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

ния к стабилизации вылета электрода гораздо выше и поэтому воп­ рос этот следует рассматривать отдельно, тем более, что в данном случае он связан и со стабилизацией дуги (напряжения, тока).

Стабилизация дуги и вылета электрода при аргонодуговой свар­ ке неплавящимся электродом. Для аргонодуговой сварки непла­ вящимся (вольфрамовым) электродом промышленность выпускает сварочные аппараты без автоматических регуляторов. При сварке этими аппаратами периодическая коррекция длины дуги (и ее на­ пряжения) обычно производится сварщиком вручную, что неприем­ лемо для комплексной автоматизации сварочного производства.

Простейшим устройством для автоматической стабилизации ду­ гового промежутка, а следовательно, и напряжения дуги при арго­ нодуговой сварке вольфрамовым электродом может служить опи­ санная система механического копирования шва, осуществляемого^ с помощью «плавающей» головки (горелки). Благодаря своей прос­ тоте и надежности эта система получила довольно широкое распро­ странение в промышленности. Однако она все же не свободна от указанных выше недостатков, заключающихся главным образом в невысокой точности стабилизации и нечувствительности к случай­ ным колебаниям тока и напряжения.

Поэтому в настоящее время созданы более совершенные следящие системы автоматической стабилизации напряжения или длины дуги применительно к аргонодуговой сварке вольфрамовым электродом.

поддержания заданной длины дуги, используются фотоэлектриче­ ские датчики. Например, в двухкоординатной фотоследящей системе, разработанной ВНИИПТмаш, процесс слежения за длиной дуги заключается в изменении освещенности фоторезисторов датчика при вертикальном смещении сварочной головки от заданного положе­ ния [5].

Более широкое применение находят системы для поддержания заданного напряжения, разрабатываемые по типу компенсацион­ ных схем с источником эталонного напряжения. Схемы электриче­ ских следящих систем для аргонодуговой сварки целесообразно разрабатывать на полупроводниковых элементах, обладающих долговечностью, надежностью и малыми габаритами.

В принципиальной схеме следящей системы на полупроводниках, разработанной В. В. Смирновым [38], используется компенсацион­ ный метод измерений, заключающийся в сравнении напряжения дуги постоянного тока с падением напряжения на резисторе при прохождении по нему тока от источника эталонного напряжения, собранного на кремниевых стабилитронах, питаемых от выпрями­

теля. В зависимости от разностного напряжения осуществляется реверсивное регулирование тока в якоре исполнительного электро­ двигателя. Для улучшения динамических свойств системы в схеме предусмотрена скоростная обратная связь. Точность поддержания заданного напряжения дуги и постоянная времени системы соот­ ветственно равны ± 0 ,1 5 в и 0,3 сек.

В основу пневматического метода стабилизации длины дуги по­ ложен принцип измерения расхода газа (воздуха или аргона), про­ текающего через зазор, образованный между свариваемой поверх­ ностью изделия и выходным соплом пневмодатчика, жестко закреп­ ленного на сварочной головке на определенной высоте от изделия. Выходное сопло датчика вместе с поверхностью свариваемого изде­ лия образует управляемый дроссель, сечение которого определя­ ется длиной сварочной дуги. По данным В. В. Смирнова при за­ данном зазоре между соплом и изделием, равным 0,5 мм, точность работы пневматической системы составляет в среднем ± 0,2 мм, при постоянной времени— 1,5 сек.

Эти схемы просты и в отличие от электронной системы на полу­ проводниках не требуют особой наладки, так как монтируются из стандартных пневматических блоков. Кроме того, они менее чувст­ вительны к колебаниям температуры окружающей среды. Недо­ статком пневматических следящих систем, как и механических ко­ пировальных, является погрешность слежения, возникающая за счет расположения датчика на некотором расстоянии от сварочной дуги (30—35 мм). От этого недостатка свободны комбинирован­ ные электропневматические системы.

В электропиевматической следящей системе в отличие от элект­ рической происходит преобразование первичного электрического сигнала в пневматический. Это преобразование осуществляется с помощью поляризованного реле типа РП-5, в котором контактные группы заменены двумя соплами. Реле является частью электропневматического преобразователя, выполненного на элементах уни­ фицированной системы промышленной пневмоавтоматики УСЭППА.

Электропневматическая следящая система, как и электрическая, работает по компенсационному методу. При изменении заданного напряжения сварочной дуги разностное напряжение поступает на обмотку поляризованного реле, в результате чего происходит пере­ мещение его якоря — заслонки — относительно двух пневматических сопел, одно из которых является соплом управления, а другое — соплом обратной связи.

Для устранения автоколебаний, которые могут возникнуть в электропневматическом преобразователе, и для обеспечения каче­ ственного переходного процесса в преобразователе предусмотрена отрицательная обратная связь.

132

Колебания напряжения дуги при электропневматической системе слежения не превышают ±0,2 ѳ. Время переходного процесса— 1,5 сек.

Применение элементов пневмоавтоматики по сравнению с элект­ рическими методами дает возможность решать некоторые задачи автоматизации сварочных процессов более простыми и надежными средствами, особенно если учесть долговечность стандартных эле­ ментов унифицированной системы УСЭППА.

Наряду с положительными качествами пневмоавтоматики необхо­ димо подчеркнуть и ее недостатки, заключающиеся в некоторой не­ точности слежения (поскольку датчик расположен в стороне от ду­ ги) и недостаточном быстродействии по сравнению с электроникой. Поэтому следует отметить, что выбор электрического, пневмати­ ческого или комбинированного (электропневматического) варианта зависит от возможностей производства, назначения устройства или сварочного автомата и условий их использования в общей автомати­ ческой линии.

Автоматическое направление электрода по стыку. Вторым и весьма важным объектом автоматизации дугового сварочного про­ цесса (после операции регулирования и стабилизации дуги) являет­ ся операция направления электрода (сварочной дуги) по геометри­ ческой оси шва, по линии стыка соединяемых деталей или по задан­ ной сложной траектории движения электрода.

При автоматической сварке точность направления дуги по линии шва приобретает первостепенное значение для качества сварного соединения, так как неточное положение конца электрода, а следо­ вательно, и дуги относительно оси шва вызывает смещение шва от линии стыка и соответствующий непровар корня шва.

Несмотря на ответственность этой операции, в подавляющем большинстве она осуществляется вручную с помощью так называе­ мого корректора и указателя. Указатель расположен впереди дуги над свариваемым стыком и жестко связан с электродным мундшту­ ком. Во время сварки оператор следит за положением указателя относительно стыка и в случае его смещения от оси стыка восста­ навливает правильное положение указателя, а следовательно, и электрода поворотом рукоятки корректора (механизма поперечного перемещения сварочной головки или электродного мундштука).

Такая система коррекции направления электрода крайне несо­ вершенна, требует напряженного внимания оператора и в то же вре­ мя ставит качество сварки в зависимость от индивидуальных осо­ бенностей оператора, его внимательности и добросовестности, тем более, что дефекты, вызванные смещением шва, не всегда можно об­ наружить обычными методами визуального контроля.

Кроме того, система ручного направления или вернее коррек­ ции направления дуги по шву вообще неприемлема при скоростях

133

сварки выше 1 мімин, так как при больших скоростях оператор уже не в состоянии следить за указателем и быстро реагировать на слу­ чайные отклонения стыка от линии движения автомата.

Механические роликовые копиры. Для комплексной автомати­ зации сварочного процесса, как правило, необходимы програм­ мные или следящие устройства автоматического направления дуги по оси шва. В серийных сварочных головках и автоматах подобные устройства (рис. 27) существуют пока только в виде копирующих роликов, движущихся впереди дуги по разделке шва, по углу шва или по стыковому зазору. Эти ролики следят за отклонениями шва и, будучи жестко связаны с электродным мундштуком, соответственно отклоняют (ведут) электрод. Копир (рис. 27) одновременно осуще­ ствляет копирование и по вертикали.

Роликовыми копирами снабжаются почти все серийные свароч­ ные автоматы. Некоторые из них имеют копирные ролики, явля­ ющиеся одновременно и ходовыми. Такие системы самокопирования представляют собой, например, сварочные тракторы типа ТС-17 (ИЭС) или ССГ-3 (ЦНИИТмаш), у которых два задних колеса явля­ ются ведущими, а передние движутся по разделке или по углу шва, направляя весь трактор по линии шва.

Известен и другой метод автоматического направления электро­ да по шву с помощью копирных роликов, когда ролики движутся не по разделке шва, а по копнрной эквидистантной линейке, уста­ новленной параллельно шву. В этом случае отсутствуют погрешнос­ ти, связанные с тем, что ролики расположены впереди дуги на некотором расстоянии. Недостатком этой системы является трудоем­ кость установки копирной линейки или изделия относительно ли­ нейки, если эта операция не автоматизирована.

Система роликовых копиров или скользящих копирных косты­ лей-щупов очень проста и надежна в эксплуатации, но она недоста­ точно совершенна и точна в выполнении своей основной функции.

Во-первых, она не учитывает случайных нарушений взаимного расположения электрода и сварочной дуги относительно копирую­ щих роликов. Эти нарушения возможны из-за несимметричного из­ носа контактов, разбалтывания роликов и шарниров копирного устройства, местного искривления электродной проволоки поперек шва и т. д.

Во-вторых, так как копирные ролики или костыли, движущиеся по разделке шва, расположены впереди дуги на значительном рас­ стоянии от нее (до 150—200 мм), то они следят за швом не в том мес­ те, где в данный момент горит дуга, и, следовательно, вносят по­ грешность в копировании, равную разности отклонения линии шва под роликами и под дугой. Иногда эта разница может оказаться весьма существенной и недопустимой для качества сварного соеди­

134

нения. Вследствие этого применение обычных роликовых копиров недопустимо при сварке криволинейных швов, имеющих переменный радиус кривизны.

В-третьих, вследствие дистанционного расположения копирных роликов относительно дуги, сварку последнего участка шва (на длине до 150—200 мм) приходится вести без копира. При этом копир должен быть выключен соответствующим стопорным уст­ ройством.

Следует отметить, что роликовые копиры, как средство автома­ тического направления электрода по линии шва, применимы далеко не для всех типов швов. Их невозможно использовать для сварки стыковых швов, не имеющих зазора или разделки кромок; нецелесо­ образно —при сварке коротких швов, для которых последний — «бескопирный» — участок составляет значительную долю общей длины шва; невозможно— при сварке швов переменной кривизны; они нена­ дежны при многослойной сварке и т. д.

Таким образом, несмотря на довольно широкое распространение в сварочном производстве механических копиров, все же область их рационального применения ограничена, а точность направления дуги по шву далеко не всегда удовлетворяет требованиям обеспече­ ния качества швов.

Электромеханические следящие системы. В тех случаях, когда механические роликовые копиры не могут обеспечить требуемой точ­ ности направления дуги по шву, следует применять более совершен­ ные электромеханические следящие системы с фотоэлектрическими, электромагнитными или индуктивными датчиками. Эти системы еще не получили широкого распространения и многие из них все еще находятся в стадии разработки, лабораторных и промышленных ис­ пытаний [25].

Выше были отмечены некоторые специфические особенности ав­ томатизации дуговой сварки, обусловленные неточностью заготовок и сборки их под сварку. В связи с этим при решении задачи автома­ тического направления дуги по шву следует различать три случая сварки, в значительной мере определяющие выбор системы автома­ тического направления: 1) сварка соединительного шва, линия ко­ торого определена неточными операциями изготовления и сборки заготовок и, следовательно, имеет значительные отклонения от но­ минала; 2) сварка шва, соединяющего точно изготовленные и со­ бранные детали с незначительными отклонениями от номинальных размеров, например, сварка кругового шва, соединяющего обрабо­ танные на токарном станке детали, или сварка простроганных на станке деталей; 3) наплавочные работы, при которых отсутствуют заданные сборкой линии швов, точнее валиков наплавки, но, одна­ ко, требуется соблюдать определенный маршрут движения электрода.

135