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

равлять его по стыку с точностью ±2,0 мм. Повысить точность здесь нельзя, так как слежение осуществляется по одной кром­ ке, а не по оси стыка.

Предложена следящая система с фотоэлектрическим скани­ рующим по кругу датчиком. Окружность сканирования распо­

неравенстве интервалов времени между пересечениями стыка и кромки шва с одной стороны и кромкой шва и стыком с другой стороны после соответствующей обработки сигнала получить управляющее воздействие, необходимое для корректирования положения электрода относительно оси стыка. Одновременно с

более 2 мм для толщин свыше 20 мм (для изделия 1 и 2-й ка­ тегорий). Тем не менее на практике часто приходится сталки­ ваться с превышениями кромок до 4—8 мм. В одном из вариан­ тов датчика за счет дополнительных обмоток и особой формы магнитопровода3 , а также подбором частоты питающего напря­

бот 3 и каретка не несут большой динамической нагрузки. Это позволяет получить высокое быстродействие системы и хорошую

ка 1 . Однако, как показали проведенные в МВТУ им. Баумана исследования, компенсации ошибки от превышения кромок та­ ким способом удается достичь только при одном значении пре­ вышения. Да и реализовать конструкцию такого датчика прак­ тически довольно трудно.

Более эффективно решается задача в системе направления электрода по стыку при сварке прямошовных труб большого диаметра. Здесь обмотки датчика, реагирующие только на пре­ вышение кромок, располагаются по оси, перпендикулярной оси основных обмоток. Первичный поток создается с помощью П-об- разного магнита, питаемого от сети 50 гц. Воспринимающая система состоит из двух комбинированных катушек, одна из обмоток которых контролирует интенсивность потока выпучи­ вания над зазором в стыке (краевой эффект), а другая — ин­ тенсивность полного потока. Сигнал, характеризующий только смещение стыка и содержащий небольшую составляющую от превышения кромок, выявляется сумматором2 . Следящая сис­ тема с таким датчиком на стыках с кривизной 20 мм/м обеспе­ чивала точность 0,5—0,2 мм [3, 17].

По мнению автора, еще не полностью исчерпаны и исследо­ ваны механические способы компенсации ошибки при вертикаль­ ном смещении одной кромки относительно другой путем переме­ щения частей магнитной системы датчика. В таком датчике магнитная система состоит из двух прямых вертикальных сердеч­ ников, на каждом из которых закреплена вторичная обмотка, а первичная обмотка охватывает сразу оба сердечника. Поверх сердечников располагаются пластинки, закрепленные на стерж­ нях, опирающихся на свариваемые поверхности3 . Если под дат­ чиком появляется неодинаковое расстояние до свариваемых по­ верхностей (превышение кромок), то сверху, над сердечниками, зазоры меняются в обратном порядке. Предполагается, что благодаря неизменности суммарного зазора выходной сигнал датчика не зависит от превышения кромок. Однако полностью исключить такую зависимость в этой конструкции, как показа­ ли исследования, проведенные в МВТУ им. Баумана, не удается.

Любопытные результаты получены в МВТУ им. Баумана при разработке конструкции магнитопровода датчика, нечувстви­ тельного к превышению кромок. В одном из вариантов был ис­ пользован разделенный магнитопровод [52]. Два П-образных

(БИ № 15, 1971).

10% величины полезного сигнала, вызванного уходом стыка в поперечном направлении [58].

Возможны также, по мнению автора, способы компенсации составляющей ошибки от превышения кромок и чисто схемным путем. Так как она сдвинута по фазе на угол, близкий к 90° от­ носительно полезного сигнала датчика, то от нее, очевидно, мож­ но частично избавиться с помощью фазового дискриминатора с регулируемой фазой опорного напряжения. Такой метод ис­ пользован, например, в системах, созданных в ИЭС им. Е. О. Патона [32]. Однако и тут решение еще не полно, ибо вместе с подавлением квадратурной составляющей от превышения кромок снижается и полезный сигнал от смещения стыка, в результате чего относительный эффект решения не столь значителен.

Представляют интерес поиски рационального датчика путем использования в его конструкции и схеме комбинации перемен­ ного и постоянного (от постоянного магнита) магнитных полей, магнитных полей различных частот, элементов э. д. с. Холла в качестве зондов и т. п. [91], Автором разработан датчик ДС-19, в котором с целью повышения чувствительности использованы разделенный магнитопровод и принцип 'магнитного усилителя.

Известно, что в магнитных усилителях с целью повышения коэффициента усиления вводят положительную обратную связь

оба средних стержня, разделенных прокладкой из немагнитного материала. На каждом из крайних стержней размещаются об­

ния получить эффект размагничивания противоположных стерж­ ней магнитопровода. При расположении стыка по оси симмет­ рии датчика токи i% и i\ равны и размагничивающее действие

обмоток w0ci и w0c2 одинаково. Смещение стыка С, например, влево, симметрию нарушает. Ток і2 возрастает и не только из-за уменьшения сопротивления правой магнитной цепи, но еще и из-за уменьшения размагничивающего действия тока іх в обмот­ ке так как ток ix при этом уменьшается из-за увеличения магнитного сопротивления левой части датчика и увеличения

конструкции сварочных автоматов, снабженных следящими сис­ темами с приводами различного типа. Наиболее интересными из них является автомат АСИД-Зм—МВТУ для аргоно-дуговой сварки неплавящимся электродом титана и дюралюминия ма­

также возможности создания автоматов с кулачковым (АС-19Р и АС-32Р) и с тросовым (AC-ЗІР) приводами, характеризую­ щихся простотой и компактностью, а также возможностью отда­ лить легкий сварочный мундштук от редуктора. Тросовый при­ вод позволяет вводить сварочную горелку внутрь изделия в любом пространственном направлении, в том числе и по лома­ ной линии.

Особый интерес представляет двухдвигательный дифферен­ циальный следящий привод3 , разработанный в МВТУ им. Бау­ мана. У обычного однодвигательного привода есть существен­ ный недостаток — при реверсе необходимо сначала тормозить,

вод. Описываемый привод лишен этого недостатка. Валы обоих двигателей Ml и М2 вращаются непрерывно в противополож­

ошибки, в результате чего скорость одного вала, например пер­

Of

Рис. 23. Функциональная схема следящей системы с дифференциальным приводом:

катиться шестерню Ш, а вместе с ней и сварочную горелку Г

всторону смещения стыка С.

Вописанной системе двигатели не реверсируются, поэтому минимальна инерционность привода, суммарная мощность обоих двигателей и усилителя мощности меньше, чем в системе с однодвигательным приводом. В целом привод компактен и легко управляем.

Неоднократно делались попытки использовать в системах автоматизации направления электрода по стыку средств телеви­ зионной техники. В одной из таких систем изображение зазора в стыке, просвечиваемого с обратной стороны листов, проекти­ руется на передающую камеру, которая закреплена на свароч­ ной головке впереди электрода. После необходимых преобразо­ ваний в усилителе-формирователе и логическом устройстве об­ разуется сигнал рассогласования, управляющий через релейный усилитель двигателем, корректирующим положение сварочной головки относительно стыка [18]. Заметим, однако, что система реализуема лишь при возможности размещения источника под свариваемыми листами, а работоспособна только при сохране­ нии зазора в стыке и отсутствии подкладок или защиты с об­ ратной стороны шва, что имеет место далеко не всегда. Целесо­ образность реализации такой системы сомнительна и с экономи­ ческой точки зрения.

участок спектра. Система анализирует видеосигнал и формирует управляющее воздействие для двигателя, корректирующего по­

Комбинированные системы ориентации электрода относи­ тельно изделия- На отечественных заводах широко используют

аппараты АБС, имеющие два привода на трехфазных электро­ двигателях, с помощью которых сварочная головка может пере­ мещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях. Уп­ равляются они от кнопок. Горизонтальный привод используют обычно для корректирования положения электрода относительно стыка в поперечном направлении. Вертикальный привод служит для регулирования режима дуги изменением высоты подъема

головки над изделием.

Под руководством автора разработана автоматизирую­ щая приставка АП-2 к аппа­ рату АБС, обеспечивающая автоматическое направление сварочной головки по стыку и поддержание заданной длины

(рис. 24) и усилитель-преобразователь. Комбинированный дат­ чик смонтирован на подвеске /, которая крепится на электрододержателе аппарата. Он состоит из следящего индукционного датчика 2, контролирующего положение свариваемого стыка, электроконтактного датчика 3, контролирующего высоту поло­ жения мундштука над свариваемым изделием, светоуказателя 4 и светового индикатора 5.

Следящая система построена по схеме с известной структу­ рой, на выходе она имеет ЭМУ и электродвигатель постоянного тока [52], установленный на тележку аппарата взамен имеюще­ гося трехфазного двигателя. Таким образом, автоматическая коррекция положения электрода в поперечном относительно

стыка направлении осуществляется перекатыванием всего аппа­ рата по балке. Система стабилизации длины дуги — релейная. Датчик 3 этой системы закреплен на оси поворотного рычага датчика 2. При подъеме или опускании поверхности изделия рычаг датчика 2 поворачивается и замыкает один из контактов датчика 3, в результате чего включается и работает двигатель вертикального перемещения головки аппарата, пока переклю­ чающий рычаг датчика 3 вновь не займет среднее положение между контактами.

Описанная система не только обеспечивает ориентацию элек­ трода относительно стыка по двум координатам, но и сохраняет свою чувствительность неизменной, так как в ней высота поло­ жения следящего датчика над свариваемым изделием оказыва­ ется стабилизированной. На работе датчика следящей системы благоприятно сказывается также и то, что сам он непосредст­ венно не соприкасается с изделием. В модернизированном ва­ рианте приставки следящая система построена на импульсношаговом принципе. Это позволило отказаться от двигателя постоянного тока и использовать тот трехфазный двигатель, ко­ торый имеется на тележке аппарата.

Неизменное положение мундштука над свариваемой поверх­ ностью легко обеспечить с помощью различных средств. Ука­ жем только на оригинальное и простое устройство, созданное в ВНИИЭСО для поддержания заданной длины дуги при сварке в защитных газах с пневматическим измерительным элементом типа сопло—заслонка '. Сварочный мундштук 1 (рис. 25) за­ креплен в верхней части внутреннего сильфона 2, который вме­ сте с другим большего диаметра наружным сильфоном 3, рас­ положенным концентрично с ним, образует герметичную по­ лость. Нижняя часть наружного сильфона укреплена на каретке сварочного аппарата 4. При отсутствии давления в камере мундштук находится в нижнем положении. При подаче давле­ ния р в камеру сильфоны удлиняются и головка поднимается, а вместе с ней и сопло датчика 5. Величина зазора в сопле h, а следовательно, и положение мундштука / над свариваемым из­ делием могут быть заданы давлением р. Таким образом, при сварке сварочный мундштук находится во взвешенном состоя­ нии, автоматически поддерживая заданную длину дуги /э.

Для сварки угловых швов создано устройство с двумя вза­ имно перпендикулярными соплами и мембранными исполнитель­ ными механизмами, стабилизирующее длину дуги путем пере­ мещения сварочной головки по биссектрисе угла2 . Для работы систем используется защитный газ или сжатый воздух. Особен-