2. Автоматизация дуговой сварки
2.1. Структура сварочного контура и возмущающие воздействия
Формирование сварного соединения можно рассматривать как результат функционирования двухконтурной системы источник питания – источник нагрева – сварочная ванна (рис.2.1).
Рис. 2.1. Схема сварочного контура, FИП, FИН, FСВ – векторы возмущений в источнике, нагрева и сварочной ванне соответственно.
Отдельные компоненты этой системы объединены обратными связями в сложную многосвязную систему. Действие этих связей проявляется в том, что изменения процесса формирования сварного соединения оказывают обратное воздействие на источники нагрева и питания. При дуговой сварке изменение глубины проплавления сопровождаются изменением длины дуги, вследствие чего изменяется напряжение на дуге и режим работы источника питания.
Все многообразие параметров процесса сварки можно разделить на три группы [1]:
энергетические, характеризующие вклад энергии в процесс образования сварного соединения (напряжение и сила тока дуги, температура изделия и др.);
кинематические, характеризующие пространственное перемещение или положение источника нагрева относительно изделия (скорость подачи электродной проволоки, скорость сварки и др.);
технологические, характеризующие условия формирования и кристаллизации сварных швов, переноса электродного металла (диаметр электрода, форма и размеры разделки, величина зазора, вылет и угол наклона электрода, положение шва в пространстве, способ защиты сварочной ванны).
Процесс сварки подвергается возмущениям, нарушающим его нормальное протекание и приводящие к отклонениям показателей качества сварного соединения от требуемых значений.
Источниками энергетических и кинематических возмущений являются промышленная сеть, колебания длины дуги и отклонения электрода от оси стыка, колебания скорости подачи электрода и скорости сварки и др.
Причины технологических возмущений -- несовершенство технологии подготовки кромок свариваемой заготовки и их сборки, изменения химсостава свариваемого материала, состава защитного газа.
В условиях действия возмущений качественные сварные соединения могут быть получены только на основе использования систем автоматического управления (САУ), которые выполняют следующие функции:
программное управление перемещениями рабочих органов сварочного оборудования;
управление последовательностью операций – системы программного управления сварочными циклами;
стабилизация режима сварки;
автоматизация направления электрода по стыку сварного соединения с помощью следящих систем;
компенсация отдельных технологических возмущений;
управление процессом сварки с использованием математических моделей, описывающих процесс образования сварного соединения с учетом трудноконтролируемых технологических возмущений (изменение химсостава основного и присадочного материалов, защитной среды и др.).
2.2. Программное управление перемещениями рабочих сварочного оборудования
В зависимости от характера управления СПУ могут быть разделены на позиционные и контурные. Первые обеспечивают последовательное позиционирование рабочего органа из одной точки пространства в другую (применяются для сварки электрозаклепками, дуговой приварки шпилек и бобышек, многопроходной сварки для раскладки валиков др.).
Контурные СПУ применяются для обеспечения движения с заданной контурной скоростью в любой точке траектории (сварка криволинейных и пространственных швов, наплавка сложных поверхностей, термическая резка и др.).
По способу задания и отработки программы, а также по виду применяемых технических средств СПУ делятся на кинематические и числовые.
Характерной особенностью кинематических систем СПУ является задание величины и траектории перемещений в виде сменяемых геометрических аналогов (моделей).
Системы числового программного управления (ЧПУ). Характерной особенностью этих систем является представление информации о величинах и траекториях перемещений, а также о параметрах режимов в алфавитно-цифровом виде, а переработка этой информации осуществляется с применением методов и средств вычислительной техники. Системы ЧПУ—наиболее гибкое средство автоматизации манипуляционных систем сварочного оборудования.