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

В первом, наиболее распространенном, случае автоматическое направление дуги по оси шва, как правило, невозможно осуществить по жесткой программе, без обратных связей. В этом случае необхо­ дима гибкая система с обратной связью, корректирующей направ­ ление движения по фактическим отклонениям оси шва от номинала, следовательно, необходима следящая система. Простейшим, но да­ леко не совершенным представителем следящих систем может слу­ жить описанный механический роликовый копир (рис. 27) и система самокопирования.

Во втором и третьем случаях вполне удовлетворительно могут работать устройства с жесткой программой движения (без обратных связей), а при сварке точных круговых и прямолинейных швов небольшой протяженности сварочные автоматы могут хорошо рабо­ тать вообще без всяких специальных устройств для автоматиче­ ского направления электрода по шву. При сварке таких швов до­ статочны простейшие приспособления для первичной установки электрода над стыком.

Наибольший интерес представляют первые случаи сварки и предназначенные для них следящие системы для автоматического направления электрода по шву, так как они охватывают самый об­ ширный класс сварочных работ — сварку соединительных швов невысокой точности.

В зависимости от места расположения датчика, следящего за швом, все следящие системы можно разделить на три группы: I —■ системы с датчиком, жестко связанным с электродным мундштуком и расположенным на линии шва впереди дуги; II — системы с дат­ чиком, также жестко связанным с мундштуком, но расположенным не впереди дуги, а сбоку — на траверсе дуги. В этом случае датчик следит не за швом, а за копирной эквидистантной линией, заранее нанесенной на изделие параллельно шву и являющейся програм­ мой работы следящей системы; III — системы с датчиком, рас­ положенным на линии шва впереди дуги, но не имеющим непосред­ ственной жесткой связи с мундштуком. В этих системах информа­ ция, получаемая от датчика и отражающая положение оси стыка относительно некоторой базы, тем или иным способом запоминается на тот промежуток времени, за который сварочная головка прохо­ дит расстояние между мундштуком и датчиком. После этого инфор­ мация в виде определенного сигнала из устройства памяти поступа­ ет через усилитель-преобразователь на исполнительный орган сле­ дящей системы, управляющий поперечным движением сварочной головки. Таким образом, в системе третьей группы погрешность, связанная с дистанционным расположением датчика, отпадает, но появляются неизбежные погрешности записи и считывания в устройстве памяти.

136

Следящие системы первой группы обладают тем преимуществом перед системами второй группы, что не требуют дополнительной трудоемкой операции по нанесению копирной линии. Их преиму­ щество перед системами третьей группы заключается в отсутствии запоминающих устройств и сравнительной простоте схемы. Недостат­ ком систем первой группы является геометрическая погрешность сле­ жения, вносимая дистанционным расположением датчика впереди дуги.

Эта погрешность, свойственная и обычным роликовым копи­ рам, тем больше, чем больше расстояние датчика от дуги и чем боль­ ше кривизна шва, вернее, чем больше угол между фактической и номинальной линиями шва в месте сварки. Например, при угле рас­ хождения в 1° и расстоянии между электродом и датчиком 100 мм, геометрическая погрешность слежения достигает 1,8 мм.

Системы второй группы лишены этого недостатка, и датчик мо­ жет быть расположен на любом расстоянии от дуги, так как это рас­ стояние не влияет на погрешность слежения. Однако технико-эко­ номическая эффективность этих систем резко снижается из-за необ­ ходимости выполнения дополнительной операции по нанесению копирной линии. Кроме того, область применения этих следящих систем ограничена тем, что далеко не всегда возможно и допустимо нанесение копирной линии непосредственно на изделии, особенно, если она производится фрезой или резцом, как в производстве сварных труб.

Все перечисленные следящие системы страдают одним принци­ пиальным недостатком, заключающимся в том, что датчик контроли­ рует положение стыка не относительно сварочной дуги, а относи­ тельно сварочной головки или электродного мундштука, что не од­ но и то же. В некоторых случаях такая несовершенная взаимосвязь может внести существенные неточности в направлении дуги по сты­ ку, так как ось столба дуги далеко не всегда совпадает с осью элект­ родного мундштука и тем более сварочной головки. Причиной та­ кого несовпадения может служить, например, несимметричный износ контактов мундштука или его направляющей втулки, искрив­ ление электродной проволоки, вызывающее поперечное смещение ее конца, а следовательно, и дуги относительно оси мундштука, нежест­ кость конструкции сопряжения датчика с мундштуком и др. Подоб­ ные несовпадения не улавливаются и не корректируются ни одной из описанных выше следящих систем.

Более совершенной и точной была бы следящая система с дат­ чиком, контролирующим положение стыка относительно сварочной дуги, а не относительно электродного мундштука или сварочной головки, причем контроль их взаимного расположения следовало бы производить в зоне самой дуги (непосредственно или с помощью

137

опережающей записи положения). Подобные системы находятся пока в стадии поисковых лабораторных изысканий и еще далеки от широкого внедрения.

Основным и наиболее ответственным рабочим органом следящей системы является датчик, от конструкции и действия которого во многом зависит работа всей следящей системы. По методу слежения и ориентации можно различать три категории систем с датчиками: следящие за одной из кромок стыкового, нахлесточного или углово­ го соединения; следящие за стыком свариваемых кромок; следящие за специальной копирной линией, повторяющей линию шва.

Впервом случае, при слежении за одной из кромок стыка, реко­ мендуется применять простейшие системы с электроконтактными или реостатными датчиками.

Во втором случае, при слежении за стыком, также возможно при­ менение этих систем, но только при наличии разделки кромок или гарантированного зазора в стыке. Более универсальны и совершенны

вэтом случае следящие системы с бесконтактными электромагнит­ ными или индукционными датчиками, а для сварки открытой дугой — телевизионные системы.

Втретьем случае, при слежении за копирной линией, наиболее целесообразно применение следящих систем с фотоэлектрическим датчиком.

Остановимся вкратце на принципах действия перечисленных сле­ дящих систем для автоматического направления электрода по ли­ нии шва.

Следящие системы с электроконтактными или релейно-контакт­

ными датчиками. Системы с электроконтактными или релейно-кон­ тактными датчиками наиболее просты по своей конструкции и не требуют сложных устройств для переработки поступающей инфор­ мации. Следящая система, построенная на электроконтактном прин­ ципе, в сущности представляет собой реверсивный электродвига­ тель механизма поперечного перемещения сварочной головки (кор­ ректора) и переключающий контакт на конце рычага копирного ролика (рис. 27), движущегося по кромке или по стыку.

Эта система, как и все электроконтактные системы, проста по своей конструкции, но недостаточно надежна в действии, так как контакт, установленный в цепи рабочего тока двигателя, быстро обгорает от искрения и требует периодической чистки. Надежность системы можно повысить путем применения промежуточного реле, что позволяет уменьшить ток, проходящий через управляющие контакты системы. От искрения в контактах можно избавиться, используя схему сеточного контакта, содержащую электронную лампу или тиратрон. В этом случае управляющий контакт включа­ ют в сеточную цепь, работающую, как правило, на очень слабых

138

токах, которыми можно пренебречь, а промежуточное реле подклю­ чают к анодной цепи.

Динамические свойства, точность и чувствительность электроконтактных систем сравнительно невысоки; главной причиной этого является возникновение автоколебаний. Устранить их можно толь­ ко за счет снижения скорости отработки и чувствительности системы. Существуют и другие методы подавления автоколебаний, напри­ мер с помощью внутренних корректирующих обратных связей, но эти методы требуют существенного усложнения всей структуры сле­ дящей системы.

Следящие системы с реостатными датчиками. Более совершенны и точны разработанные в ИЭС следящие системы с реостатными дат­ чиками для слежения по кромке стыкового или нахлесточного со­ единения (рис. 29). Система снабжена двумя взаимозаменяемыми дат­ чиками: задающим 2 и отрабатывающим 1. В качестве задающего датчика, следящего за кромкой, использован проволочный потенцио­ метр, на движок которого воздействует копирный ролик или щуп, постоянно упирающийся в кромку. При смещении кромки потен­ циометр задающего датчика изменяет напряжение в цепи управле­ ния; сигнал через блоки управления и усиления попадает на коррек­ тор сварочной головки, который, перемещая сварочную головку, одновременно передвигает шток — движок второго — отрабаты­ вающего датчика 1. Этот второй датчик выполнен также в виде про­ волочного потенциометра. Если изменения напряжения в обоих датчиках одинаковы, то следящая система находится в нулевом по­ ложении; если различны, то следящая система срабатывает. Для улучшения динамических характеристик системы применена об­ ратная связь по скорости вращения исполнительного двигателя.

Погрешность слежения этой системы не превышает ± 1,5 мм, что для большинства среднекалиберных швов не выходит за пре­ делы допустимых смещений электрода.

Следящие системы с электромагнитными датчиками. Из всех раз­ работанных в настоящее время и частично внедренных электромеха­ нических следящих систем самый обширный класс составляют систе­ мы, основанные на принципе электромагнитного слежения. Их пре­ имущество перед описанными системами заключается в возможности автоматического направления электрода по стыку даже в том случае, если стык не имеет ни разделки, ни гарантированного зазора. Конт­ роль положения свариваемого стыка осуществляется с помощью электромагнитного датчика (индуктивного или индукционного), для питания которого используется переменный ток низкой (до 20 кгц) или высокой (до нескольких сотен кгц) частоты. Приемным — чув­ ствительным элементом датчика является катушка индуктивности, принцип действия которой основан на зависимости индуктивного

139