Тема 4.1 Методи розробки сак зварювальними процесами

Методи розробки САК зварювальними процесами

Визначення основних показників якості зварного з'єднання, що забезпечують

задані вимоги експлуатаційної надійності виробу. Вибір регульованих величин і

керуючих дій. Оцінка впливу на зварювальний процес імовірних збурень.

Формулювання задач автоматичного керування. Вибір регулюючих дій.

Формулювання вимог до пристроїв САК. Побудова функціональної схеми САК.

Рівень автоматизації і продуктивність виробництва

Методичні вказівки

САК зварювальними процесами розробляється на підставі технічного

завдання, в якому повинні бути такі данні:

1) технічна характеристика та умови роботи обладнання;

2) джерело енергопостачання САК (промислова електрична мережа або

автономне живлення) та його параметри (потужність, вид струму та інше).

3) призначення та перелік виконавчих пристроїв (електродвигунів, тягових

електромагнітів, гідравлічних та пневматичних циліндрів) та їхні характеристики:

число ходів, напруга та вид струму, період включення та інше;

4) циклограма роботи механізмів обладнання, що проектується;

5) опис нормального, налагоджувального та спеціальних режимів роботи;

6) послідовність роботи механізмів при повторному вмиканні після

аварійного вимикання або зникнення напруги;

7)відомості про у або його відновлення після повернення механізмів у

вихідне положення;

8) захисні пристрої та блокувальні зв'язки між механізмами;

9) місце встановлення апаратури та пультів керування;

10) перелік та призначення апаратів керування на кожному пульті;

11) необхідність приладів візуального контролю та сигналізації.

До технічного завдання додаються необхідні креслення: загальний вид з

розміщенням основного електрообладнання, кінематична та пневмогідравлічна

схеми, циклограма та інші креслення, які пояснюють роботу механізмів або

агрегатів.

Методичні вказівки

Вимірювання — пізнавальний процес знаходження відношення між двома

величинами однакової природи — вимірюваною й умовною одиницею

вимірювання.В техніці під вимірюванням розуміють відображення фізичних

величин їх значеннями за допомогою експерименту та обчислень із

застосуванням спеціальних технічних засобів. Результати вимірювань можуть

бути використані за умови, якщо відомі відповідні характеристики похибок або

невизначеності вимірювань

В автоматичних і автоматизованих системах керування зварюванням

застосовують широко застосовують датчики. Датчик (сенсор, первинний

перетворювач) - це елемент вимірювального, сигнального або керуючого

пристрою системи, що перетворює контрольовану величину в зручний для

використання сигнал

Широко зустрічаються два основних значення терміна "датчик":

• чутливий елемент, що перетворить параметри середовища в придатний для

технічного використання сигнал;

• закінчений виріб на основі зазначеного вище елемента, що включає,

залежно від потреби, пристрої посилення сигналу, лінеаризації,

калібрування, аналого-цифрового перетворення й інтерфейсу для інтеграції

в системи керування.

Вибираючи датчик, насамперед , необхідно правильно визначити

пріоритети за наступними критеріями:

• роздільна здатність і точність;

• лінійність;

• швидкість вимірюваного процесу;

• умови застосування й клас захисту;

• надійність;

• габаритні розміри;

• вартість.

Методичні вказівки до самостійної роботи

1. Аналіз технологічного процесу зварювання

1.1. Характеристика виробу, що зварюється, та технічні вимоги до

нього

У цьому розділі необхідно визначити основні показники якості зварного

з'єднання, що забезпечують задану експлуатаційну надійність виробу. Ці

показники (або групи показників), які визначають міцність і пластичність при

заданих видах навантаження і температурі експлуатації, розмірну точність шву і/

або зварної конструкції, для різних виробів можуть значно відрізнятись.

1.2. Параметри зварювального режиму

Всю багатоманітність параметрів процесу зварювання можна умовно

поділити на три групи:

енергетичні, що характеризують внесок енергії в процес утворення

зварного з'єднання;

кінематичні і геометричні, що характеризують просторове переміщення

або положення джерела нагрівання відносно виробу;

технологічні, що характеризують умови формування і кристалізації

зварних швів, перенесення електродного металу.

У цьому розділі необхідно визначити і обґрунтувати:

– спосіб зварювання (може бути заданий);

– зварювальні матеріали (електродний або присаджувальний дріт, захисний

газ або флюс, тощо);

– рід і силу зварювального струму, вольт-амперну характеристику джерела

живлення;

– швидкість переміщення джерела нагріву відносно виробу;

– інші параметри режиму (за потребою).

Вибираючи параметри режиму, необхідно наводити посилання на

нормативно-технічну документацію або відповідні розрахунки з посиланням на

використані літературні джерела, з яких була взята методика розрахунку.

Слід також визначитись із можливою продуктивністю установки, виходячи

із запропонованої технології зварювання і параметрів режиму. Якщо

продуктивність задано, то в цьому розділі слід визначити технологічні заходи,

необхідні для її забезпечення. Це може бути одночасне зварювання кількома

зварювальними головками або застосування одночасного збирання і зварювання

на різних позиціях, тощо.

1.3. Характерні дефекти виробу, збурення, що до них призводять та

способи запобігання їх впливу на якість зварного з’єднання

В умовах виробництва технологічний процес зварювання зазнає збурень —

впливів, які порушують нормальне протікання процесу і призводять до

відхилення показників якості зварного з'єднання від бажаних значень. Збурення

можуть впливати на всі без винятку параметри процесу зварювання, однак

класифікувати їх зручніше не за місцем прикладання, а за аналогією з

параметрами зварювального процесу.

Джерелами енергетичних, кінематичних і геометричних збурень є

промислова мережа і власне зварювальне устаткування: джерела живлення,

апаратура керування, приводи подавання електрода, переміщення і т. ін.

Джерелами технологічних збурень є недосконалість технології підготовки

заготівок та їх складання, технологія зварювання, зовнішні впливи.

У цьому розділі необхідно визначити всі можливі дефекти виробу,

спричинені зварюванням, а саме:

– дефекти зварного шва

– деформації виробу

Збурення (енергетичні, кінематичні і геометричні, технологічні) що

призводять до появи дефектів, необхідно розділити на групи:

– збурення, які можна усунути або зменшити їхню негативну дію

організаційними заходами (підвищення точності збирання, якості зварювальних

матеріалів, тощо);

– збурення, вплив яких на якість зварного з’єднання можна зменшити

технологічними заходами (попередній підігрів, використання тепловідводів,

притискачів, тощо);

– збурення, які можна усунути або зменшити їхній рівень технічними

засобами (стабілізація або програмна зміна окремих параметрів процесу,

застосування систем стеження, тощо).

Виявлення найбільш небезпечних збурень здійснюють за наступними

критеріями методом експертної оцінки

– значимість утворюваних завдяки збуренню дефектів (1-10 балів) - X

– частота виникнення дефектів (появи збурень) (1-10 балів) -Y

– складність виявлення утворюваних завдяки збуренню дефектів (1-10

балів) -Z

Небезпечність збурень оцінюють за пріоритетним числом ризику

ПЧР=X.Y.Z

Вартими уваги вважають збурення з ПЧР.125

1.4. Контрольовані параметри та керувальні дії

Для обраної технології зварювання потрібно визначити керовані величини і

керувальні дії. Керовані величини – це такі, які визначають режим зварювання, а

керувальні – такі, що дозволяють впливати на параметри, які визначають режим

зварювання.

Так, для зварювання під флюсом плавким електродом керованими

величинами є струм зварювання, напруга на дузі і швидкість зварювання.

Керувальні дії при цьому – швидкість подавання електродного дроту (або,

конкретніше, швидкість обертання якоря двигуна подавання електродного дроту),

вольт-амперна характеристика джерела живлення та швидкість обертання якоря

двигуна переміщення пальника.

1.5. Задачі автоматичного керування

У цьому розділі необхідно визначити, як треба впливати на керовані

величини для досягнення бажаного результату – отримання якісного зварного

з’єднання при найвищих техніко-економічних показниках.

Задачами автоматичного керування найчастіше є:

– стабілізація керованої величини (підтримання керованої величини із

заданою точністю на постійному рівні протягом тривалого часу);

– програмування керованої величини (змінювання керуючої величини із

заданою точністю за наперед відомим законом)

– стеження (змінювання керуючої величини із заданою точністю за наперед

невідомим законом).

Для різних керованих величин можна поставити різні задачі автоматичного

керування. Наприклад, в установці для дугового зварювання можна стабілізувати

швидкість подавання електродного дроту та лінійну швидкість зварювання,

слідкувати за лінією зварювання і програмувати зварювальний цикл на початку і в

кінці зварювання (з метою розведення ванни та заварки кратера).

2. Обґрунтування конструкції та опис установки та її вузлів

У цьому розділі необхідно визначити склад установки та усі виконавчі

пристрої, що необхідні для здійснення зварювання.

2.1. Функціональна схема установки та циклограма її роботи

Функціональна схема – схема, яка пояснює окремі процеси, що

відбуваються в окремих функціональних частинах виробу (установки) або у

виробі (установці) в цілому. Функціональними схемами користуються для

визначення принципів роботи і складу установки під час її проектування, а також

їх наводять у технічній документації з метою пояснення роботи установки для

налагодження, контролю і ремонту. Одночасно з розробкою функціональної

схеми, доцільно визначити вимоги до кожного її елемента.

Функціональна схема і циклограма – потрібні документи для подальшої

розробки принципової електричної схеми. З метою вдосконалення схеми

доцільно скласти таблицю, у якій визначити рівні та потужності необхідних

вхідних та вихідних величин. Якщо рівень або тип вихідного сигналу одного з

елементів функціональної схеми не співпадає з рівнем і типом відповідного

вхідного сигналу іншого елемента, слід увести у схему пристрої для їх

узгодження.

Приклад функціональної схеми наведено на рис 1. Кожний елемент цієї

функціональної схеми – достатньо самостійна система автоматичного керування

окремим параметром технологічного процесу.

Рисунок 1 Функціональна схема установки для дугового зварювання

Циклограма роботи показує послідовність умикання і вимикання всіх

елементів функціональної схеми. На циклограмі мають бути позначені всі часові

інтервали. Приклад циклограми роботи установки наведено на рис. 2.

Рисунок 2 Циклограма роботи установки для дугового зварювання

2.2. Керувальний пристрій

Керувальний пристрій – це пристрій, що виробляє керувальну дію, яка

подається на виконавчий пристрій. Керувальний пристрій може бути побудований

на різній елементній базі – пневматичних, гідравлічних, електричних елементах.

Найчастіше застосовують електричні системи керування. У свою чергу, ці

системи можуть бути неперервними (аналоговими) та дискретними – релейними

або цифровими.

Система керування може мати ієрархічну будову. Це означає, що деякі

елементи системи керування – це самостійні системи керування (локальні

регулятори). Наприклад, система керування зварювальної установки може

містити приводи електричних двигунів – самостійні і часто складні системи

керування.

У сучасних системах керування найчастіше використовують пристрої

керування на основі стандартних промислових контролерів. За потреби реалізації

простих алгоритмів керування розробляють спеціалізовані пристрої на основі

однокристальних мікроЕОМ.

2.3. Датчики

Датчик – це елемент, який вимірює поточне значення регульованої

величини. Він повинен мати на виході величину тієї фізичної природи, яку

прийнято в даній системі для вироблення регулювальної дії. Найчастіше вихідні

величини датчика – це різні електричні параметри: струм, напруга, фаза та ін.

Якщо чутливим елементом датчика сприймається неелектрична величина, то її

необхідно перетворити в адекватний електричний сигнал.

У цьому розділі пояснювальної записки належить визначитись із типами

всіх датчиків, що застосовуються в установці, і характеристиками вимірюваних

величин. Для енергетичних параметрів процесу зварювання слід визначити

вимірювану величину – миттєві, середні, середні випрямлені або діючі

(ефективні) значення. Для кінематичних параметрів процесу зварювання потрібно

визначитись із вимірюваними параметрами (швидкість, відстань, шлях, кут

обертання, тощо). Датчики просторового положення можуть визначати абсолютне

або відносне положення, тобто приріст координати відносно початкового стану.

Для всіх датчиків треба визначити діапазон вимірювання, необхідну (і

достатню) точність вимірювання, час вимірювання. Вибираючи датчики, слід

ураховувати габаритні розміри, масу й умови його експлуатації у складі

зварювальної установки (температурний режим, дію теплового,

ультрафіолетового, електромагнітного випромінювання, тощо).

2.4. Виконавчі пристрої установки

Виконавчий пристрій – це пристрій, який безпосередньо впливає на об’єкт

керування (регулювання), змінюючи його стан відповідно до сигналів, які

надходять від обчислювача.

Зварювальні установки містять, як правило, такі виконавчі пристрої:

– електропневмоклапани – для керування подаванням захисного газу в зону

зварювання або для керування пневматичним приводом;

– приводи – електричні, пневматичні, гідравлічні – для переміщень робочих

органів установки;

– зварювальні джерела живлення.

У цьому розділі треба визначитись з вимогами до виконавчих пристроїв: їх

типом, потужністю, видом руху (обертовий, лінійний), характером руху

(неперервний, дискретний), потребою в редукторах та інших допоміжних

пристроях. Також слід визначитись із джерелами живлення виконавчих пристроїв

і вимогами до їх систем керування (точністю, швидкодією, тощо).

Потрібно визначити рівень і тип керувальних дій (аналогові, релейні,

цифрові) – вхідних для виконавчого пристрою.

№ Рис. Матеріал Спосіб

зварювання

Розміри, мм

L l a b d1 d2 d3

1 1 Ст10 72 4·103 2·103 2·103 100

2 1 Ст10 21 2·103 103 103 1,00

3 1 Ст10 24 103 500 20 10

4 1 Ст10 22 2·103 103 103 1,00

5 1 Ст10 121 4·103 2·103 2·103 20

6 3-2 20Х13 131 1000 5 500 490 500

7 1 Ст10 72 3·103 2·103 2·103 600

8 1 Ст3 135 4·103 2·103 2·103 5

9 1 АМц 21 2·103 103 103 1,00

10 1 Ст10 24 103 500 80 100

11 2 Ст10 24 2·103 103 1370 1420

12 1 Ст20 72 2·103 2·103 3·103 600

13 3-1 20Х13 141 5 20 800 790 1000

14 1 Ст20 22 3·103 103 103 0,5

15 3-1 АМг5М 141 2·103 10 40 800 0 1000

16 1 Ст20 72 4·103 2·103 3·103 200

17 1 АМц 22 500 103 103 1,00

18 2 Ст20 24 2·103 1370 1420

19 2 Ст20 185 250 44 50

20 3-2 АМг5М 181 1000 20 500 460 500

Зміст

ВСТУП ................................................................................................................. 3

РОЗДІЛ 1 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ....... 6

Тема 1.1.Основні поняття теорії автоматичного керування .......................... 6

Методичні вказівки ................................................................................... 6

Контрольні питання................................................................................... 9

РОЗДІЛ 2 АВТОМАТИЗАЦІЯ ЗВАРЮВАННЯ ПЛАВЛЕННЯМ ................ 10

Тема 2.1 Автоматизація електродугового зварювання ................................ 10

Методичні вказівки ................................................................................. 12

Тема 2.2 Автоматизація електрошлакового зварювання ............................. 17

Методичні вказівки ................................................................................. 17

Тема 2.3 Автоматизація електронно-променевого зварювання .................. 19

Методичні вказівки ................................................................................. 19

РОЗДІЛ 3 АВТОМАТИЗАЦІЯ ЗВАРЮВАННЯ ТИСКОМ ........................... 21

Тема 3.1 Автоматизація процесів точкового і шовного зварювання .......... 21

Методичні вказівки ................................................................................. 21

Тема 3.2 Автоматизація стикового контактного зварювання...................... 23

Методичні вказівки ................................................................................. 23

РОЗДІЛ 4 РОЗРОБКА САК ЗВАРЮВАЛЬНИМИ ПРОЦЕСАМИ ................ 25

Тема 4.1 Методи розробки САК зварювальними процесами ...................... 25

Методичні вказівки ................................................................................. 25

Тема 4.2 Вимірювання, регулювання та реєстрація результатів при

зварюванні .............................................................................................................. 26

Методичні вказівки ................................................................................. 26

.................................................................................. 28

Зміст та оформлення текстової частини контрольної роботи ..................... 28

Зміст та оформлення графічної документації .............................................. 29

Методичні вказівки до самостійної роботи .................................................. 30

1. Аналіз технологічного процесу зварювання ...................................... 30

2. Обґрунтування конструкції та опис установки та її вузлів ............... 33

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ .............................................. 42

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ОСНОВНА

1.Автоматичне керування електрозварювальними процесами і установками: Навч.

посібник/За ред. В.К.Лебедєва, В.П.Черниша.- К.: Вища шк., 1994. - 391 с.:іл.

2.Автоматизация сварочных процессов /Под ред.В.К.Лебедева. В.П.Черныша.- К.:

Вища шк., Головное изд-во, 1986.-296 с.

3.Львов Н.С., Гладков Э.А. Автоматика и автоматизация сварочных процессов.

Учебное пособие для вузов по специальности "Оборудование и технология

сварочного производства".-М.:Машиностроение, 1982.- 302 с.,ил.

4.Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и

управления: Учеб. пособие для втузов.-2-е изд, перераб и доп.-М.: Наука. Гл. ред.

физ.-мат. лит., 1989.-304 с.-IІBN 5-02-014112-7.

ДОДАТКОВА

5.Беседы по автоматике. Голубничий Н.И., Зайцев Г.Ф., ИващенкоМ.А., Чинаев

П.И., Чумаков Н.М. "Техніка", 1971, 232 стр.

6.Н.Н.Иващенко. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем.

Учебник для вузов. Изд. 4-е, М., "Машиностроение", 1978, 736с.

7. Автоматическое регулирование проплавления при сварке неплавящимся

электродом /В.К.Лебедев, Р.М.Широковский, Ю.А.Паченцев и др. //Датчики и

измерительные преобразователи для контроля и регулирования сварочных

процессов, -К.: ИЭС им.Е.О.Патона, - 1985

8. Агейкин Д.И., Костина Е.И., Кузнецова Н.И. Датчики контроля и

регулирования: Справ. материал. -М: Машиностроение, -1965, -928 с.

9. Чвертко А.И., Патон В.Е., Тимченко В.А. Оборудование для механизированной

дуговой сварки и наплавки. -М.: Машиностроение, -1981, - 264 с., ил.

10. Бондаренко О.П., Дуркин В.Е. Автоматизация процесса электрошлаковой

сварки протяж±нных швов // Автомат. упр. процессами сварки и нанесения

покрытий: Сб.научн.тр. -К.: ИЭС им.Е.О.Патона, -19884с