Файл: Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 170
Скачиваний: 3
сопротивления катушки от ее расположения относительно стыка. Эта зависимость обусловлена различной магнитной проницаемостью и различным сопротивлением электрическому току воздуха и сва риваемого металла. Следовательно, датчик реагирует на смещение
Рис. 29. Следящая система с реостатными датчиками для сварки спиральношозных труб.
катушки относительно стыка с его воздушным зазором и несплош ностью металла.
Примером следящей системы с электромагнитным индукцион ным датчиком может служить система, разработанная в ИЭС им. Е. О. Патона [4] и примененная при сварке прямошовных сталь ных труб. Система снабжена трехкатушечным высокочастотным дат чиком, действие которого основано на использовании вихревых то
140
ков и их способности проникновения в поверхностные слои металла (поверхностный эффект). Такой датчик при сдвиге его в сторону от стыка будет давать необходимую информацию в виде соответствую щего изменения индуктивности.
Выходной сигнал датчика после соответствующего усиления и преобразования поступает в блок управления корректором свароч ной головки. Коррекция положения головки осуществляется элект роприводом постоянного тока, управляемым с помощью электромашинного усилителя.
Промышленные испытания этой системы при сварке прямошов ных труб на скоростях сварки до 2,5 м/мин показали, что погреш ность слежения не превышает ± 2 мм (допустимая погрешность для данного шва ± 2,6 мм).
Подобные системы с высокочастотными индукционными датчи ками применимы не только для сварки стыков из ферромагнитных металлов (сталей и др.), но и немагнитных металлов (алюминиевых сплавов, латуни и т. д.).
В настоящее время разработано много других разновидностей электромагнитных следящих систем, однако большинство из них еще далеки от реализации и внедрения. Практическое их приме нение осложняется неизбежными конструктивными несовершенст вами свариваемого стыка, которые являются следствием неточности изготовления и сборки свариваемых деталей. Наиболее неблагопри ятно сказывается на работе следящей системы влияние таких фак торов, как превышение кромок, непостоянство характера (формы) разделки стыка по длине, переменность стыкового зазора и степени несплошности металла в стыке. Эти факторы не только нарушают нормальную работу устройств для автоматической стабилизации дуги и режима сварки, но и приводят к ложной отработке следящей системы направления дуги по шву, вследствие чего сварочная голов ка может сойти с оси стыка на недопустимую величину. Учет и ком пенсация превышения кромок и непостоянства разделки стыка яв ляется наиболее сложной частью задачи при разработке датчика.
В описанной следящей системе для уменьшения ее погрешности, возникающей из-за превышения кромок (депланации стыка), вве дено специальное устройство, разработанное Р. М. Широковским.
Следящие системы с фотоэлектрическими датчиками. В системах II группы, следящих не за самим стыком, а за вспомогательной ко пиркой линией, нанесенной на свариваемом изделии параллельно оси стыка, как правило, применяются фотоэлектрические датчики. В простейшем виде принцип действия этих датчиков заключается
в следующем. |
|
|
Световой луч от того или |
иного источника света |
направляет |
ся на изделие и фокусируется |
на его поверхности в |
виде яркого |
141
светлого пятна небольшого размера. Положение этого пятна относи тельно копирной линии, контрастно отличающейся от окружаю щей поверхности (от светового фона), контролируется чувствитель ным фотоэлементом. Полученный сигнал с помощью соответствую щего усилителя-преобразователя превращается в управляющее воздействие, необходимое для перемещения сварочной головки или
еемундштука с помощью соответствующего привода. Фотоэлектрический метод слежения за копирной линией можно
осуществить в одном из трех вариантов.
В первом варианте датчик состоит из источника света, дающего два световых пятна (или одно, вытянутое поперек линии), двух фо тоэлементов, каждый из которых контролирует положение своего пятна относительно копирной линии, и усилителя-преобразователя. Датчик настраивается так, что при симметричном расположении обоих пятен относительно линии на выходе усилителя-преобразо вателя напряжение отсутствует, а при уходе линии из этого симмет ричного (равновесного) положения появляется выходное напряже ние, значение которого определяется величиной отклонения, а фаза
(или знак) — направлением |
отклонения. Следовательно, датчик |
|
работает по дифференциальной системе, поскольку он |
реагирует |
|
на дифферент™ — разность |
между двумя встречными |
напряже |
ниями. |
|
|
Во втором варианте датчик следит не за самой копирной линией, а за ее краем, т. е. за контрастной границей между «светом и тенью». Следовательно, ширина линии в этом случае не имеет значения и да же наоборот •— при большой ширине следящее устройство рабо тает надежнее. Как и в первом варианте, датчик имеет два фотоэле мента, хотя генерируется только один световой луч. Основной фотоэлемент улавливает световой поток, отраженный частично от ли нии, а частично от окружающего фона, так как фотоэлемент направ лен на световое пятно, часть которого расположена на линии, а часть — на фоне. Второй — вспомогательный — фотоэлемент контро лирует только фон. Это позволяет при соответствующей настройке исключить на выходе датчика постоянную составляющую, создава емую фоном, и выделить сигнал, порождаемый только линией.
В третьем, наиболее перспективном варианте используется метод сканирования, осуществляемого путем вращения светового пятна по круговой орбите, дважды пересекающей копирную линию за один оборот или с помощью колеблющейся заслонки с узкой щелью.
При точном расположении датчика над линией, что соответству ет и точному положению сварочной головки над стыком, промежутки времени между очередными пересечениями линии будут равны, и следящая система будет сбалансирована. Если жекопирная линия, а следовательно, и стык сместятся в ту или иную сторону, то один
142
интервал времени увеличится, а другой—уменьшится; симметрия ко лебаний, а следовательно, и равновесие системы нарушится. В ре зультате на выходе усилителя следящей системы появится напря жение такого знака, которое заставит исполнительный электродви гатель перемещать датчик и связанную с ним головку в нужную сторону до восстановления симметрии колебаний, т. е. до совмещения со стыком сварного соединения.
Преимуществом этого варианта является то, что нестабильность параметров фотоэлемента и других элементов схемы несущественно влияет на работу следящей системы. Целесообразность применения фотоэлектрических датчиков со сканированием обусловлена также тем, что в выходном сигнале датчика содержится информация не только о положении его относительно копирной линии, но и о каче стве ее выполнения. При полном исчезновении копирной линищ например, на конечном участке шва, система не смещает датчик с того положения, которое он занимал в момент исчезновения копир ной линии. Эти качества отсутствуют у датчиков, построенных по дифференциальной схеме. Третий вариант по сравнению с другими заслуживает особого внимания, так как используемый в нем импульс ный метод в отличие от амплитудного имеет более высокую по мехоустойчивость.
На основе применения фотоэлектрического датчика со сканиро ванием в ИЭС разработана следящая система У-351. Она состоит из датчика, электронного усилителя, электромашинного усилителя и исполнительного электропривода, воздействующего на корректор сварочной головки. Для улучшения динамических характеристик системы в ней может быть применена обратная связь по скорости.
В результате промышленных испытаний установлено, что при сварке стыковых соединений на скорости 2 м/мин погрешность направления дуги по шву не превышает ± 1,5 мм, при допустимой величине смещения ± 2 мм.
Существенным недостатком всех следящих систем с фотоэлектри ческими датчиками, контролирующими копирную линию, а не сам стык, является необходимость дополнительной операции по нанесе нию этой контрастной линии на поверхность изделия. Причем эта технологическая операция должна быть выполнена с большой точ ностью, так как любая неточность в нанесении линии (в ее непарал лельности стыку) суммируется с погрешностями самой следящей системы.
Наиболее распространенными способами нанесения копирной линии являются: снятие наружного слоя металла с поверхности сва риваемого изделия до металлического блеска (резцом, фрезой или абразивным камнем); нанесение других веществ или красок на по верхность изделия.
143
Несмотря на трудоемкость этой операции, во многих случаях это окупается тем, что система направления электрода независима от качества подготовки и сборки стыка (депланации кромок, перемен ного зазора в стыке, несовершенств в разделке шва и т. д.), а также от расстояния между датчиком и сварочной дугой. Однако во мно гих случаях нанесение копирной линии невозможно или недопус тимо (особенно резцом).
«Запоминающие» следящие системы. Поиски более универсаль ного и экономичного варианта привели к созданию следящих систем третьей группы. Эти системы снабжены датчиками, контролирую щими стык впереди дуги, как и описанные следящие системы с ин дукционными датчиками, но в отличие от них имеют устройства, задерживающие отработку сигнала на время прохождения свароч ной головкой пути, равного расстоянию между электродом и датчи ком. Таким образом, погрешность слежения, вызываемая обычно дистанционным расположением датчика впереди дуги, в этих си стемах отсутствует. Задержка сигнала, или, точнее, задержка исполнения приказа датчика, осуществляется методом автоматиче ского запоминания (записи информации от датчика) и последую щей выдачи ее методом считывания. Для выполнения этих опе раций система снабжена специальными электромагнитными устрой ствами записи и последующего считывания через определенный, заранее заданный интервал времени, определяемый скоростью свар ки и расстоянием между электродом и датчиком.
Всистемах цифрового программного управления, разработанных
вИЭС им. Е. О. Патона, запись информации о поперечных откло
нениях датчика от стыка производится на синхронно движущемся со сварочной головкой программоносителе, в частности, на маг нитной ленте. Эта запись является кинематической программой движения, которая реализуется через время / после подачи сигна ла. В процессе воспроизведения при сварке информация считывает ся с магнитной ленты и после соответствующего усиления посту пает на коммутатор или иной аппарат, который вырабатывает команды, необходимые для работы шагового или иного двигателя корректора сварочной головки.
Характерная особенность этой системы, выгодно отличающая ее от обычных программных устройств с жесткой программой, заклю чается в том, что записанная на магнитной ленте программа явля ется строго индивидуальной для данного шва со всеми присущими ему неточностями. В обычных «жестких» программных устройствах программа движения заранее определена как унифицированная для всех швов данного типоразмера, т. е. без учета индивидуальных не совершенств и неточностей каждого из них (без обратных связей).
Следует отметить, что в тех и других программных устройствах
144
не учитывается влияние сварочных деформаций, которые в отдель ных случаях могут вносить существенную погрешность в направле ние дуги по шву.
Систему третьей группы (с предварительным запоминанием кри визны стыка) можно рассматривать как состоящую из двух следящих систем, одна из которых предназначена для направления датчика по стыку и выработки программы, а другая, работающая по про грамме, хранящейся в устройстве памяти,— для направления сва рочной головки по стыку. Погрешность положения электрода отно сительно оси стыка в этом устройстве определяется погрешностью записи и считывания в устройстве памяти и погрешностями обеих следящих систем — программирующей и отрабатывающей.
Вторым недостатком этих систем является их функциональная и структурная сложность, обусловленная необходимостью много ступенчатой переработки информации, поступающей от датчика.
Наконец, третий недостаток заключается в том, что начальный участок шва на длине, равной расстоянию между электродом и дат чиком, сваривается без автоматического направления и, следова тельно, не свободен от обычных погрешностей, вносимых дистан ционным расположением датчика впереди дуги.
Основное преимущество рассматриваемых следящих систем за ключается в том, что они не нуждаются во вспомогательной копирной линии и в то же время исключают погрешности, вносимые дистан ционным расположением датчика, на всем протяжении шва, кроме начального участка.
При сварке многослойных швов или при выполнении некоторых наплавочных работ, требующих многократного повторения электро дом одного и того же маршрута, возможно и целесообразно приме нение упрощенных систем цифрового программного управления, основанных на том же принципе предварительного запоминания траектории (записи кинематической программы движения) и после дующего многократного ее повторения. В этих системах программа записывается на магнитной ленте или ином быстросменном програм моносителе полностью для всего шва при первой — холостой—про ходке сварочной головки (без дуги); при этом точное направление электрода по линии будущего шва производится с помощью кор ректора с ручным управлением. В дальнейшем при сварке движе ние сварочной головки осуществляется по записанной программе без всяких обратных связей и повторяется столько раз, сколько слоев нужно наплавить по данной траектории или линии, ей па раллельной. Способы записи и считывания программы аналогичны рассмотренным выше.
Недостатками этой системы являются ограниченная область ее рационального применения (многослойные криволинейные швы и
145