4.4.1. Автоматизация дуговой сварки

В общем объёме работ по производству сварных конструкций соб­ственно сварочный процесс составляет 15-20 %. Однако он является технологической операцией производства, определяющей конечные свойства и эксплуатационную надёжность сварных соединений и конструкции в целом. Поэтому автоматизация сварочного процесса, обеспечивающая повышение точности управления его технологичес­кими параметрами и исключающая влияние на него субъективных факторов (мастерства работающего, его утомляемость и т.п.), - не­обходимое условие повышения качества сварных соединений и ста­бильности процесса.

Сварка характеризуется относительно большим количеством фак­торов, влияющих на ее развитие, и высокими скоростями их возмож­ных изменений. Для эффективного управления процессом сварки требуется обработка с большой скоростью информации, что в боль­шинстве случаев оказывается недоступным человеку. Первые авто­матические регуляторы дуги были предложены Н. Н. Бенардосом и Н. Г. Славяновым. Н. Г. Славянов указывал, что если электрод плав­кий, то невозможно поддерживать непрерывную вольтову дугу без автоматического регулирования. Он считал, что только при наличии регуляторов дуги возможно обеспечить промышленное применение дуговой сварки плавящимся электродом.

Автоматизация процесса сварки предполагает частичный или пол­ный перевод сварочного оборудования на автоматический режим рабо­ты, при котором обеспечивается требуемый технологический цикл свар­ки (сварочный ток, напряжение на дуге, скорость сварки и скорость подачи электродной или присадочной проволоки и др.), а также ориен­тированное движение рабочего органа - дуги по заданной траектории.

В современном сварочном оборудовании для дуговой сварки при­меняют автоматические системы регулирования (стабилизации) пара­метров дуги и геометрических размеров сварочной ванны, системы программного управления, системы ориентации электрода по стыку.

Вопросам автоматизации сварочных процессов посвящены целые учебники и монографии, поэтому в качестве примера рассмотрим только системы автоматического регулирования параметров дуги при сварке плавящимся электродом. В комплекте оборудования для автоматической сварки плавящимся электродом основным рабочим

органом служит сварочная головка, с помощью которой непрерывно подается электродная проволока в зону сварки и осуществляется ав­томатическое регулирование параметров дуги.

В промышленности получили распространение сварочные головки двух типов, отличающиеся способом регулирования и стабилизации дуги:

-с постоянной, независимой скоростью подачи электродной про­волоки:

— автоматическое регулирование напряжения (тока) дуги в кото­рых осуществляется путём воздействия на скорость подачи электрода.

В сварочных головках первого типа используется эффект саморе­гулирования дуги, который реализуется при достаточно высоких плотностях тока (не менее 100 А/мм2). В отечественном оборудова­нии этот эффект используется в сварочном тракторе ТС-17 и его мо­дификациях, в автоматах серий АДФ-500, А-384, А-616 М, АБС и др., в полуавтоматах А537 Р, ПДГ-500-1, ПШП-16 и др.

Простейшая схема системы стабилизации дуги саморегулирова­ния (рис. 4.13) состоит из механизма подачи Л477, электродной про­волоки, дуги Д и источника питания ИП.

Процесс саморегулирования дуги заключается в следующем. Любое отклонение длины дуги вызывает изменение напряжения на дуге £/д. В свою очередь изменение U при полого падающей харак­теристике источника питания приводит к значительному отклонению тока дуги. Это вызывает пропорциональное изменение скорости плав­ления электрода, в результате чего при постоянной скорости подачи электрода длина дуги достигает заданного значения. Следовательно, при случайном уменьшении длины дуги скорость плавления прово­локи возрастает и становится больше скорости подачи, вследствие чего дуговой промежуток увеличивается до тех пор, пока не достиг­нет заданного значения; при увеличении длины дуги выше заданной скорость плавления понижается и соответственно уменьшается ду­говой промежуток до тех пор, пока не будет восстановлена его нор­мальная величина.

Настройка сварочных головок на заданную скорость подачи элек­тродной проволоки производится плавно или ступенчато путём уменьшения числа оборотов подающих роликов. В первом случае это осуществляется регулированием числа оборотов двигателя Ы механизма подачи, а во втором — сменными шестернями редуктора q или коробкой скоростей (см. рис. 4.13). Наиболее просты и надёжны в эксплуатации те головки, в которых скорость подачи настраивает­ся сменными шестернями. Они применяются для крупносерийного и массового производства изделий с однотипными швами, когда не требуется частое изменение режимов сварки. Система бесступенча­того плавного регулирования позволяет легко и быстро изменять ре­жим сварки на ходу. Поэтому эта система целесообразна при еди­ничном и мелкосерийном характере производства.

Сварочные головки второго типа (с зависимой скоростью подачи проволоки) подают электродную проволоку со скоростью, завися­щей от напряжения дуги. С увеличением длины дуги повышается её напряжение, в связи с чем электродвигатель, подающий проволоку, увеличивает число оборотов и восстанавливает заданную длину дуги, а следовательно, и её напряжение. При случайном укорочении дуги напряжение падает, вращение двигателя и подача проволоки замед­ляется, благодаря чему снова восстанавливается нормальная длина дуги и её напряжение.

Известно достаточно много вариантов системы автоматического регулирования напряжения дуги с воздействием на скорость подачи проволоки, отличающиеся по способу сравнения напряжения на дуге с заданным (требуемым) напряжением, по устройству усилителя и исполнительного органа.

Наибольшее распространение получил автомат АДС-1000-2, прин­ципиальная схема которого приведена на рис. 4.14.

Рис. 4.14. Принципиальная схема системы автоматического регулирования напряжения дуги с воздействием на скорость подачи проволоки

В этой системе происходит сравнение напряжения дуги U_д с за­данным напряжением U₃ путём сопоставления магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ в обмотках цепи возбуждения w₁ и w₂ генератора Г. Скорость подачи проволоки Vп определяется напряжением на якоре двигателя М, питаемого от генератора Г Напряжение, вырабатываемое генера­тором, зависит от разности магнитных потоков Ф₁ и Ф₂. Поток Ф₁ пропорционален U_д; при повышении напряжения на дуге увеличи­вается Ф₂, напряжение, вырабатываемое генератором и, соответствен­но, скорость подачи проволоки Vп.