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

зе на 90°, то на выходах модуляторов напряжения имеют вид: (JM1 = Шф sin с*!cos tot

и UM2 = feV^cosaisinco^

Рис. 27. Схема системы комплексного регулирова­ ния механических пара­ метров процесса сварки

где Уф — фактическая скорость сварки по линии свариваемого профиля;

ai — угол между горизонталью и касательной к профилю (т. е. вектором скорости Уф);

k — коэффициент передачи цепи тахогенератор—модуля­ тор.

Получаемое на выходе суммирующего устройства напряже­ ние подается на фазовый дискриминатор ФД в качестве опорно­

УП2 горизонтального привода ПГ суммируется с напряжением,

Описанная система обеспечивает точность поддержания на­ пряжения на дуге ±0,2 в, точность стабилизации фактической скорости сварки (2—3) точность установки горелки по нор­ мали к поверхности изделия (2—3)°. Применима система в диа-

пазоне крутизны наклона профилей до 70° при минимальном радиусе кривизны до 10 мм и скоростях сварки до 20 міч.

Оригинальная многосвязная система разработана для ориен­ тации электрода относительно изделия и регулирования напря­ жения на дуге, скорости сварки и скорости подачи электродной проволоки в зависимости от угла наклона свариваемой поверх­ ности при сварке поворотных изделий '. Функциональная схема системы представлена на рис. 28.

Д

Рис. 28. Схема системы комплексного регулирова­ ния механических пара­ метров процесса сварки с СКВТ

Регулирование напряжения на дуге осуществляется извест­ ным методом. Фактическое значение напряжения 1)ф сравнива­ ется в элементе сравнения Д с опорным (заданным) напряже­ нием Uo. В случае имеющегося отклонения сигнал ошибки пре­ образуется в УП1 и поступает на двигатель Ml, который через редуктор и реечную передачу Р изменяет длину дуги, пока на­ пряжение на ней не станет равным заданному. Необходимое заданное качество регулирования достигается за счет корректи­ рующей обратной связи по ускорению КОС, содержащей тахо­ генератор и последовательное корректирующее звено.

Угловое положение головки ГС относительно поверхности задается с помощью поворотного трансформатора СКВТ, ротор которого связан с валом поворота головки ГС, и соответствую­ щей системы. Напряжение с синусной обмотки СКВТ сравни­ вается с напряжением, снимаемым с тахогенератора ТГ2 и про­ порциональным синусу угла наклона профиля изделия а, и по­ ступает на вход УП2. В случае их отличия привод на двигателе М2 и редукторе поворачивает головку ГС, а с ней и СКВТ.

даны в положение «сварка», они сближены настолько, что кольцевые направляющие образуют одну окружность с общим центром. Сварочные головки всегда занимают взаимодиамет­ ральное положение — насколько верхняя повернется, например, по часовой стрелке, отрабатывая сигнал датчика нормали Д2, настолько же поворачивается и нижняя, но против часовой стрелки. Синхронное положение и перемещение нижней свароч-

Рис. 29. Функциональная схема установки для сварки объемных конструкций

ной головки с положением и перемещением верхней сварочной головки обеспечивается с помощью сельсинов и соответствую­ щей следящей системы. Отсюда следует, что при любой кривиз­ не контура К обе головки располагаются соосно и по нормали к поверхности. Обеспечивается это двумя следящими системами:

Д2-У2-УМ2-П2 и С2-С6-У6-УМ6-П6.

Имеющийся в установке комплекс из двух других следящих систем Д1-У1-УМ1-П1 и С1-С4-У4-УМ4-П4 перемещает каретки с кольцевыми направляющими, а значит и с головками СП и СГ2 по оси балки Б, т. е. по радиусу вращателя В, обеспечивая заданное расстояние электродов головок от свариваемой поверх­ ности.

Получается, таким образом, что центр вращения обеих сва­ рочных головок всегда лежит на радиальной линии вращате­ ля В и перемещается при его повороте по линии контура, а сами головки всегда соосны и в любой точке контура К занимают

по отношению к нему перпендикулярное положение и распола­ гаются от него на заданном расстоянии.

Для того чтобы направить сварочную головку по оси ребра жесткости, т. е. учесть поперечные уходы ребра, в установке предусмотрен третий комплекс из двух следящих систем:

ДЗ-УЗ-УМЗ-ПЗ и СЗ-С5-У5-УМ5-П5.

Вращатель В приводится в движение приводом П7. Пускает и останавливает вращатель на период собственно сварки управ­ ляющее программное устройство УПУ в соответствии с сигна­ лами датчика Д4 о пути s, пройденном головками от последней сварочной точки и с заданным интервалом между точками, а так­ же в соответствии с сигналами об изменении геометрии Г сва­ риваемых поверхностей (гофры на полотнище, поперечные ребра жесткости, концевые участки шва). Это же устройство УПУ выполняет все необходимые переключения в установке по задан­ ному циклу.

Предлагаемое устройство пригодно при контактной (точеч­ ной и шовной) и дуговой сварке. Свариваемый контур может быть любой кривизны. Надо только, чтобы центр вращения вращателя находился выше верхних кромок контура. Помимо сварки крыш вагонов предлагаемое устройство может найти применение в энергетической промышленности, машиностроении, в производстве химической аппаратуры, при ремонтных и сва­ рочных работах, связанных с радиоактивными излучениями, высокой температурой, агрессивными веществами. Целесообраз­ ным оно может оказаться также для сборки и сварки конструк­ ций в условиях невесомости, войдя составной частью в пред­ назначенный для этих целей манипулятор.

2. КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ ГЛУБИНЫ ПРОПЛАВЛЕННЯ

Системы саморегулирования. В сварочном производстве ши­ роко используют аппараты с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, отличающиеся простотой и надежно­ стью. По принятой структурной классификации их относят к группе автоматических регуляторов дуги с саморегулированием (АРДС).

У сварочных аппаратов (например, типа ТС-17), в основе которых лежит система АРДС, нет никаких устройств контроля параметров процесса и регулятора. Устойчивость процесса горе­ ния дуги с плавящимся электродом сохраняется, если на рабо­ чем участке внешней характеристики источника питания dUd/dId<.0. При этом возникшее по каким-либо причинам удли­ нение дуги сопровождается уменьшением сварочного тока, в ре­ зультате чего интенсивность плавления конца электрода снижа­ ется, вылет его растет и дуговой промежуток восстанавливается. Системы саморегулирования (самовыравнивания) поддержи86

вают напряжение на дуге с высокой точностью ± (2—3) % и ток сварки + ( 1 —1,5)%, но только при условии, что внешние воз­ мущения отсутствуют. Анализ реальных возмущений показы­ вает, что они велики: по напряжению сети составляют обычно + 10-= 15% (кратковременно до 25%) от номинала, по ско­ рости подачи проволоки 8—12%, по длине дуги возможны воз­ мущения до 20 мм. Системы АРДС с такими возмущениями не справляются.

В МВТУ им. Баумана разработана методика, позволяющая при сварке аппаратами группы АРДС связать отклонения опре­ деленных параметров шва с вызвавшими их возмущениями че­ рез коэффициенты качества регулирования [6]. Отклонения глу­ бины проплавлення Ahnp и ширины шва АЬ, например, можно определить, если найдены величины возмущений по напряжению сети Ос и длине дуги /д и известны соответствующие безразмер­ ные коэффициенты качества

Необходимо располагать таблицами или графиками, харак­ теризующими зависимость коэффициентов качества от различ­ ных режимов сварки. Варьируя параметры: ток сварки — напря­ жение дуги — диаметр электрода — скорость сварки и т. д., можно выбрать такое их сочетание, при котором какое-либо за­ данное реальное возмущение вызовет отклонение, например, глубины проплавлення, не превышающее допустимого. Можно решить и другую задачу: рассчитать допустимую величину воз­ мущения, при которой отклонение определенного параметра сварного соединения не превысит значения, заданного техниче­ скими условиями. Если приемлемый режим не отыскивается или реальные возмущения превышают найденные в результате рас­ чета допустимые значения, то следует либо отказаться от си­ стемы АРДС, либо ограничить возмущения с помощью компен­ саторов, стабилизирующих напряжение силовой сети, скорости сварки и скорости подачи.

Системы контроля и регулирования проплавлення корня шва для удобства рассмотрения разделим на три группы: системы, в которых результат достигается путем контроля и изменения длины дуги или вылета электрода, системы, где результат обес­ печивается за счет контроля и изменения электрических пара­ метров процесса, системы регулирования с непосредственным контролем проплавлення.

Системы автоматического регулирования проправления с

контролем и изменением длины дуги или вылета электрода.

Нагрев проходящим током электродной проволоки перед ее расплавлением дугой облегчает ход процесса, поэтому увели­ чение вылета электрода повышает коэффициент расплавления проволоки. Однако чрезмерный вылет ведет к перегреву про­ волоки. При этом шов формируется плохо, так как дуга пуль-

При решении задачи регулирования дуги путем изменения ее длины многие авторы отдают предпочтение релейным систе­ мам вследствие их относительной простоты. Однако при исполь­ зовании таких систем неизбежны незатухающие колебания кон­ ца электрода. Принципиальная схема одной из таких систем, выполненных в качестве приставки к сварочному аппарату АДСВ-2, представлена на рис. 30, б.

Рис. 30. Принципиальные схемы систем регулиро­ вания с изменением вылета электрода (а) и дли­ ны дуги (б)

Напряжение дуги сравнивается с заданным значением на потенциометре уставки R9. Пока Ug<Ll)y транзисторы 77 и Т2 заперты, а транзистор ТЗ открыт. Поэтому открыты транзисто­ ры 77 и Т8, и ток по обмотке якоря двигателя проходит через

достаточную для отпирания транзисторов 77 и Т2 и запирания транзистора ТЗ. В результате вместо транзисторов Т7-Т8 откро­ ются транзисторы Т5-Т6, и якорь двигателя получит питание через обмотку ОВ1. Произойдет реверс двигателя. Качество си­ стемы характеризуют следующие параметры: точность регули­ рования напряжения дуги ±0,12 в, установившаяся скорость перемещения горелки 12 мм/сек, максимальная частота колеба­ ний 3,5 гц. Ступенчатое возмущение по длине дуги в 2 мм си­ стема отрабатывает за 0,3 сек [25]. Использование в релейной