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

/ — л и н и я ш ва; 2 — г о р е л к а ; 3 — н а п р а в л я ю щ а я ; 4 — к а р е т к а с в а р о ч н о й г о ­ л о в к и ; 5 — п о т е н ц и о м е т р Я св д л я у с т а н о в к и с к о р о с т и о св п р и н а л а д к е ; 6 — с и ­

н у с н ы й п о т е н ц и о м е т р 7 — р е ш а ю щ и й у с и л и т е л ь ; 8 — д в и г а т е л ь п р и в о д а

к о о р д и н а т ы ф; 9 — п р и в о д к о о р д и н а т ы ф ; 10 — т а х о г е н е р а т о р п р и в о д а к о о р ­ д и н а т ы У ; I I — п р и в о д к о о р д и н а т ы У ; 12— и с т о ч н и к п о с т о я н н о г о н а п р я ж е н и я ; 13 — п о т е н ц и о м е т р , и з м е р я ю щ и й в е л и ч и н у L\ 14— п о т е н ц и о м е т р , и з м е р я ю щ и й

у с и л и т е л ь ; 18 — к о с и н у с н ы й п о т е н ц и о м е т р ; 19 — з а д а т ч и к с к о р о с т и с в а р к и ; 20 — т а х о г е н е р а т о р ; 21 — у с и л и т е л ь ; 22 — д в и г а т е л ь п е р е м е щ е н и я с в а р о ч н о й г о л о в к и ; 23 — э л е к т р о м е х а н и ч е с к и й д а т ч и к р а д и у с а р е л ь с а .

221

является ли рельс выпуклым или вогнутым в данной точке.

Величина учитывает тот факт, что рельс и линия шва

не являются эквидистантными.

той. Эта задача решается с помощью аналоговой системы, блок-схема которой приведена на рис. 126, г. Движок коси­ нусного потенциометра вращается синхронно с движком синусного потенциометра в схеме определения и отработки угла ф. Величина напряжения, пропорционального рас­ стоянию L между рельсом и поверхностью изделия, получа­ ется на выходе потенциометра, движок которого кинемати­ чески связан с приводом координаты Y. Радиус кривизны рельса R определяется электромеханическим датчиком, установленным на сварочной головке. Для данной системы должно выполняться условие L ^ 0,8 R. Относительная ошибка данной системы не превышает ±3% .

Вописанной системе не предусматривается автомати­ ческая корректировка положения электрода в направлении, перпендикулярном плоскости X - Y. т. е. в направлении координаты Z.

Системы с корректировкой расчетной программы по дан­ ным о положении линии стыка, получаемым в зоне сварки, имеют ограниченное применение при сварке криволинейных швов, так как в большинстве случаев в зоне сварки невозмож­ но получать информацию о положении линии стыка.

Втех случаях, когда расчетная линия стыка представля­ ет собой прямую или окружность, возможно расположение датчиков линии стыка впереди точки сварки и управление приводом корректора по сигналам этих датчиков без задерж­ ки по времени. Такого рода системы широко применяются при сварке прямолинейных и круговых швов.

Известно несколько примеров применения систем с кор­ ректировкой программы по данным о положении линии сты­ ка впереди зоны сварки с задержкой по времени. Типичная комбинированная система такого типа применена в США при сварке рам автомобильных шасси [43J.

Сварочная установка, оснащенная этой системой, состо-

222

ит из станины с направляющими горизонтального перемеще­ ния, трех самоходных сварочных головок и сборочно-сва­ рочного приспособления для крепления элементов сварива-

Рис. 127. Сварочная головка с датчиком линии стыка впереди зоны сварки и запоминающим устройством:

/ — п р и в о д п р о д о л ь н о г о п е р е м е щ е н и я ; 2 — к о п и р — р а с ­ ч е т н а я п р о г р а м м а ; 3 — р е й к а п р о д о л ь н о г о п е р е м е щ е н и я ; 4 — и з д е л и е ; 5 — щ у п д а т ч и к а л и н и и с т ы к а ; 6 — с в а р о ч ­ н а я г о р е л к а ; 7 — с е р в о п р и в о д о т р а б о т к и к о р р е к т и р у ю ­ щ ей п р о г р а м м ы ; 8 — с ч и т ы в а ю щ а я г о л о в к а ; 9 — м а г ­

н и т н а я ле н т а ; /О— з а п и с ы в а ю щ а я г о л о в к а .

емого узла при сварке. Каждая сваррчная головка свари­ вает отдельный шов сложной формы, Все головки работают одновременно. Необходимость в применении комбинирован­ ной системы вызвана тем, что отклонение положения линии стыка от расчетного достигает ±6,35 мм, что значительно­ больше допускаемого смещения оси электрода со стыка.

На каждой из трех сварочных головок (рис. 127) имеются

223.

два вертикальных суппорта, получающих вертикальные пе­ ремещения независимо один от другого с помощью копиро- вально-следящих механизмов от копира — расчетной про­ граммы, составленной по чертежу свариваемого изделия. Один из суппортов несет сварочную головку, а другой — датчик стыка. Смещения линии стыка от расчетного положе­ ния измеряются датчиком, и величина отклонения линии стыка от расчетного положения (корректирующая програм­ ма) записывается на магнитную ленту, склеенную в кольцо.

Приводной валик лентопротяжного механизма получает вращение от привода продольного перемещения, установ­ ленного на каретке сварочной головки; протягивание ленты мимо записывающей и считывающей головок происходит синхронно с движением сварочной головки вдоль стыка, осуществляемым с помощью реечной передачи.

Так обеспечивается «жесткая привязка» информации о фактическом отклонении линии стыка относительно расчет­ ного положения, заданного в данном случае копиром, к соответствующим точкам линии стыка.

Размещение программоносителя непосредственно на сва­ рочной головке упрощает конструкцию синхронной переда­ чи, но усложняет всю сварочную головку.

Считываемая с магнитной ленты информация преобразу­ ется в дополнительное смещение сварочной горелки с по­ мощью исполнительного привода, в качестве которого ис­ пользован гидроцилиндр, и механически суммируется с перемещением, заданным копиром и отрабатываемым копи- ровально-следящим механизмом прямого действия. После считывания информация удаляется с магнитной ленты сти­ рающей головкой.

Пределы рабочего хода корректора ±6,35 мм,- это обеспе­ чивается наличием расчетной программы и отдельным суп­ портом для ее отработки; корректор отрабатывает только случайные отклонения линии стыка от расчетного положе­ ния. Скорость сварки—до 76 м!ч. Описанная головка пред­ назначена для сварки в среде углекислого газа, но может быть использована и при других видах сварки.

Фирма Sciaky для решения аналогичных технологиче­ ских задач применяет запоминающее устройство в виде от­ дельно стоящего шкафа (рис. 128), в котором в качестве носителя информации также используется ферромагнитная лента, склеенная в кольцо. Информация о положении линии стыка вырабатывается с помощью механического, пневма-

224

тического или электромагнитного датчика, расположенного впереди точки сварки, записывается на магнитную ленту

ис выдержкой времени, определяемой скоростью сварки и расстоянием от точки сварки до точки измерения, считывается

ииспользуется для уп­

равления корректорами сварочной головки.

Описанная система однокоординатная.В на­ стоящее время ведутся работы по созданию ана­ логичных систем, обеспе­ чивающих управление несколькими координата­ ми. Одна из таких систем разработана в Японии.

Принцип действия этой системы в основном такой же, как и системы США. Отличие состоит в следующем. Датчики сты­ ка превращают смеще­ ние линии стыка отно­ сительно копира во вра­ щение ротора фотоэлек­ трического импульсного преобразователя. В пре­ образователе вращение диска со щелевыми от­ верстиями (рис. 129) пре­ образуется в последова­

тельность импульсов, число которых пропорционально сме­ щению линии стыка (по соответствующей координате) от­ носительно расчетного положения. Для определения зна­ ка смещения имеется два фотодиода, сдвинутых один от­ носительно другого на величину, некратную шагу между щелевыми отверстиями диска. Знак смещения зависит от того, какой из двух фотодиодов засвечивается первым при повороте диска на угол между двумя соседними отверстия­ ми. Таким образом, информация, составляющая корректи-

рующую программу по каждой из координат, получается в виде последовательности импульсов по двум каналам. Ома записывается на петлю магнитной ленты и после считывания отрабатывается шаговыми приводами соответствующих кор­ ректоров. Лентопротяжный механизм располжен в отдель-

а

Рис. 129. Схема установки с двумя сварочными головками, имеющими двухкоординатные датчики линии стыка,, расположенные впереди точки сварки:

/ — с в а р и в а е м о е и з д е л и е ; 2 — с в а р о ч н а я г о р е л к а ; 3 — р о л н к * щ у п д а т ч и к а л и ­ н и и с т ы к а ; 4 — д а т ч и к л и н и и с т ы к а ; 5 — к о п и р ; 6 — к о п н р н ы й р о л и к о т р а б о т ­

ки р а с ч е т н о й п р о г р а м м ы п о к о о р д и н а т е У ; 7 — в е р т и к а л ь н ы й п о л з у н ; 8 — п р и ­ в о д п е р е м е щ е н и я п о к о о р д и н а т е X ; 9 — р о л и к ; 10 — б а л к а с н а п р а в л я ю щ и м и (к о о р д и н а т а X ); U — м у л ь т и п л и к а т о р ; 12 — д и с к с о щ е л е в ы м и о т в е р с т и я м и ; 13 — о с в е т и т е л и ; 14 — ф о т о д и о д ы ; 15 — б л о к с ч и т ы в а ю щ и х г о л о в о к ; 16— б л о к у с и л е н и я и ф о р м и р о в а н и я и м п у л ь с о в ; 17 — и м п у л ь с н о - ш а г о в ы й п р и в о д ; 18 — м а г н и т н а я л е н т а ; 19 — с т и р а ю щ а я г о л о в к а ; 20 — б л о к з а п и с ы в а ю щ и х г о л о в о к ;

2/ — б л о к ф о р м и р о в а н и я и у с и л е н и я и м п у л ь с о в и о п р е д е л е н и я з н а к а .

ном шкафу и связан кинематически с приводом сварочного движения при помощи синхронно-следящей передачи на сельсинах, работающих в индикаторном режиме.

Системы, предусматривающие запись корректирующей программы до сварки, могут найти применение при сварке в несколько проходов прямолинейных и круговых швов, требующих корректировочного движения; при однопроход­ ной сварке в условиях, когда датчики линии стыка, разме­ щаемые впереди зоны сварки, по каким-либо причинам неприменимы; при-сварке швов сложной формы и наплавке сложных кромок и поверхностей, когда размещение датчи­ ка впереди зоны сварки чрезвычайно усложняет конструк­ цию сварочной установки, так как датчик должен иметь независимые приводы отработки расчетной программы и т. д. В случае применения системы с записью корректирующей программы до сварки следует учитывать, что процесс записи программы,не совмещенный повремени со СЕаркой, увеличи­

226

вает общее время операции и отрицательно влияет на произво­ дительность труда.Получение положительного экономическо­ го эффекта в этом случае возможно только при обслуживании одним сварщиком нескольких сварочных позиций с тем, чтобы запись программы на одной сварочной позиции была совмещена по времени со сваркой на другой позиции. Сточки зрения увеличения производительности труда и оборудова­ ния целесообразно, чтобы время записи было в несколько раз меньше времени воспроизведения (сварки).

Запись программы может производиться с помощью датчиков линии стыка либо путем корректировки вручную самого электрода или указателя (имитатора электрода). При использовании второго метода система автоматического управления теряет свое основное преимущество — устране­ ние влияния субъективных факторов на выполнение техно­ логического процесса и, следовательно, на его результаты. Поэтому применение ручной записи допустимо только в том случае, когда известные методы автоматического слежения за линией стыка при записи программы не пригодны, а не­ обходимость системы автоматического направления элект­ рода по стыку при сварке обоснована техническими или эко­ номическими соображениями.

В системах с записью корректирующей программы по фактическому положению линии стыка, как правило, не­ обходимо исключить проскальзывание в кинематической цепи между приводом сварочного движения и магнитной лентой с тем, чтобы перемещение магнитной ленты было про­ порционально пути, пройденному сварочной дугой по из­ делию. Это достигается путем использования синхронноследящей или механической передачи между приводом сва­ рочного движения и приводом лентопротяжного механизма, жесткого крепления изделия относительно направляющих сварочного движения, кинематической связи между направ­ ляющими сварочного движения и кареткой сварочной го­ ловки (с помощью одной из передач: винт — гайка, шестер­ ня — рейка, звездочка — цепь), а также исключения фрик­ ционных муфт в кинематической цепи между приводом сварочного движения и магнитной лентой, применением магнитной ленты с ведущими перфорациями. Пренебречь проскальзыванием, т. е. допустить незначительную несинх­ ронность между приводом сварочного движения и приводом лентопротяжного механизма можно только в некоторых случаях при сварке прямолинейных и круговых швов,

если погрешность, вызванная этим проскальзыванием, неве­ лика.

Ферромагнитная лента как носитель информации да­ леко не полностью используется в качестве программоноси­ теля для корректирующей программы как по объему ин­ формации, так и по плотности импульсов.

Ферромагнитная лента как программоноситель коррек­ тирующей программы имеет следующие недостатки: между приводом сварочного движения и приводом лентопротяж­ ного механизма необходимо иметь громоздкий лентопротяж­ ный механизм и синхронную передачу; изнашивает записы­ вающие и считывающие головки; при импульсной записи возможна потеря импульсов из-за дефектов ферромагнитно­ го покрытия; возможен обрыв.

Перспективным является применение в качестве носителя корректирующей программы, записываемой в унитарном коде, элементов вычислительной техники, таких как ре­ гистры сдвига и другие (например магнитные) запоминающие устройства дискретного типа с последовательным опросом.

Достоинства этих программоносителей следующие: от­ сутствие приводов и подвижных частей: возможность приме­ нения унифицированных элементов вычислительной техни­ ки; простота синхронизации сварочного движения и опро­ са программоносителя.

При сварке круговых и прямолинейных швов, требую­ щих корректировки, в случае применения системы с запи­ сью корректирующей программы до сварки объем програм­ мы может быть существенно уменьшен за счет запоминания координат отдельных опорных точек и формирования управ­ ляющего сигнала с помощью интерполятора, встроенного в систему отработки, Количество опорных точек, координаты которых необходимо «запомнить» при записи программы, определяется, исходя из допустимой погрешности ап­ проксимации фактической средней линии стыка прямолиней­ ными отрезками, образующими ломаную линию. Целесо­ образно принимать погрешность аппроксимации не более 0,2 допустимого отклонения электрода А от средней линии стыка. В цифровых системах для получения данных о коор­ динатах опорных точек на приводах корректоров необхо­ димо установить кодовые датчики положения либо преду­ смотреть в схемах записи счетчики для определения коорди­ нат опорных точек с помощью импульсных датчиков пере­ мещения. Цифровая система с встроенным интерполятором

228

существенно усложняет сварочную установку. Поэтому за­ служивают внимания более простые интерполяторы анало­ гового типа, а также механические интерполяторы с гибкой лентой или с шарнирными копирными линейками.

Рис. 130. Упрощенная принципиальная схема комбинированной системы с аналоговым запоминающим устройством и аналоговым интерполятором:

/ — д а т ч и к о т к л о н е н и я р а с с т о я н и я м е ж д у в и т к а м и л и н и и с т ы к а о т р а с ч е т н о г о ; 2 — п о т е н ц и о м е т р д а т ч и к а /; 3 — с х е м а з а п о м и н а н и я ; 4 — б л о к п а м я т и ; 5 — п е р е к л ю ч а т е л ь б л о к а п а м я т и ; 6 — и н т е р п о л я т о р ; 7 — с у м м и р у ю щ и й у с и л и т е л ь ; 8 — у с и л и т е л ь ; 9 — п р и в о д н о й д в и г а т е л ь к о р р е к т о р а ; 10 — р е д у к т о р п р и в о д а к о р р е к т о р а ; // — п о т е н ц н о м е т р - д а т ч и к ^ п о л о ж е н н я к о р р е к т о р а ; 12— д а т ч и к л е в о й к р о м к и п о л о с ы ; 13 —

п о т е н ц и о м е т р д а т ч и к а 12.

В Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР предложена схема [35] запоминающего устройства с фикса­ цией координат опорных точек в аналоговом виде и после­ дующей непрерывной отработкой этой информации с по­ мощью аналогового интерполятора.

Погрешность работы аналоговых устройств составляет несколько процентов [16], но при представлении в аналого­ вой форме только случайной составляющей отклонения линии стыка от расчетного положения такой точности дос­ таточно для направления электрода по стыку при электроду­ говой сварке с помощью одноканальной системы отработки.

Это устройство (рис. 130) может быть применено для

229

электродуговой сварки спиральношовных труб. Состоит оно из датчика отклонения расстояния между витками линии стыка от расчетного, блока памяти, переключателя блока памяти, интерполятора, датчика левой кромки полосы на левом конце отрезка прямой, проведенной параллельно оси

Таблица 8

Порядок подключения потенциометров

трубы через точку сварки, суммирующего усилителя и зам­ кнутой системы отработки корректирующей программы.

Корректирующая программа представлена в виде моде­ лирующего напряжения, величина которого определяется как алгебраическая сумма отклонений левой кромки полосы в точке а' и длины отрезка a'b'.

Второе слагаемое определяется путем сравнения длины отрезка a'b' с расчетной при помощи соответствующего дат­ чика, когда отрезок а'Ь' находится еще в положении ab. Хранение этой информации в течение времени перехода от­ резка ab в положение а'Ь' осуществляется с помощью блока памяти, выполненного на шести запоминающих устрой­ ствах, каждое из которых представляет собой аналоговый запоминающий элемент, например потенциометр с привод­ ным электродвигателем Д. В каждый данный момент один из шести потенциометров подключен к схеме запоминания, а два — к интерполятору. Порядок подключения указан в табл. 8.

Переключатель блока памяти срабатывает (переходит в очередное положение) в опорных точках, т. е. после подачи заданного отрезка полосы, из которой формуется труба, и подключает к интерполятору следующие два потенцио­ метра, а к схеме запоминания — освободившийся потенцио­ метр из той пары, которая до этого была подключена к

■230