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

регулирования электрических параметров режима сварки; систе­ мы регулирования физических параметров.

К первой группе относятся регуляторы сварочного тока, напря­ жения, мощности и энергии, ко второй — регуляторы температуры, давления, скорости перемещения и др.

Возможны комбинированные системы регулирования двух или более параметров, как электрических, так и физических. В общем случае система автоматического управления и регулирования может состоять из нескольких взаимосвязанных регуляторов.

Регуляторы сварочного тока. В системах автоматического управ­ ления и регулирования контактных сварочных машин наиболее от­ ветственны регуляторы сварочного тока. Существует очень, много различных типов и, конструкций регуляторов тока. Общим для них является то, что все они входят в замкнутую систему автоматиче­ ского регулирования с отрицательной обратной связью по регули­ руемой величине, т. е. по сварочному току. Они поддерживают тре­ буемое значение сварочного тока с определенной точностью неза­ висимо от причин, вызвавших изменение тока. Этими причинами могут быть: падение напряжения питающей сети, изменение сопро­ тивления вторичной цепи сварочного трансформатора вследствие введения в контур цепи ферромагнитных масс изделия, колебания температуры окружающей среды и нагрева токоведущих частей ма­ шины и т. д., а также изменения сопротивления свариваемых дета­ лей и т. д.

Существуют регуляторы, которые могут обеспечить не только стабилизацию сварочного тока, но и определенный закон его изме­ нения независимо от влияния указанных выше возмущений (по крайней мере многих из них). Разработанный в ИЭС им. Е. О. Патона автоматический регулятор такого типа УРТ-3 для точечных свароч­

использовать его при кратковременных режимах и с произвольной программой изменения тока.

Для точечной и роликовой сварки металла с окалиной и гальва­ ническими покрытиями разработаны специальные регуляторы, осу­ ществляющие плавное нарастание тока [46]. Несмотря на чрезвы­ чайную актуальность задачи точечной и роликовой сварки горяче­ катаной стали с окалиной, не обеспечивающих качественной сварки, все же эти регуляторы, призванные обеспечить сварку таких сталей без снятия окалины, не нашли пока широкого применения в про­ мышленности, так как они еще недостаточно надежны и совер­

160

(травлением, дробе- и пескоструйным способом и пр.) с рабочих поверхностей металла в местах сопряжения деталей и под кон­ тактами.

Регуляторы энергии. Применение рассмотренных выше регуля­ торов позволяет стабилизировать сварочный ток и устранять влия­ ние на него колебаний напряжения сети и изменения сопротивле­ ния сварочного контура. Остаются, однако, нескомпенсированными некоторые другие возмущения, например, изменение размеров ра­ бочей поверхности электродов вследствие износа, шунтирование тока, изменение усилия сжатия электродов и т. п.

В связи с этим, а также в связи с тем, что качество сварного со­ единения при точечной и роликовой сварке определяется не тольковеличиной сварочного тока, но и временем его действия, в настоя­ щее время разработаны и продолжают разрабатываться более со­ вершенные автоматические регуляторы сварочного процесса, объек­ том регулирования которых является не сварочный ток, а энергия,, выделяемая на участке цепи между электродами. Эти регуляторы точечной сварки обеспечивают стабилизацию энергии независимо от характера возмущений. В качестве примеров таких регуляторов, можно привести систему с электронным прерывателем, отключаю­ щим сварочный ток при достижении энергией заданного значения [39]. Уязвимым местом этого регулятора является электронная лампа, служащая счетчиком энергии и не обеспечивающая высо­ кую точность работы, а следовательно, полную стабильность каче­ ства сварки.

Регуляторы энергии, разработанные в ИЭС им. Е. О. Патона, более точны и имеют устройства для компенсации наводок [231. Они обеспечивают высокую прочность сварных точек при действии различных возмущений: колебаний напряжения сети, изменения параметров контура машины, изменения размеров рабочей по­ верхности электродов, усилия сжатия электродов, шунтирования

ит. д.

Крегуляторам мощности относится также кибернетическая си­

стема управления контактными машинами, разработанная в Инсти­ туте кибернетики и ИЭС АН УССР [28, 37] и основанная на при­ менении вычислительной техники. Система состоит из устройства задания программы управления, устройства отработки и устройства автоматической коррекции, осуществляющего коррекцию програм­ мы в зависимости от действия возмущений, нарушающих закон из­ менения регулируемого параметра.

В рассматриваемой кибернетической системе, разработанной применительно к точечной сварке, в качестве параметра регулиро­ вания выбрана величина электрической энергии, выделяемой в зоне сварки в каждый период частоты питающей сети.

В основу построения системы автокоррекции программы управ­ ления положен принцип самонастройки по дискретной математи­ ческой модели регулируемого объекта, представленной в виде таб­ лиц соответствия его параметров. Введение в управляющее устрой­ ство таблиц соответствия в виде дискретных матриц зависимостей основных параметров объекта управления исключает проведение вычислительных операций в процессе управления, что обеспечи­ вает высокое быстродействие системы. Недостатком этого регуля­ тора является относительная сложность схемы, а также то, что ре­ гулирование ведется по суммарному значению сопротивления кон­ тура машины и свариваемой точки.

Регуляторы падения напряжения между электродами. Одним из весьма перспективных направлений в области автоматического регулирования процессов точечной и роликовой сварки является разработка регуляторов падения напряжения между электродами. Ю. Н. Ланкин [21], Б. Е. Патон и другие доказали, что поддержи­ вая постоянным падение напряжения между электродами (при не­ изменном электрическом сопротивлении и толщине свариваемого металла) можно обеспечить постоянство энергии, выделяемой в сва­ риваемых деталях.

В ИЭС им. Е. О. Патона разработан регулятор напряжения, позволяющий стабилизировать падение напряжения между элек­ тродами, либо изменять этот параметр по заданной программе. В этом регуляторе предусмотрены меры по компенсации наводок, а также устройство, сигнализирующее о невозможности сварки в случае значительных отклонений параметров процесса от нормы. Регулятор обеспечивает стабильное качество сварки при действии многих возмущающих факторов, включая шунтирование, изменение размера рабочей поверхности электрода и т. д.

Универсальный автоматический регулятор. В ИЭС им. Е. О. Па­ тона разработан универсальный автоматический регулятор, который стабилизирует сварочный ток, падение напряжения между электро­ дами или выделяемую энергию в зависимости от того, что подается на вход измерительного узла [22].

Многие известные регуляторы имеют низкую точность стабили­ зации регулируемого параметра и значительную инерционность, что не позволяет использовать их при кратковременных высоко­ производительных режимах.

Рассматриваемый регулятор отличается высоким быстродей­ ствием (0,5— 1 период напряжения питающей сети) и большой точностью поддержания регулируемой величины на заданном уровне (1—2%) независимо от причин, вызвавших ее изменение. Ре­ гулятор может работать с программным устройством, обеспечиваю­ щим изменение тока по любой заданной программе. В основном

162

регулятор предназначен для работы с однофазными точечными ма­ шинами серии МТП, снабженными реле времени типа РВЭ-7, РВД или универсальным программным устройством.

Выше рассматривали системы регулирования электрических пара­ метров режима сварки. Приведем примеры регулирования других физических параметров.

Программное регулирование процесса точечной сварки по вели­ чине перемещения электродов. Этот метод регулирования основан на двух положениях: прочность сварной точки в основном опре­ деляется наличием в ней литого ядра и его размерами; коэф­ фициент линейного расширения жидкого металла ядра значитель­ но выше коэффициента расширения того же металла в твердой фазе. Поэтому в период расплавления ядра наблюдается резкое увеличение толщины свариваемой точки и соответствующее, про­ порциональное ему, перемещение подвижных электродов машины.

Эффекты теплового расширения точки в периоды ее нагрева и образования ядра и связанные с этим перемещения электродов мо­ гут быть использованы для автоматического регулирования и кон­ троля точечной сварки.

Автоматический регулятор, разработанный Ю. А. Паченцевым, обеспечивает выполнение заданной программы перемещения элект­ родов путем воздействия на степень нагрева точки сварочным током.

Чтобы электроды перемещались по заданному закону, необхо­ димо в процессе сварки регулировать сварочный ток в зависимости от величины и знака рассогласования между заданным и действи­ тельным перемещениями электродов. Регулирование тока осущест­ вляется при помощи автоматического регулятора, который состоит из датчика перемещений, задающего и сравнивающего узлов и ис­ полнительного органа. При помощи датчика величина перемещения электродов преобразовывается в пропорциональную электрическую величину — напряжение. Это напряжение сравнивается с напря­ жением задающего узла, который формирует требуемую программу перемещений в виде напряжения, изменяющегося во времени по заданному закону. Разность сравниваемых напряжений, представ­ ляющая собой рассогласование в системе регулирования, подается на вход исполнительного органа, который изменяет эффективное значение сварочного тока, а следовательно, и мощность в направ­ лении уменьшения величины рассогласования.

Таким образом, сущность описанного метода регулирования заключается в том, что качество сварной точки определяется по ве­ личине перемещения электродов, измеряемого в процессе сварки. Перемещение электродов, однако, зависит не только от теплового расширения металла, но и от вдавливания электродов в поверх­ ность свариваемых деталей. Эти два явления действуют противо­