Автоматизация сварочных процессов

В качестве датчиков систем слежения за стыком наиболее широко используются электромагнитные датчики, но применяются также фотоэлектрические и телевизионные датчики.

Рис. 2.14. Функциональная схема системы поперечной коррекции электрода относительно стыка

Из электромагнитных датчиков наиболее широкое применение нашли индуктивные и индукционные датчики.

Работа индуктивных датчиков основана на зависимости индуктивного сопротивления катушки от ее расположения относительно стыка. Конструкция индуктивного датчика показана на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Конструкция индуктивного датчика положения стыка

41

Работает этот датчик следующим образом. Две индикаторные катушки расположены на полюсах П-образного магнитопровода и включены в цепь питания генератора переменного напряжения (Г). Когда зазор в стыке находится на одинаковом расстоянии от катушек, магнитные потоки равны и напряжение на выходе равно нулю. Если датчик смещается относительно стыка в одну из сторон, то появляется сигнал, характеризующий величину и направление смещения.

Применение индуктивных датчиков требует большой точности сборки свариваемых кромок. Поэтому более перспективны в практическом применении индукционные датчики (рис.2.16).

Рис. 2.16. Конструкция индукционного датчика положения стыка

Датчик представляет собой устройство, состоящее из двух систем обмоток, одна из которых питается переменным током, а другая является индикаторной. Датчик работает по принципу сравнения двух ЭДС, т.е. он реагирует на изменение взаимоиндукции между контуром питания и измерительным контуром.

42

Возможны три варианта использования фотодатчиков для контроля за стыком:

–с двумя рабочими фотодатчиками;

–с одним рабочим фотодатчиком и одним компенсационным;

–с одним фотодатчиком.

Схема системы с двумя рабочими фотодатчиками приведена на рис. 2.17.

Рис. 2.17. Схема системы слежения с двумя рабочими фотодатчиками

Система состоит из источника света (ИС), дающего два световых пятна или одно пятно, вытянутое поперек линии стыка, двух фотодатчиков (ФД1 и ФД2), каждый из которых контролирует положение своего пятна, и преобразователя сигналов (П). Она работает следующим образом. При симметричном расположении обоих пятен относительно линии стыка сигнал на выходе преобразователя равен нулю, а при уходе линии из этого положения на выходе преобразователя появляется выходное напряжение, величина которого определяется величиной отклонения, а фаза – направлением отклонения.

Схема системы с одним рабочим фотодатчиком и одним компенсационным приведена на рис. 2.18.

43

В этом случае контролируется положение одного светового пятна относительно программной линии. ФД1 воспринимает световой поток, отраженный от линии стыка и от фона, а ФД2 контролирует только фон.

Рис. 2.18. Схема системы слежения с одним рабочим фотодатчиком и одним компенсационным

Это позволяет при соответствующей настройке исключить на выходе составляющую, создаваемую фоном, и выделить сигнал, который соответствует линии стыка.

Схема системы с одним фотодатчиком приведена на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Схема системы слежения стыка с одним рабочим фотодатчиком

44

В этом случае используется метод сканирования опорной линии вращающимся по круговой траектории световым пятном. Импульсы тока, возникающие в ФД при пересечении пятном линии, обрабатываются преобразователем (П) таким образом, чтобы при диаметральном положении линии стыка в окружности, рисуемой световым пятном, сигнал на выходе преобразователя был равен нулю. При хордовом положении знак и величина сигнала будут определяться величиной и направлением ухода линии стыка от диаметральной позиции.

2.1.8. Системы программного управления дуговой сваркой

Системы программного управления дуговой сваркой, как и другие системы программного управления, разделяются на ряд групп по уровню их совершенства.

Наиболее совершенными являются системы программного управления с обратными связями по программируемым параметрам. Обратная связь в таких системах реализуется с помощью датчиков, дающих в любой момент времени истинную информацию об изменении каждого параметра процесса дуговой сварки. Эти системы являются наиболее сложными, но обладают большими возможностями в управлении процессом дуговой сварки в условиях действия случайных технологических возмущений.

Более простыми системами являются системы управления, изменяющие несколько параметров процесса дуговой сварки по заранее разработанной жесткой программе. В этом случае программирование из-за отсутствия информации о результатах управления не позволяет получить качественных сварных соединений при действии технологических возмущений. Однако такие системы вполне могут удовлетворить технолога, если свариваемая деталь имеет несложную форму и хорошо подготовлена под сварку. Их широко применяют в крупносерийном и массовом производствах.

45

Рассмотрим принципы построения систем программного управления процессом дуговой сварки с жестким программным управлением.

Программное управление при дуговой сварке неплавящимся электродом

При разработке программ сварочного цикла важен выбор технологической схемы сварки, а также определение границ участков с одинаковыми параметрами режима.

Например, для кольцевого стыка труб, выполняемого автоматически аргонодуговой сваркой, можно составить типовую программу последовательности сварочных операций в виде циклограммы (рис. 2.20).

Рис. 2.20. Типовая программа последовательности сварочных операций при дуговой сварке неплавящимся электродом

46

Здесь программа состоит из начального обдува (НО) соединения аргоном (5–10 с), включения осциллятора (ОСЦ) и возбуждения основной дуги для местного прогрева стыка (4–6 с), включения двигателя вращения автомата, обеспечивающего требуемую скорость сварки, и наложения рабочего участка шва.

Конечная программа требует некоторого перекрытия (П) начала шва (10 с), заварки кратера (ЗК) и заключительного обдува (ЗО) стыка аргоном (10–15 с). После небольшой паузы (1–2 мин) по той же программе выполняется следующий проход шва.

Схема заполнения разделки неповоротного стыка трубы при многопроходной сварке и программы перемещения горелки по координатам Х и Y показаны на рис. 2.21.

Рис. 2.21. Схема заполнения разделки неповоротного стыка труб при многопроходной сварке

До первого прохода горелка устанавливается при заданной начальной длине дуги на ось стыка. При последующих проходах в соответствии с заданной программой горелка перемещается по координатам Х и Y.

47

Программное управление сварочным циклом при сварке под флюсом

Циклограмма работы автомата для сварки под флюсом показана на рис. 2.22. Цикл начинается с операции возбуждения дуги. Для надежного возбуждения дуги применяют способ отрыва конца электродной проволоки от свариваемого изделия в момент включения сварочного напряжения на автомате и источнике питания. Перед началом сварки конец электродной проволоки подводят к детали до получения с ней электрического контакта. При включении автомата появляется сварочное напряжение между свариваемым изделием и электродной проволокой и запускается двигатель механизма подачи, который начинает отводить конец электродной проволоки от детали, возбуждая дугу. По мере отвода конца электродной проволоки напряжение на дуге возрастает, и, когда оно достигает определенной величины, двигатель реверсируется и начинает подавать электродную проволоку в зону дуги. Время этой операции на циклограмме обозначено t1.

Рис. 2.22. Циклограмма работы автомата для сварки под флюсом

48

После возбуждения дуги начинается операция сварки, во время которой в зону дуги подается электродная проволока и перемещается сварочная каретка. Длительность операции сварки обозначена на циклограмме t2, она зависит от длины шва и скорости сварки.

После окончания операции сварки происходит растяжка дуги. Она осуществляется путем прекращения подачи электродной проволоки в зону дуги без выключения сварочного напряжения. Под действием напряжения дуга продолжает гореть, и конец электродной проволоки оплавляется, растягивая дугу до тех пор, пока она не оборвется. При обрыве дуги выключается сварочное напряжение. Время операции растяжки дуги обозначено на циклограмме t3.

Программное управление сварочным циклом при сварке в защитных газах

В промышленном производстве широко распространена полуавтоматическая сварка в среде защитного газа. Циклограмма работы полуавтомата такого вида сварки показана на рис. 2.23.

Цикл начинается с подачи защитного газа в газовый тракт, при этом обеспечивается его продувка в течение времени t1 = = 0,5…5 с в зависимости от длины тракта. После продувки подается сварочное напряжение, и включается двигатель подачи электродной проволоки. Непосредственным касанием проволоки детали возбуждается дуга, и начинается сварка. Время сварки t2 зависит от скорости сварки и длины шва.

Для окончания сварки прекращается подача электродной проволоки без отключения сварочного напряжения, дуга растягивается вследствие оплавления конца электродной проволоки.

На циклограмме время растяжки дуги обозначено t3, оно составляет 0,5...5 с. По окончании времени t3 сварочное напря-

49

жение выключается, а подача газа еще продолжается в течение времени 0,5...5 с для обеспечения защиты сварочной ванны от окисления при остывании.

Таким образом, цикл работы полуавтомата для дуговой сварки плавящимся электродом в защитном газе состоит из четырех операций: продувки газового тракта защитным газом, сварки, растяжки дуги и защиты сварочной ванны после прекращения сварки.

Рис. 2.23. Циклограмма работы полуавтомата для сварки в среде защитного газа

Цикл работы автомата для сварки в защитном газе отличается от рассмотренного цикла работы полуавтомата только тем, что одновременно с подачей проволоки происходит включение и соответственно по окончании сварки – выключение двигателя перемещения каретки, а также тем, что для возбуждения дуги электродная проволока к детали подводится с несколько пониженной скоростью.

50