5 раза от установленного, а при сохранении короткого замыкания свыше 30 мс дополнительно увеличивают сварочный ток в 1,75-2,0 раза от установленного и при восстановлении дугового разряда сварочный ток восстанавливают до установленного значения.
Анализ изобретения
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является способ вертикальной сварки [Патент США №5932121, Welding method in the overhead and vertical positions, оп. 03.08.1999].
Способ заключается в формировании направленного соосно со сварочным дополнительного тока в ванне расплавленного металла вдоль линии сварки. Причем данный дополнительный ток не зависит от сварочного тока, поскольку формируется отдельным источником и подводится к расплавленной ванне с помощью медных электродов, расположенных также вдоль линии сварки. Дополнительный ток создает в расплавленном металле ванн электродинамические силы (силы Лоренца), которые действуют вверх и препятствуют вытеканию расплавленного металла из ванны.
Недостатками данного изобретения являются нарушение технологического процесса, обычно определяемого тепловым, а не механическим воздействием, а также снижение энергетической эффективности сварки. Дело в том, что для обеспечения электродинамического воздействия, достаточного для предотвращения вытекания расплавленного металла ванны используется дополнительный ток, соизмеримый со сварочным током. Так, в примере конкретного выполнения указан сварочный ток в диапазоне 100-300 А, а дополнительный ток 70-200 А. Дополнительное тепловложение в сварочную ванну, вызванное протеканием по ней тока дополнительного источника, может привести к увеличению ее размеров, что способно вызвать противоположный эффект - ее отекание, и во всяком случае потребует коррекции режима основного источника в сторону уменьшения сварочного тока.
Таким образом, можно сформулировать техническое противоречие.
ТП - Указанный способ препятствуют вытеканию расплавленного металла из ванны при сварке вертикальных швов, но создаёт вероятность увеличение сварочной ванны, что способно вызвать её оттекание. Так же требуется коррекция основного источника питания в сторону уменьшения сварочного тока.
Для устранения данного технического противоречия использовался «Принцип обратной связи»:
Поставленная задача решается тем, что в способе дуговой сварки покрытым электродом вертикального шва методом "сверху-вниз", включающем электродинамическое воздействие на металлическую и шлаковую ванны, затекающие внутрь козырька покрытия на торце электрода, образующегося при отставании плавления электродного покрытия от плавления электродного стержня, согласно изобретению, электродинамическое воздействие осуществляют путем увеличения сварочного тока с момента начала короткого замыкания, вызванного затеканием металлической или шлаковой ванн внутрь козырька покрытия на торце электрода, при этом в момент снижения напряжения на дуге ниже 10-14 В сварочный ток увеличивают в 1,5 раза от установленного, а при сохранении короткого замыкания свыше 30 мс дополнительно увеличивают сварочный ток в 1,75-2,0 раза от установленного и при восстановлении дугового разряда сварочный ток восстанавливают до установленного значения.
Таким образом, улучшение качества вертикального сварного шва при сварке сверху вниз с использованием целлюлозных, рутиловых и основных покрытий осуществляется за счет предотвращения длительных коротких замыканий жидким металлом и шлаком благодаря форсированию, т.е. увеличению тока короткого замыкания до 1,75-2,0 от установленного сварочного, при котором электродинамическое воздействие сил пинч-эффекта разрывает жидкую перемычку между ванной и электродом. Начало короткого замыкания детектируется быстродействующим микропроцессорным регулятором по сигналам датчика тока и датчика напряжения дуги, а форсирование выполняется резким увеличением угла проводимости тиристорного выпрямительного блока или подобным воздействием на инверторный или транзисторный источник.
Данный способ позволяет улучшить качество сварного шва за счет предотвращения длительного натекания металлической и шлаковой ванн внутрь козырька на торце электрода,но процесс сварки становится более трудоёмким и затратным.
Анализ изобретения «Способ сварки в среде защитных газов»
Изобретение относится к области сварки, а именно к сварке плавящимся электродом в среде защитных газов. При сварке используют сопло к сварочной горелке, содержащее корпус с внутренним защитным покрытием и постоянный магнит. Магнит выполняют в виде кольца и устанавливают на корпусе. Защитное покрытие выполняют из магнитной жидкости, в состав которой входят ферромагнитный порошок, кремнийорганическое соединение и поверхностно-активное вещество. Обеспечивается постоянная толщина защитного слоя на внутренней поверхности сопла в процессе сварки
Формула изобретения
Способ сварки плавящимся электродом в среде защитных газов, в котором используют сопло к сварочной горелке, содержащее корпус с внутренним защитным покрытием и постоянный магнит, отличающийся тем, что защитное покрытие выполняют из магнитной жидкости, а магнит выполняют в виде кольца и устанавливают на корпусе.
Анализ изобретения
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ сварки плавящимся электродом в среде защитных газов, в котором используется сопло с внутренним защитным покрытием, выполненным из порошка ферромагнитного материала, а магнит выполнен в виде кольца и установлен на корпусе с возможностью продольного перемещения.
Недостатком данного способа является необходимость при налипании слоя брызг приостанавливать сварку, производить разборку и последующую сборку сопла, что снижает производительность процесса сварки, кроме того, порошок ферромагнитного материала распределяется по образующей поверхности сопла в виде «иголок» разной высоты.
Таким образом, можно сформулировать техническое противоречие.
ТП - Указанный способ обеспечивает защиту сопла от брызг металла, но из-за необходимости останавливать сварку для разборки сопла и последующей очистки его от брызг металла, страдает производительность сварки.
Для устранения данного технического противоречия использовался «Принцип изменения физико-химических параметров объекта»:
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе сварки плавящимся электродом в среде защитных газов используется сопло к сварочной горелке, содержащее корпус с внутренним защитным покрытием и постоянный магнит, защитное покрытие выполнено из магнитной жидкости, а магнит выполнен в виде кольца и установлен на корпусе. При сварке капли расплавленного металла налипают не к частицам ферромагнитного порошка сопла, а к магнитной жидкости, при этом толщина слоя магнитной жидкости остается постоянной. В состав магнитной жидкости входят: ферромагнитный порошок Fe 2О3 или Fe3 O4; кремнийорганическое соединение в виде силиконовой жидкости и ПАВ. Постоянная толщина защитного слоя покрытия обеспечивается характеристикой постоянного магнита и наличием в составе магнитной жидкости кремнийорганического соединения, которое не изменяет своих физических параметров под воздействием высоких температур сварочной дуги.
Периодически при налипании определенного слоя брызг, затрудняющего проведение процесса сварки, последний удаляется вместе с частью магнитной жидкости путем выдувания отделившихся брызг сжатым воздухом.
Заключение
В данной курсовой работе был проведен патентный поиск по теме «аргонно-дуговая сварка плавящимся электродом». Из найденных документов были выбраны 3 патента, по которым провели анализ изобретений и определены приемы устранения технических противоречий использованных в этих изобретениях.
Список литературы
1. https://ru.wikipedia.org
2. https://www.freepatent.ru
3. https://www1.fips.ru
4. Способ неразрушающего контроля состояния объекта:Пат.2304766РФ, МПК G01N23/18.Хаютин С.Г.,заявитель и патентообладатель ФГУП «ММПП» «САЛЮТ»;Заявлено 07.04.2006;Опубл.20.08.2007.
5. Шланговый-дефектоскоп:Пат.2473073РФ, МПК G01N23/00.ХорошеевВ.Н.,ДекоповА.С.,Волчков Ю.Е.,Косицын Е.М.,Никольский С.И.,Федотов В.И.,заявитель и патентообладатель ОАО «НИИТФА»;Заявлено 27.09.2011;Опубл.20.01.2013.
6. Гамма-дефектоскоп:Пат.2428679РФ, МПК G01N23/00.Декопов А.С.,Федотов В.И.,Гуськов В.К.,заявитель и патентообладатель ОАО «НИИТФА»;Заявлено 21.05.2010;Опубл.10.09.2011.
7. СТО УГАТУ 016 – 2007. Стандарт организации. Графические и текстовые конструкторские документы. Уфа, 2007 – 92с.
Приложение
Приложение А. Патент № 2268809
«Способ аргонно-дуговой сварки плавящимся электродом с импульсной модуляцией тока»
Приложение Б. Патент № 2288821
«Способ дуговой сварки покрытым электродом вертикального шва методом "сверху-вниз"»
Приложение В. Патент № 2322332
«Способ сварки в среде защитных газов»