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

отрезки прямых между соседними опорными точками состояли из комплекта «стандартных» отрезков. Интерполированные программы отработки этих «стандартных» отрезков (подпрограммы) заранее введены в «память» перфоратора при монтаже его электросхемы.

■Собственно программа наносится на перфоленту по стандартным подпрограммам, причем для очередной подпрограммы достаточно на пульте управления перфоратора набрать «адрес» соответствующего «стандартного» отрезка. Записанная на перфоленте информация вво­ дится затем в считывающее устройство системы программного управления движением сварочной головки.

Естественно, что такой сравнительно простой метод подготовки программ возможен и рационален только тогда, когда объем инфор­ мации сравнительно невелик, что и имеет место при сварочных и наплавочных работах.

Исполнительным органом системы является шаговый привод, состоящий из маломощного исполнительного шагового двигателя и гидравлического или иного усилителя крутящего момента. В ка­ честве источника шагового вращения, кроме электрического шаго­ вого двигателя, в рассмотренной системе могут быть использованы храповые, анкерные и другие шаговые механизмы с электромаг­ нитным и пневматическим приводом, а также гидравлические шаго­ вые двигатели с электро- и пневмоуправлеиием.

Рассмотренная импульсно-шаговая система числового программ­ ного управления впервые была применена в наплавочном станке У-61, разработанном в ИЭС им. Е. О. Патона и предназначенном для наплавки фасонных штампов со сложной конфигурацией на­ плавляемых кромок или поверхностей.

Станок работает по автоматическому циклу, записанному на пер­ фоленте. Для подготовки программы не требуется никаких счетных устройств и вычислительных машин.

Конец электрода может описывать любую заданную траекторию в любой из трех взаимно перпендикулярных плоскостей, раздельно или совместно. Кроме того, ось электрода может наклоняться вокруг точки наплавки в любом месте траектории на 30° к вертикали. Этот поворот, так же как и линейные перемещения, производится в со­ ответствии с записанной программой.

В заключение описания автоматического направления электро­ да по стыку целесообразно отметить, что большинство рассмотрен­ ных следящих систем с электромагнитными (индукционными), фо­ тоэлектрическими и телевизионными датчиками еще не получили широкого распространения в промышленности из-за своей сравни­ тельной сложности, а иногда и недостаточной стабильности действия. В связи с этим при разработке проекта комплексной автоматизации ■сварочного производства прежде, чем выбрать ту или иную систему

150

автоматического управления движением сварочной головки и, в частности, способ ее направления по шву, следует тщательно про­ анализировать возможности использования для этой цели простей­ ших механических копиров прямого действия, электромеханических командоаппаратов с жесткой программой движения, или таких механических устройств и приспособлений, при которых вообще отпадает необходимость в автоматизации и коррекции направления электрода.

Такие возможности в значительной мере определяются конструк­ цией сварочного станка и особенно его установочно-сборочных устройств, предназначенных для точной сборки и фиксации свари­ ваемого изделия относительно направляющего рельса, копирной ли­ нейки, шаблона и т. д. Еще в большей степени возможность приме­ нения простейших и в то же время надежных устройств направления электрода определяется точностью изготовления и сборки сваривае­ мых деталей. Оба эти фактора, влияющие на выбор системы авто­ матического направления электрода по шву, могут быть сравни­ тельно легко учтены в позитивном плане, если для комплексной, автоматизации производства применять комбинированные сбороч­ но-сварочные станки с расширенными функциями изготовления, (см. § 18, 19).

Автоматическое возбуждение сварочной дуги. Одной из задач автоматизации дугового сварочного процесса является возбуждение дуги в начале сварки. В обычных серийных аппаратах для автома­ тической сварки эта операция не автоматизирована. Лишь при сварке проволокой малого диаметра (до 2 мм), на высоких плотностях тока дуга возбуждается автоматически при сближении конца электрод­ ной проволоки с изделием. При этом конец электрода оплавляется током короткого замыкания, образуя таким образом необходимый дуговой промежуток.

Во всех остальных случаях для возбуждения дуги требуется пред­ варительное искусственное закорачивание электрода на изделие,, что обычно осуществляется вручную или с помощью кнопок управ­ ления приводом подачи проволоки, т. е. не автоматически. В этих случаях часто практикуется закорачивание через легкоплавящийся комок металлической стружки или через графитовый стержень.

Такой метод возбуждения дуги совершенно неприемлем при ком­ плексной автоматизации сварочного процесса. Поэтому в современ­ ных сварочных станках-автоматах для автоматического возбужде­ ния дуги предусматриваются специальные устройства с импульсны­ ми генераторами или осцилляторами, при помощи которых первона­ чальное возбуждение дуги производится высоковольтным разрядом.

При этом в электросхеме станка предусмотрено автоматическое отключение осциллятора в момент возбуждения дуги, что необхо­

151

димо ввиду возможности поражения человека током высокого на­ пряжения.

Существенным недостатком осцилляторов являются радиопо­ мехи, создаваемые при их работе, которые полностью невозможно устранить даже при наличии в электросхеме соответствующих фильт­ ров и экранирования. В этом отношении, а также по условиям тех­ ники безопасности предпочтительнее системы с генераторами им­ пульсов.

В отличие от осцилляторов генераторы импульсов подают на ду­ гу один кратковременный импульс повышенного напряжения (до 5 кв и выше). Принцип действия простейшего генератора импульсов основан на том, что электрическая емкость за конечный промежу­ ток времени заряжается до определенного напряжения, а затем разряжается на дуговой промежуток. Разрядный ток зависит от ряда факторов и может быть доведен до любого требуемого значения.

Общим недостатком всех этих устройств, особенно устройств с осцилляторами большой мощности, является некоторая их опас­ ность для обслуживающего персонала и аппаратуры вследствие наложения токов высокого напряжения и, следовательно, необхо­ димость в специальных защитных мерах, а также весьма услож­ ненная система изоляции в токоведущих и находящихся под напря­ жением конструкциях станка и сварочной аппаратуры.

Именно усложненная изоляция и специальные средства элект­ рической защиты являются наиболее уязвимыми элементами всей электросистемы, особенно в условиях загрязненной атмосферы сва­ рочного цеха (возможность пылевых перекрытий изоляции деталей, замасливания их поверхностей и т. д.). Система с осциллятором еще больше усложняется и теряет свою надежность при наличии пара­ зитных емкостей и индуктивностей, неизбежных в конструкциях автосварочной установки. В связи с этим в последнее время ведутся усиленные поиски более надежных систем и устройств для автомати­ ческого возбуждения дуги.

Один из новых, разработанных в ИЭС им. Е. О. Патона способов автоматического возбуждения дуги основан на электромеханическом принципе «поджигания», без наложения токов высокого напряжения. В нем используется так называемый «эффект спички». Этот способ разработан применительно к автоматической сварке под флюсом, где условия возбуждения дуги значительно хуже, чем при сварке открытой дугой. Следовательно, он вполне применим и для свар­ ки плавящимся электродом в среде защитных газов, например в СОа.

Сущность способа заключается в том, что конец электрода на вре­ мя возбуждения дуги приводится в состояние поперечной вибрации с необходимой частотой и амплитудой, а скорость подачи электрода

152

уменьшают на это время по сравнению с нормальной скоростью по­ дачи при сварке. При этом происходит свободное проникновение кон­ ца электрода через слой флюса к свариваемому изделию, разрушение шлаковой корки на конце электрода, зачистка свариваемого изделия и конца электрода и многократное соприкосновение электрода с из­ делием, способствующие надежному возбуждению сварочной дуги. После возбуждения дуги и появления в электроде сварочного тока скорость подачи электрода автоматически увеличивается до номи­ нальной, а вибратор отключается. Минимальная скорость подачи электродной проволоки во время возбуждения дуги должна быть не менее скорости, при которой дуговой процесс идет еще устойчиво.

Вибрация конца электрода осуществляется методом качаний электродного мундштука вокруг неподвижной горизонтальной оси. Привод для качания — вибратор — может быть любой конструкции. В первых устройствах (1970— 1971 гг.) вибратор прикреплялся к ка­ чающейся части мундштука и представлял собой малогабаритный электродвигатель постоянного тока с эксцентриком на валу. Вслед­ ствие дисбаланса эксцентрика электродвигатель во время работы вибрирует с частотой, пропорциональной скорости вращения его вала. Вместе с. электродвигателем вибрирует токоподводящий мунд­ штук и, следовательно, конец электрода.

Испытания этого устройства в лабораторных и производственных условиях подтвердили его надежность в эксплуатации. Дуга авто­ матически возбуждалась в 100 случаях из 100 контрольных попыток возбуждения. Испытания производились при сварке под флюсом проволокой диаметром 4 и 5 мм на токах до 1200 а, при напряжении сварки 42 в и напряжении холостого хода 73 в. При этом частота колебаний конца электрода была равна 40 гц и амплитуда — 2,5 мм. Скорость подачи электрода во время возбуждения дуги 2,7 м/мин (при 0 4 мм) и 1,7 м/мин (при 0 5 мм), номинальная скорость по­ дачи электрода при сварке соответственно 4,8 м/мин (при 0 4 мм)

и 2,6 лі/мин (при 0 5 мм).

Недостаток описанного способа и устройства заключается в не­ желательной вибронагрузке мундштука знакопеременными инер­ ционными силами и загромождении конструкции сварочного аппарата в зоне сварки. К конструкции мундштука и сварочной головки, кроме обычных требований жесткости и прочности, предъ­ является в этом случае еще требование вибростойкости.

Таким образом, ни один из описанных способов автоматического возбуждения дуги нельзя признать вполне совершенным. Поэтому поиски оптимальных и надежных решений этой задачи продолжают­ ся параллельно с совершенствованием и внедрением описанных устройств.

153

§ 11. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Контактная сварка по сравнению с дуговой обладает существен­ ными преимуществами, значительно облегчающими задачу комплекс­ ной автоматизации сварочного производства. Первое из них заклю­ чается в возможности совмещения операций сборки и сварки в од­ ну комплексную сборочно-сварочную операцию. Для большинства видов контактной сварки такое совмещение операций является ес­ тественным результатом самого процесса сварки. В первую очередь это относится к стыковой сварке, при которой закрепление и фикса­

сварке вообще далеко не всегда удается добиться совмещения тех­ нологических операций и поэтому в большинстве случаев сборку приходится отделять от сварки. Наглядным примером может слу­ жить сварка кольцевых стыков труб. Если сравнить два способа сварки этих стыков (контактный и электродуговой), то в первом слу­ чае сборка и сварка стыка совмещаются в одну комплексную опера­ цию, а во втором — наоборот, сборка и сварка производятся отдель­ но и зачастую даже на разных рабочих местах и разными специалис­ тами. Такое различие в способах сборки-сварки отражается на степени автоматизации процесса и на его производительности.

Второе преимущество контактной сварки заключается в том, что она в противоположность электродуговой сварке дает возможность сравнительно легко осуществить полную автоматизацию всего сва­ рочного цикла. Именно с этой целью современные машины для кон­ тактной сварки снабжаются соответствующими регуляторами режи­ ма сварки и циклическими программными устройствами. При дуго­ вой сварке проблема полной автоматизации сварочного процесса во многих случаях все еще остается нерешенной. Достаточно на­ помнить о проблеме автоматического направления электрода по сты­ ку и задаче возбуждения дуги при малых плотностях тока.

При контактной сварке основная задача автоматизации сварочно­ го процесса заключается в регулировании параметров режима свар­ ки с целью их стабилизации или изменения по заданному закону. Такими параметрами являются: электрические параметры (свароч­ ный ток, напряжение, мощность); усилие сжатия электродов или свариваемых деталей (при стыковой сварке); время сварки; скорость сварки (при роликовой сварке) или скорость оплавления и осадки (при стыковой сварке). Эти параметры, являясь объектом автомати­ ческого управления и регулирования, в той или иной мере опреде­ ляют и саму систему управления.

В соответствии с классификацией, разработанной Б. Е. Патоном

154