книги из ГПНТБ / Чвертко А.И. Установки и станки для электродуговой сварки и наплавки

использован не только в сочетании с фотоэлектрическими дат­ чиками, но и с датчиками электромагнитного, радиационного

идругих типов.

Вфазоимпульсных системах некоторую сложность предс­ тавляет получение световой развертки (или развертки чувст­ вительного элемента датчика относительно опорной линии), синфазной с опорным напряжением. Одним из рациональ­ ных решений этой задачи является генерирование опорного

напряжения устройст­ вом, подвижной элемент которого жестко связан с приводом развертки.

Фазоимпульсные си­ стемы широко применя­ ются в газорезательных автоматах, работающих по чертежу. Впервые та­ кая система для сварки разработана ВНИИ электропривод совмест­ но с ЦНИИТмаш приме­ нительно к сварке спи­ ральношовных труб [4].

Общим недостатком фотоэлектрических сис­ тем, работающих по опор­ ной линии, является не­ обходимость нанесения этой линии на поверх­ ность заготовки тогда,

когда одна из кромок стыка еще свободна для непосредст­ венного копирования.

ВИнституте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР

впромышленных условиях испытаны три типа устройств

прямошовных труб; абразивным инструментом. Устройство для нанесения опорной линии резцом при

сварке труб со спиральным швом наиболее простое, так как процесс резания при этом непрерывный (рис. 102). Устрой­ ство состоит из шарнирной подвески с двумя степенями сво­ боды, двух замыкающих пружин, ролика, копирующего боковую кромку полосы, ролика, копирующего поверхность

1В0

полосы, и резца со сменной многолезвийной режущей плас­ тинкой из стали Р18.

В некоторых случаях ролик, копирующий поверхность полосы, не применяется. В этом случае отпадает необходи­ мость регулировки вылета резца относительно ролика, ко­ пирующего поверхность, но глубина резания зависит от состояния материала у поверхности полосы. Глубина опор­ ной линии не должна превышать 0,2 мм (ГОСТ 10706—63).

Рис. 103. Устройство У32 для нанесения опорной линии:

/ — к р о н ш т е й н , з а к р е п л я е м ы й н а ш т а н г е ; 2 — п о в о р о т н а я ч а с т ь ; 3 — р ы ­ ч а г с д е р ж а т е л е м р е з ц а ; 4 — б о л ь ш о й р о л и к ; 5 — в е р т и к а л ь н ы й р о л и к ; 6 — р е з е ц ; 7 — п о д ъ е м н ы й р ы ч а г ; 8 — п е р е д н я я п р у ж и н а .

Устройство типа У32 для нанесения опорной линии на внутренней поверхности свернутых заготовок для прямо­ шовных труб (рис. 103) состоит из штанги, поворотной части, подъемного рычага с большим роликом и рычага с держа­ телем резца. Штанга крепится к внутренней балке доформовочного стана. Рабочая часть устройства имеет возмож­ ность проворачиваться вокруг оси штанги, благодаря чему с помощью вертикального ролика и задней вертикальной пружины копируется одна из кромок заготовки.

Резец прижимается к внутренней поверхности трубной заготовки под действием веса рычага с держателем резца. Когда заготовка трубы выходит из-под устройства, подъем­ ный рычаг под действием веса большого ролика и передней пружины поворачивается по часовой стрелке и поднимает рычаг с резцом. Очередная трубная заготовка'своим перед­

151

ним торцом поднимает большой ролик, подъемный рычаг поворачивается против часовой стрелки, и резец опуска­ ется на поверхность этой заготовки. Малые ролики на ры­ чаге с держателем резца предотвращают поломку резца при малых расстояниях между соседними трубными заготовками, когда большой ролик не успевает сработать.

Применение резца с Ѵ-образно расположенными режу­ щими кромками позволяет применить это устройство (без переналадки) для нанесения опорной линии на заготовках труб диаметром от 530 до 1220 мм.

Устройство У543 для нанесения абразивным диском опор­ ной линии на плоских заготовках сварных прямошовных труб (рис. 104) состоит из шарнирной подвески, режущей головки, привода вертикального перемещения режущей го­ ловки, датчика искрового потока и прижима. Устройство крепится на станине кромко-строгального станка. Прижим, две пары роликов, шарнирная подвеска и горизонтальная пружина обеспечивают копирование боковой кромки и поверхности листовой заготовки, на которой наносится опорная линия. Для поддержания постоянной глубины опорной линии независимо от износа круга и состояния по­ верхности листа имеется система автоматического регули­ рования силы прижима абразивного диска к листу. Датчи­ ком этой системы является датчик искрового потока. При уменьшении интенсивности искрового потока, образующе­ гося при нанесении опорной линии, привод вертикального перемещения режущей головки обеспечивает увеличение силы прижима, а при увеличении интенсивности искрового потока сила прижима уменьшается. Благодаря этому глубина опорной линии поддерживается в заданных пределах: 0,1 — 0,2 мм. Ширина опорной линии 3 мм. Скорость вращения абразивного диска 2800 об/мин. В качестве абразивного диска используется шлифовальный круг 300 х 3 х 32 (ГОСТ 4785—59).

Устройство для нанесения опорной линии абразивным диском наиболее сложное, но дает наилучшее качество опор­ ной линии, причем качество мало зависит от дефектов формы поверхности листа и состояния материала на поверхности заготовки.

В СССР и за рубежом применяют системы автоматиче­ ского направления электрода по стыку с помощью электро­ магнитных датчиков [21]. Эти датчики по принципу дейст­ вия разделены на индуктивные и индукционные (трансфор-

152

маторные). Индуктивные датчики содержат один контур, расположенный над стыком, причем измерительный элемент находится в цепи этого контура, а в индукционные входит два контура, и сигнал на выходе измерительного элемента пропорционален коэффициенту трансформации между этими контурами, который, в свою очередь, зависит от положения контуров относительно стыка. Таким образом, индуктив­ ные датчики работают по принципу изменения самоин­ дукции, а индукционные — по принципу изменения взаимо­ индукции.

Различают также низкочастотные датчики (частота до 20 кгц) и высокочастотные (свыше 100 кгц). Магнитопровод низкочастотных датчиков набирается обычно из трансфор­ маторного железа. Низкочастотные датчики удовлетвори­ тельно работают при сварке металлов больших толщин. При сварке немагнитных материалов малых толщин (0,5— 2 мм) на металлических подкладках низкочастотные датчики не применяют. В этих случаях эффективны высокочастотные датчики. Их обмотки помещаются на немагнитном материале, либо на ферритовых сердечниках. Габаритные размеры вы­ сокочастотных датчиков значительно меньше, чем низко­ частотных.

Общим недостатком индуктивных и индукционных дат­ чиков является зависимость выходного сигнала не только от положения стыка, но и от его качества: превышения кро­ мок (депланации), наличия на кромках выбоин и других

характера, позволяющих выделить из сигнала рассогласо­ вания составляющую, зависящую главным образом от сме­ щения линии стыка, так и конструктивно-схемного харак­ тера. Примером может служить устройство с дополнитель­ ными датчиками, измеряющими величину превышения кромок с целью получения сигнала, компенсирующего со­ ставляющую сигнала основного датчика, зависящую от пре­ вышения кромок. Дополнительные датчики могут быть как электромагнитными, так и электромеханическими.

В Институте электросварки им. Е. О. Патона ведутся ра­ боты по разработке и применению систем направления элект­ рода по стыку с низкочастотными и высокочастотными элект­ ромагнитными датчиками линии стыка [41]. Установлено, что наиболее эффективно применение индукционных дат­

154

чиков для направления электрода по стыку при аргонодуго­ вой. сварке алюминиевых сплавов.

Менее эффективным является использование датчиков этого типа при сварке стальных изделий. Это связано с тем, что при значительных усилиях, сжимающих свариваемые кромки, сигнал на выходе датчика уменьшается в соответ­ ствии с сопротивлением стыка магнитному потоку.

Во всех случаях должны быть предусмотрены схемные решения и устройства, позволяющие вести электрод по стыку независимо от величины и знака превышения кро­ мок.

При наличии превышения кромок для получения каче­ ственного шва необходимо обеспечить смещение электрода от стыка в сторону более низко расположенной кромки, и величина этого дополнительного смещения должна на­ ходиться в определенной зависимости от величины превы­ шения кромок.

Одно из условий нормальной работы датчика — постоян­ ное расстояние от датчика до поверхности изделия.

Магнитное поле дуги переменного тока снижает чув­ ствительность датчика. Это влияние может быть ослаблено •с помощью экранов и фильтров. Магнитное поле дуги по­ стоянного тока вызывает подмагничивание сердечника дат­ чика и тем самым появление паразитного сигнала рассогла­ сования. Это явление особенно сильно сказывается при свар­ ке стальных изделий, что ограничивает практическое приме­ нение датчиков такого типа.

При сварке длинных (до Юм и более) прямолинейных швов, например полотнищ-заготовок для больших цилиндри­ ческих резервуаров, свариваемые кромки отдельных листов предварительно обрабатывают и поэтому отклонения стыков от прямой линии незначительно. Однако стыки таких изде­ лий весьма трудно установить строго параллельно направля­ ющим сварочного движения. Кроме того, направляющие час­ то дают значительное отклонение от прямолинейности в результате износа и недостаточной жесткости несущей кон­ струкции. В этих случаях также необходимы системы авто­ матического направления электродов по стыку (АНС). Вы­ бор системы АНС часто усложняется тем, что стык не имеет разделок и собран прерывистым прихваточным швом. Обра­ ботка кромок свариваемых листов производится в пакете, и возможность получения опорной линии на позиции обра­ ботки кромок исключена.

155

Для такого случая в Институте электросварки им. Е. О. Патона разработана система АНС с натянутым тро­ сом и индукционным датчиком (рис. 105). Трос натянут меж­ ду двумя точками, расстояние между которыми несколько больше длины стыка. Точки закрепления троса до начала сварки устанавливаются на одинаковых расстояниях от линии стыка с помощью световых или иных указателей, при­ чем эта операция может выполняться вручную либо автома­ тически.

Направление электрода по стыку производится путем слежения с помощью индукционного датчика за вертикаль-

Рнс. 105. Система направления электрода по стыку с помощью ин­ дукционного датчика и троса:

I — д а т ч и к ; 2 '— т р о с ; 3 — с в а р и в а е м о е и з д е л и е .

ной плоскостью, проходящей через трос. Высота полюсных наконечников магнитопровода датчика больше, чем сумма величины провисания и диаметра троса. Датчик целесообраз­ но выполнять из двух частей, расположенных по обе сто­ роны от вертикальной плоскости, проходящей через трос.

При работе установки возможны колебания троса как упругой системы. Чтобы исключить влияние этих колебаний на работу системы, частота среза системы АНС выбирается меньшей, чем частота собственных колебаний троса. При диа­ метре троса 4,6 мм и силе натяжения его 50—300 кг частота собственных колебаний троса изменяется в пределах 3—10 ец. Частота пропускания системы может быть менее 1 гц.

Для исключения влияния поля сварочной дуги на работу такой системы необходима качественная экранировка дат­ чика и цепей управления.

На лабораторном макете системы и в производственных условиях точность слежения по тросу достигнута ± 1,5 мм (при сварке).

156

В последние годы в СССР и за рубежом значительный интерес проявляется к телевизионным системам для направ­ ления электрода по стыку. В простейших случаях телеви­ зионная система используется для ручного дистанционного управления корректором. Сварщик наблюдает за положе­ нием электрода относительно стыка на экране специальной телевизионной установки [39].

Телевизионные системы автоматического направления электрода по стыку, разработанные в СССР и США [48],

Рис. 106. Схема телевизионной системы автоматического направ­ ления электрода по линии стыка:

/ _ г о р е л к а ( м у н д ш т у к ) ; 2 — о с в е т и т е л и ; 3 — т е л е в и з и о н н а я к а м е р а ; 4 — ф о р м и р о в а т е л ь в и д е о с и г н а л а ; 5 — у с и л и т е л ь в и д е о с и г н а л а ; 6 — л о г и ч е с к а я с х е м а ; 7 — с ч е т ч и к ; 8 — ц н ф р о а и а л о г о в ы й п р е о б р а з о в а ­

д в и г а т е л ь п о п е р е ч н о г о п е р е м е щ е н и я ; 14 — и с т о ч н и к п и т а н и я о с в е т и т е ­ л е й ; 15 — и н д и к а т о р ; 16 — в и д е о к о и т р о л ь н о е у с т р о й с т в о .

обеспечивают выполнение корректировочных движений без участия оператора.

В системе (рис. 106) [48] передающая камера монтиру­ ется на установке так, чтобы ее ось была параллельна оси сварочной головки, а линия шва — параллельна строкам развертки на экране видеоконтрольного устройства (мони­

яркая строка по сравнению с остальными строками. Видео­ сигнал поступает на монитор для визуального наблюдения, а

157

также в систему автоматического направления электрода по стыку. Эта система работает следующим образом.

Двоичный счетчик считает количество строк от момента начала развертки очередного кадра до появления более яр­ кой строки, соответствующей изображению стыка. Число в счетчике преобразуется в соответствующее напряжение при помощи цифроаналогового преобразователя. Это напря­ жение сравнивается в сравнивающем устройстве с эталон­ ным напряжением, соответствующим такому положению оси горелки (и передающей камеры), при котором электрод сов­ мещен со средней линией стыка. Выходной сигнал сравни­ вающего устройства усиливается и используется для управ­ ления приводом корректора. Перемещение корректора вы­ полняется до тех пор, пока выходной сигнал сравнивающего устройства не станет равным нулю. Так как кадры меняются 60 раз в секунду, то на счетчике вырабатывается новая ин­ формация 60 раз в секунду, и процесс отработки рассогла­ сования производится приводом корректора непрерывно.

До сих пор рассматривались однокоординатные копи- ровально-следящие механизмы и системы. Однако для мно­ гих технологических задач требуется копирование одновре­ менно несколькими копировально-следящими механизмами или системами. При этом движения по отдельным коорди­ натам могут быть как независимыми друг от друга, так и за­ висимыми.

Примером двухкоординатной копировально-следящей системы с независимыми приводами может служить система, примененная в установке У190 для наплавки лопастей ра­ бочих колес радиально-осевых гидротурбин (рис. 107, а). Установка состоит из стационарного портала с вертикаль­ но перемещаемой по нему траверсой, манипулятора и напла­ вочного аппарата. Наплавочный аппарат имеет две степени свободы: по вертикали и вдоль направления наплавки. Аппа­ рат опирается на поверхность лопасти приводным копирным ■роликом. Окружная скорость ролика выбирается равной скорости наплавки (в пределах 6—20 м/ч), в результате чего наплавочный аппарат перемещается вдоль направления на­ плавки с заданной скоростью.

Для поддержания наплавляемого участка в горизонталь­ ном положении служит двухкоординатная следящая систе­ ма (рис. 107, б), обеспечивающая автоматическое управление наклоном изделия в координатах ср и Ѳ. Перемещение по этим координатам осуществляется приводами вращения

158

планшайбы и наклона оси вращения манипулятора, в ко­ тором изделие закрепляется с помощью специального при­ способления.

Перемещение по каждой из координат ср и Ѳ производит­ ся по командам от датчика соответствующей координаты.

Рис. 107. Схема установки У190 для электродуговой наплавки лопастей радиально-осевых гидротурбин:

д а т ч и к к о о р д и н а т ы Ѳ ; /0 — к о п и р у ю щ и е р о л и к и к о о р д и н а т ы Ѳ .

На каждом датчике установлена пара копирных роликов, закрепленных на балансире. Корпус каждого датчика имеет одну степень свободы — по вертикали. Под действием соб­ ственного веса датчики опираются на поверхность изделия через копирные ролики. Если поверхность изделия в зоне копирования не горизонтальна, балансиры копирных ро­ ликов отклоняются от среднего положения, что вызывает

159