Файл: Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства.pdf

§ 9. АВТОМАТИЗАЦИЯ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ КАК ЧАСТЬ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В сварочном производстве наиболее распространенными и мас­ совыми видами сварки являются электродуговая и контактная. По­ этому особое внимание следует уделять автоматизации именно этих сварочных процессов. Важнейшими объектами автоматизации в этих процессах, кроме основных рабочих операций, являются операции регулирования и управления.

Теория автоматического регулирования и управления разрабо­ тана Б. Е. Патоном, В. К. Лебедевым, Н. Н. Иващенко, А. А. Ива­ новым и др. [12, 13, 28, 29, 31]. Поэтому не имеет смысла подробно останавливаться на общих принципах построения систем автомати­ ческого регулирования и управления, их классификации и т. д. Мно­ гие современные сварочные автоматы и машины снабжены (хотя и не полностью) регуляторами сварочного процесса, например, авто­ маты для дуговой сварки — системами автоматической стабилиза­ ции напряжения (или длины) дуги, контактные машины для точеч­ ной сварки типа МТП — электронными регуляторами времени, обес­ печивающими автоматическую работу машины и последовательность отдельных операций цикла сварки с плавным регулированием длительности этих операций, и т. д.

В проблеме комплексной автоматизации сварочного производ­ ства наибольшее значение имеют задачи автоматического выполнения тех операций регулирования и управления, которые не охвачены обычной схемой стандартного, серийно выпускаемого сварочного оборудования и в то же время необходимы для возможности сопря­ жения со смежными технологическими операциями.

Прежде чем перейти к рассмотрению этих неавтоматизированных операций сварочного цикла, необходимо отметить ряд специфиче­ ских особенностей автоматизации сварочных процессов, отличаю­ щих ее от автоматизации других технологических процессов в ме­

и соответствующих рабочих операций, в частности, с точностью рабо­ чих движений станка и размеров обрабатываемых изделий. В сва­ рочных процессах по сравнению с обработкой металлов резанием (токарной, фрезерной, строгальной) требуется гораздо меньшая точ­ ность стабилизации и регулирования параметров режима обработки. Например, требуемая точность движения сварочной дуги по шву примерно на порядок ниже необходимой точности рабочих движений

120

металлорежущих станков: для дуговой сварки допустимо отклоне­ ние электрода от оси шва в пределах от ± 1,0 до ± 1,5 мм, а для ре­ зания на станках — отклонение резца от ± 0,10 до ± 0,5 мм.

Аналогично обстоит дело с точностью готовых сварных изделий; допуски на их размеры также на порядок больше допусков на изде­ лия токарной или фрезерной обработки. Таким образом, в свароч­ ном производстве как сам технологический процесс, так и готовые изделия по своей точности гораздо грубее многих других производ­ ственных процессов металлообработки и их продукции. Отсюда сле­ дует, что по классу точности системы автоматического регулирова­ ния и управления, применяемые в металлорежущих станках, го­ раздо выше и поэтому далеко не всегда целесообразны для свароч­ ных станков и аппаратов. Этим объясняется неудача, постигшая конструкторов, применивших систему числового программного уп­ равления движением металлорежущих станков в сварочных и на­ плавочных станках без всяких коррективов. Излишняя точность этой системы естественно сопровождается излишней сложностью обору­ дования и сложностью его эксплуатации. Поэтому ее применение в сварочном производстве оказалось невыгодным. Лишь после того, как удалось резко упростить систему числового программного управления и создать импульсно-шаговую систему с большой вели­ чиной шага и небольшим объемом информации в программе [41], эта система приобрела права на успешное внедрение в сварочном про­ изводстве.

Из-за резко отличных классов точности следует осторожнее при­ менять в сварочном производстве конвейерное оборудование автома­ тических линий, выпускаемое нашей промышленностью в основном для обработки металлов резанием. В сварочных линиях нет особой необходимости в высокой точности останова, направляющих уст­ ройств, базовых плоскостей, которые обязательны для таких точных методов обработки, как фрезеровка, расточка и строжка деталей, на­ пример блоков автомобильных двигателей. Не говоря уже о слож­ ности и высокой стоимости этих устройств, они требуют и более квалифицированного обслуживания, не свойственного сварочному производству. Кроме того, такое оборудование может оказаться слишком чувствительным к различного рода загрязнениям окружаю­ щего воздуха, характерным для сварочных цехов (газы от дуговой сварки, флюсовая пыль, брызги металла и др.). Поэтому, несмотря на высокое совершенство этих точных систем и устройств, их приме­ нение в сварочном производстве далеко не всегда целесообразно.

Итак, первая особенность заключается в сравнительно невысо­ ких требованиях, предъявляемых к точности сварочного техноло­ гического процесса и готовых сварных изделий. Эта особенность в общем случае облегчает задачу автоматизации сварочного процесса.

121

Однако существует и другая особенность, не менее характерная для сварочного производства, но с точки зрения его автоматизации действующая в противоположном — отрицательном — направлении. Дело в том, что точность изготовления заготовок (деталей) и точность их сборки под сварку по сравнению с точностью обработанных дета­ лей машин и их узловой сборки, во много раз ниже (допуски соот­ ветственно в 10—20 раз шире) и часто выходят за пределы допусти­ мых для автоматической сварки. Вместе с тем, повышение точности заготовительных и сборочных работ в сварочном производстве со­ пряжено с большими трудностями и может оказаться невыгодным, так как существенно увеличивает их трудоемкость и ставит под сом­ нение общую целесообразность автоматизации, если из-за нее прихо­ дится резко повышать класс точности заготовок и их сборки. Таким образом, при разработке сварочных автоматов и станков конструк­ тору приходится сталкиваться с новым затруднением: в большинстве случаев нельзя применять жесткие (без обратных связей) программы автоматического управления процессом, в частности, управления траекторией движения сварочной дуги, так как отклонения разме­ ров заготовок и собранного под сварку изделия выходят за пределы допустимых. Между тем введение обратных связей весьма сущест­ венно усложняет систему автоматического управления. Кроме того, для многих случаев автоматизированной сварки проблема обрат­ ных связей вообще еще не решена.

Здесь уместно продолжить аналогию с другими видами обработ­ ки металлов, имеющими больший опыт автоматизации, например, с механической обработкой резанием. Если при точении и фрезеро­ вании заранее задают нужные размеры готовой детали с необходи­ мыми допусками и размеры заготовки не влияют на точность готовой детали, то при дуговой сварке (при изготовлении сварного изделия) изменить фактические размеры заготовок невозможно, так как они уже определены предыдущими технологическими операциями (за­ готовительными и сборочными) и, следовательно, заранее определя­ ют все линии швов с их неточностями по направлению, по зазору, депланации кромок ит. д. Указанные неточности, как правило, выше допустимых по условиям автоматической сварки, и с этим прихо­ дится считаться.

Таким образом, в первом случае (при механообработке) управле­ ние движением можно автоматизировать по заранее заданной жест­ кой программе, а во втором случае (при сварке) жесткая програм­ ма, как правило, не приемлема: необходимо слежение и обратные связи, корректирующие программу по фактическим отклонениям из­ делия от номинала (прямолинейности швов, величины зазоров, де­ планации кромок и т, д.), либо необходимы устройства с предвари­ тельной записью и запоминанием фактических линий и размеров

122

швов, зазоров, депланаций с тем, чтобы последующее движение ав­ томата происходило по записанной программе, индивидуальной для каждого изделия.

Наконец, имеется еще третья особенность, отличающая свароч­ ный процесс от технологических процессов механической обработки металлов и усложняющая задачу его автоматизации. В процессе сварки вследствие неравномерности нагрева изделия возникают зна­ чительные температурные деформации свариваемых деталей, иска­ жающие форму шва и затрудняющие программное управление про­ цессом. Даже если заранее будут учтены все неточности в размерах заготовок и в их сборке, температурные сварочные деформации из­ делия учесть очень трудно. Поэтому при ожидаемых значительных деформациях и невозможности определить их заранее система ав­ томатизации должна быть снабжена обратными связями, что обычно не требуется при механообработке.

Однако указанная отрицательная особенность сварки (наличие сварочных деформаций) во многих случаях может быть сведена к минимуму и даже вовсе исключена при использовании специальной технологии или предохранительных устройств, например жестких сборочно-сварочных кондукторов, удерживающих изделие от дефор­ маций во время сварки.

Таким образом, приходим к выводу, что сварочное производство, сравнительно простое и грубое по классу точности, нуждается в более сложной системе автоматического управления по сравнению с про­ граммными токарными или фрезерными станками, выпускающими гораздо более точную продукцию. Итак, для сварочных процессов, как правило, требуются хотя и менее точные, но более сложные си­ стемы автоматического регулирования и управления.

§10. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ

Основные задачи автоматизации дугового сварочного процесса можно свести к следующим: автоматическое регулирование свароч­ ной дуги с целью стабилизации ее основных электрических пара­ метров (напряжения, тока); направление перемещения дуги или электрода по оси шва или по заданной траектории с необходимой точ­ ностью; возбуждение дуги в начале шва и выключение ее в конце; заварка кратеров в начале и в конце шва.

Наиболее сложны и ответственны первые две задачи. Автоматическое регулирование и стабилизация сварочной дуги.

В комплекте оборудования для автоматической сварки плавящимся электродом основным рабочим органом является сварочная головка, осуществляющая непрерывную подачу электродной проволоки в зо­ ну сварки и автоматическое регулирование дуги.

123