книги из ГПНТБ / Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования сварочных процессов

с помощью обратных связей по току сварки и по выходному напряжению ЭМУ. Ступенчатое возмущение по сварочному току вводили в систему балластным реостатом, возмущение по тол­ щине свариваемого металла создавалось с помощью профрезерованной поперечной канавки шириной 25 мм и глубиной 0,8 мм,

Рис. 35. Функциональная схема системы регулирования проплав­ лення

данию системы КСС-3, замкнутой по проплавленню шва, была проведена в МВТУ им. Баумана под руководством автора '.

Система КСС-3 выполнена на базе серийного сварочного ап­

по оси стыка свариваемых обечаек 8 и 9. Проплавление шва контролируется фотоэлектрическим датчиком 7, неизменность зоны визирования на пятне проплавлення поддерживает син­ хронно-следящая система, привод 6 ее размещен на телескопи­ ческой штанге, вводимой внутрь свариваемых обечаек. Сигнал датчика проплавлення 7 поступает на усилитель-преобразова-

1 'В разработке и изготовлении системы КСС-3 участвовали: И. Н. Артеменко, В. И. Сивцов, А. П. Игошин, Б. А. Бурак, А. Г. Каюмов, В. В. Романов.

пых кабин на ЗИЛе обслуживают пять операторов (ранее эти операции выполняли 18 человек), темп линии 55 сек. Автома­ тическая линия сборки и сварки кабин с темпом 56 сек вообще работает без участия операторов — ее обслуживает один на­ ладчик.

На несколько более высоком уровне стоят системы управле­ ния, изменяющие несколько параметров процесса по заранее разработанной программе. При построении таких систем часто ограничиваются воздействием лишь на уставки основных его параметров и редко вводят в них устройства контроля. Отсут­ ствие информации о результатах управления при жесткой про­ грамме и разомкнутой системе управления не позволяет полу­ чить необходимую точность поддержания параметров в процес­ се сварки. Такие системы поэтому, хотя и совершеннее первых, все же можно отнести только к системам мягкого программи­ рования. Более заметно недостатки этих систем проявляются при сварке труб в неповоротном положении и изделий сложной формы, а также при сварке металлов с особыми свойствами. Здесь необходимы жесткие обратные связи, которые дали бы возможность стабилизировать значения параметров процесса на каждом участке периметра трубы. Системы с такими связями отнесем к системам жесткого программирования.

Стабилизации параметров процесса по заранее заданной про­ грамме может оказаться недостаточно. Система жесткого про­ граммирования приемлема лишь тогда, когда либо сваривае­ мый стык имеет постоянную кривизну, либо технологический процесс вполне отработан, а качество сборки под сварку от из­ делия к изделию не меняется. Если же эти условия не соблю­ даются, то в системе, очевидно, необходимы датчики, дающие информацию об истинном состоянии процесса. Сигналы этих датчиков должны использоваться для коррекции программы по ходу сварки. Системы с автоматической поднастройкой про­ граммы можно отнести к системам гибкого программного управ­ ления. Наиболее совершенными из них будут такие, в которых косвенным или прямым путем контролируется конечный ре­ зультат процесса сварки — проплавление шва.

Формирование программы. Особого внимания требуют на­ чальный и конечный участки шва, где возникает наибольшее число дефектов. В связи с этим рекомендуется начинать сварку при пониженных значениях силы тока и напряжения дуги и до­ водить их до номинальных уровней постепенно, а на конечном участке так же постепенно снижать. Этот принцип управления используется во вновь разрабатываемых установках.

При сварке неплавящимся электродом в защитных газах на­ чало шва часто отличается от последующих его участков: здесь чрезмерно усиление шва и возможны непровары. Объясняется это тем, что основной металл не успевает прогреться на всю глубину. Для устранения такого явления необходимо прогреть

102

тока. В большинстве случаев достаточно регулировать два па­ раметра. Существенное упрощение программ по числу перехо­ дов и по количеству регулируемых параметров дает использо­ вание модулированного (импульсного) тока сварки и попереч­ ных колебаний электрода.

Программирование режима по скорости и току сварки в со­ ответствии с пространственным положением электрода относи­ тельно трубы дает неплохие результаты, однако требует слож­ ной аппаратуры для осуществления [27].

При сварке труб малого диаметра установленный в начале цикла казалось бы оптимальный режим нарушается из-за стекания сварочной ванны, особенно при сварке на спуске и на подъеме и тепловой волной, идущей по периметру трубы в обоих направлениях (по направлению и против хода сварки). Все это приводит к изменению мгновенного объема расплавленного ме­ талла и ухудшению формирования шва и его геометрии. Про­ грамма, обеспечивающая изменение режима по периметру на основе практического подбора или теоретических расчетов, не учитывает все непредвиденные отклонения параметров, влияю­ щие на режим, и поэтому не исключено появление брака. Нуж­ ны датчики, контролирующие прогрев изделия, нужны допол­ нительные обратные связи в системе регулирования, автомати­ чески корректирующие с учетом сигналов этих датчиков режим при движении сварочного электрода по периметру трубы.

В ряде случаев контроль некоторых параметров, определяю­ щих результат процесса сварки (например, геометрические раз­ меры свариваемых деталей и разделки стыка) непосредственно в зоне сварки, невозможен из-за отсутствия места для датчика либо из-за того, что контролируемые параметры уже ликвиди­ рованы сварочной ванной. В такой ситуации, а также при свар­ ке стыков большой протяженности можно использовать следую­ щий метод программирования процесса.

Сварочный аппарат (или изделие относительно него) пере­ мещается при первом проходе с повышенной скоростью без дуги вдоль стыка. Сварщик вручную корректирует положение сварочной головки в поперечном направлении, а все его мани­ пуляции фиксируются на соответствующем программоносителе,• перемещающемся синхронно с движением сварочного аппарата. Одновременно с этим сварщик может вручную вводить на про­ граммоноситель информацию о форме и размерах разделки стыка. Второй проход выполняется на скорости сварки, а запи­ санная информация используется в качестве программы для управления всеми рабочими органами аппарата по ориентации электрода относительно стыка и регулированию режима дуги. Более совершенна система, в которой запись всей необходимой информации осуществляется с помощью датчиков, контролирую­

104

сительно дуги. Информация считывается и подается на вычис­ лительное устройство для формирования программы через про­ межуток времени, за который изделие перемещается от изме­ рителя до электрода. С этой целью блок регулируемого запаз­ дывания связан с приводом перемещения аппарата синхрони­ затором. Поскольку формирование программы в такой системе осуществляется по ходу сварки синхронно с перемещением из­ делия и автоматически, метод, который здесь применяется, мож­ но, по мнению автора, назвать методом «следящего программи­ рования».

Примеры систем программного управления. Программное управление технологическими процессами впервые было приме­ нено при обработке металлов резанием. Поэтому при проекти­ ровании систем автоматизации сварки используются аналогич­

положением сварочной головки относительно изделия или их взаимным перемещением разработана ИЭС им. Е. О. Патона. Программоноситель в системе — стандартная непрозрачная кинопленка шириной 35 мм с краевой перфорацией [80]. На ше­ сти (или четырех) дорожках нанесены команды на перемещения сварочной головки по трем (или двум) координатам, на других четырех (или шести) дорожках записаны технологическиекоманды, одиннадцатая дорожка служит для визуального конт­ роля программоносителя. Считывающее устройство — фотоэлек­ трическое. Блок памяти состоит из двух (для координат х и у) диодных матриц на кремниевых диодах.

Подобные системы программного управления обеспечивают заданные перемещения подвижных органов сварочного оборудо­ вания и заданные перестройки технологических параметров сварки. Однако стремление к универсальности ведет к нерацио­ нальному усложнению программных устройств. В этом смыслевыигрывает другая система, предназначенная для управления перемещениями сварочного мундштука при многопроходной сварке толстостенных кольцевых соединений типа роторов паро­ вых и газовых турбин [83]. Программоноситель системы изго­ товлен из непрозрачного материала толщиной 1 мм, а програм­ ма наносится в виде прорезей, размещение которых определя­ ется месторасположением очередного прохода. Считываниекоманд осуществляется с помощью трех фоторезисторов.

При сварке кольцевых стыков неповоротных труб, если до­ статочно тщательно отработана технология процесса для всех пространственных положений, можно ограничиться применением жесткой программы для всего цикла сварки за один полный оборот головки автомата. Это возможно, если обеспечиваются условия ослабления стекания сварочной ванны. Такие условия создаются при сварке непрерывно горящей, но колеблемой с определенной амплитудой и частотой поперек стыка, дугой. Как

т

ыг 6У

Рис. 36. Функциональная схема системы программного управления дуго­ вой сварки кольцевых стыков неповоротных труб

показала практика, еще более благоприятны условия, например при импульсном токе сварки неплавящимся электродом без при­ садочной проволоки труб из алюминиевых сплавов АМгб и САВ1 [9]. Периметр трубы (в описываемом примере сваривали трубы размерами 25x2 и 38X2 мм) разбивается на 12 участ­ ков. Сварка ведется с постоянной скоростью 12 и 20 м/ч, рас­ ход аргона 9 л/мин. Начинается цикл с подачи аргона. Затем с помощью осциллятора возбуждается дуга и проводится на­ чальный прогрев металла трубы, после чего включается двига­ тель поворота головки. Начинается сварка с положения в зе­ ните.

повышенной мощности дуги, чтобы исключить непровар, кото­

автомат АС-9—МВТУ, функциональная схема которого пока­ зана на рис. 36. Неподвижная часть автомата С (скоба) за­ крепляется на свариваемой трубе таким образом, что поворот­

которой сообщаются двигателем МК через редуктор. Здесь же размещен привод подачи присадочной проволоки, состоящий из

стями сварки и подачи осуществляется через магнитнотиристорные преобразователи МУ1-ТВ1 и МУ2-ТВ2. Значения скоростей сварки и подачи, частоты колебаний электрода и тока сварки задаются в блоке уставок БУ и подаются с помощью програм­ много блока БП по командам, получаемым от датчика углового положения электрода Д. Установка необходимого тока сварки достигается путем перемещения магнитного шунта в источнике питания ИП с помощью релейной следящей системы через блок реле БР. Управляют автоматом с пульта П через блок коммутации БК- Электромагнитный клапан К служит для по­ дачи аргона, О — осциллятор.

Еще достаточно часто разрабатываемые различными орга­ низациями сварочные установки излишне усложняются из-за дополнительных следящих систем и регуляторов, задачей кото­ рых по существу является лишь компенсация дефектов основной конструкции. Описываемый автомат не содержит следящих си­ стем ориентации электрода относительно стыка, ибо при его разработке предполагалось, что если возможно создание безлюфтовой осесимметричной конструкции, то надобность в таких системах отпадает. В какой-то степени это удалось. Отсутствие систем ориентации позволило существенно упростить автомат, однако потребовалась более тщательная проработка его кон­ струкции и аккуратное изготовление.

Автомат АС-9—МВТУ обеспечивает программное регулиро­ вание четырех параметров процесса аргоно-дуговой сварки в широких пределах с изменением программы в десяти контроль­ ных точках периметра стыка. Скорость сварки и скорость пода­ чи присадочной проволоки стабилизируются с помощью жест­ ких обратных связей. Рабочий цикл автомата полностью авто­ матизирован. После установки головки его в исходное положе-

1 В разработке и изготовлении автомата АС-9 — МВТУ участвовали: В. М. Макаров, М. И. Кирющенко, В. П. Платонов, М. Г. Силаева, работники Зкспериментально-опытного завода МВТУ, студенты — члены СКБ-А.