Файл: Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования сварочных процессов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 67
Скачиваний: 0
н . с . Л Ь В О В
АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ
Москва
1973 М А Ш И Н О С Т - Р О Е Н И Е »
Л 89 УДК 621.791:658.562.3:65.011.56
/?/<? billed:
Л ь в о в Н. С. Автоматизация контроля и регулирования сва рочных процессов. М., «Машиностроение», 1973, стр. 128.
В книге рассмотрены методы и средства контроля электри ческих, механических и тепловых параметров сварочных процес сов. Дан анализ условий, обеспечивающих формирование высо кокачественного шва npji_jy_roBOH[ сваще. Приведены способы дистанционного контроля и управления источниками питания сварочной дуги, возбуждения дуги, заварки кратера, контроля процесса сварки средствами телевизионной техники.
Большое внимание уделено системам контроля и регулирова ния, предназначенным для автоматической ориентации электрода относительно свариваемого изделия сложной конфигурации, си стемам программного и комплексного регулирования, обеспечи вающим заданную глубину проплавлення. Даны перспективы развития контроля и комплексной автоматизации сварочных про цессов.
Книга рассчитана на инженерно-технических работников сва рочного производства.
Ил. 38. Список лит. 98 назв.
Рецензент инж. В. В. Гума
3126—100
100—73
038(01) — 73
© Издательство „Машиностроение", 1973г.
ВВЕДЕНИЕ
Качество сварных изделий может быть повышено совершен ствованием технологии сварки, подъемом уровня механизации, автоматизации и культуры сварочного производства. Однако эти мероприятия приводят к желаемым результатам при ис пользовании объективного и оперативного контроля параметров основного технологического процесса и сопутствующих ему вспомогательных процессов. Контроль необходим при подго товке к сварке исходных материалов и оборудования для вы полнения сварных соединений, при эксплуатации сварочного оборудования, испытаниях сварных изделий, нормировании сва рочных работ, приемке готовой продукции и проектировании сварочной аппаратуры.
Перед тем, |
как |
приступить к основному этапу производст |
ва — собственно |
сварке, необходим предварительный контроль. |
|
Первым этапом |
предварительного контроля является конт |
роль исходных материалов. Контроль основного металла, пред назначенного, например, для дуговой сварки, включает в себя внешний осмотр; анализ на свариваемость и склонность к го рячим трещинам; испытания механических свойств; проверку химического состава. Сварочная проволока контролируется .по химическому составу и наличию на поверхности окалины, ржав чины, масла, грязи, графитовой смазки. Перед ручной сваркой проверяют качество защитного покрытия электродов, а перед сваркой под флюсом — его химический состав, однородность, объемную массу, величину зерен, влажность. Защитные газы контролируют по химическому составу и влажности.
Второй этап — контроль заготовок, соответствия их требу емому составу и сертификату; проверка чистоты свариваемых поверхностей, подготовленности кромок.
Третьим этапом является контроль сборки. Оценивается пра вильность сборки и использования сборочных приспособлений; соответствие зазоров в соединениях, разделки кромок, качества и числа прихваток значениям, заданным допусками и техниче скими условиями, технологическим инструкциям и чертежам.
Четвертый этап предварительного контроля — контроль го товности и исправности технологического оборудования и источ-
пиков питания сварочной цепи, аппаратуры управления ею и измерительных приборов. Контролируется наличие напряжения сети и его стабильность, целость и правильность соединений, исправность аппаратуры, положение переключателей и регули рующих элементов. Путем пробных включений контролируется исправность сборочно-сварочных приспособлений, стендов, ма нипуляторов. При сварке особо ответственных изделий прово дится пробная сварка на заданных технологией режимах.
В сварочном производстве используется различное оборудо вание: механическое, электрическое, пневматическое, гидравли ческое и т. д. Для повышения надежности оборудования необ ходимо строгое соблюдение графика планово-предупредительно го ремонта и периодических осмотров. Каждый сварочный аппарат, источник, агрегат, машина должны проходить (в уста новленные для нее контрольные сроки) аттестацию по уточне нию ее электрических, механических и технологических харак теристик и соответствия их паспортным данным. Отклонения по основным параметрам не должны превышать ± 5 % , по вспо могательным — ± 1 0 % .
При |
сварке помимо специфических (электрических, |
тепло |
вых и |
механических) параметров процесса необходимо |
непре |
рывно контролировать: чистоту свариваемой поверхности и при меняемых материалов; взаимное пространственное положение сварочного электрода и свариваемого изделия; исправность сва рочного оборудования, аппаратуры управления и приборов кон троля; качество очистки шва от шлаковой корки и излишков
флюса; |
непрерывность поступления всех необходимых компо |
нентов; |
условия окружающей среды (температуру, влажность |
и т. д.) |
и формирования сварного шва. |
После окончания сварки контролируют качество готового сварного изделия. Метод и объем контроля, а также характер, число и размер допустимых дефектов в каждом конкретном случае определяют в зависимости от категории сварного изде лия, установленной техническим проектом. Однако ни один из методов неразрушающего контроля сварных соединений в от дельности не выявляет влияния всех дефектов. Поэтому целесо образно применение комплекса методов.
Особый контроль надо установить за теми параметрами, точность соблюдения которых обусловлена требованиями тех ники безопасности.
При разработке технологии новых способов сварки или ее совершенствовании необходимо применять методы лаборатор ного контроля и измерительную аппаратуру высокой точности. Сварные образцы подвергают различным воздействиям (темпе ратурным, агрессивных сред и т. д.), искусственному старению (выдержке при заданной температуре и определенных атмо сферных условиях и т. д.), механическим испытаниям, затем готовят из них шлифы и исследуют под микроскопом. В про-
цессе этих работ также контролируют и регулируют различные параметры: температуру, расход, давление, скорость, временные интервалы и т. д.
Продолжительность операций контроля составляет 20—30% продолжительности собственно сварки, затраты же на контроль нередко в несколько раз превосходят ее стоимость. Эти затраты можно снизить использованием более совершенных методов контроля и его автоматизацией. При применении полуавтомати ческих систем контроля затрачивается до 50% рабочего време ни оператора, а автоматических — не более 2%.
Автоматический |
контроль позволяет использовать |
результа |
|
ты измерений |
для |
оперативного управления технологическим |
|
процессом, что |
повышает уровень автоматизации |
сварочного |
производства в целом.
ГЛАВА I
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ
1.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
Всварочной цепи необходимо измерять следующие электри ческие параметры: напряжение и силу тока (постоянного и пе ременного), мощность (постоянного и переменного тока), ча стоту тока, коэффициент мощности, количество энергии, а также сопротивление, емкость, индуктивность, взаимную индуктив ность, сдвиг фазы.
Эти параметры могут быть измерены непосредственно при бором, либо путем сравнения измеряемой величины с эталоном. Приборы непосредственной оценки просты и недороги, но ха рактеризуются невысокой точностью, так как потребляют энер гию от контролируемой цепи.
По точности |
приборы |
непосредственного |
отсчета |
делятся на |
8 классов — от |
0,05 до |
4,0. При выборе |
прибора |
необходимо |
учитывать конкретные условия его применения — влажность и температуру среды, наличие электрических и магнитных полей, механические и другие воздействия.
Измерение тока и напряжения. Включение приборов непо средственной оценки на первый взгляд не представляет особых затруднений. Однако при этом необходимо, во-первых, чтобы включение измерительного прибора непосредственной оценки не влияло на работу контролируемой цепи, сопротивление ампер метра было значительно меньше (не менее чем на порядок), а сопротивление вольтметра значительно больше сопротивления контролируемой цепи. Во-вторых, каким бы способом ни изме ряли электрические параметры сварочной цепи, какие бы при боры при этом не использовали, необходимо правильно выбрать место их включения, ибо сварочная цепь обладает особенностя ми. Нередко приходится отказываться от прямых методов из мерений и пользоваться косвенными. Напряжение, пропорцио нальное току сварки, можно получить, например, на последова тельной обмотке возбуждения сварочного генератора.
Для исключения влияния приборов на контролируемую цепь или расширения пределов измерений в п раз сопротивление
шунта гш или добавочное сопротивление г& |
(при |
условии, что |
|
г„ — внутреннее сопротивление прибора), могут |
быть найдены |
||
из выражений |
|
|
|
гш = - Гп , ; гд = гп {п — 1). |
|
||
п — 1 |
|
|
|
Включение вольтметра последовательно с добавочным со |
|||
противлением позволяет не только расширить в п раз пределы |
|||
измерения, но и во столько |
же раз снизить |
температурную по |
|
грешность. |
|
|
|
Получить мощный сигнал |
при измерении |
тока, |
когда сварка |
выполняется на переменном токе, можно, например поясом Роговского. Он представляет собой тонкую гибкую ленту из изо
лирующего материала, на которой намотана |
по всей длине тон |
||||||||||||||
кая |
проволока |
[65]. Снимаемое |
напряжение |
пропорционально |
|||||||||||
производной от протекающего тока |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
е = — un |
s |
|
di |
; |
|
|
|
|
||||
|
|
|
— w |
|
|
|
|
|
|
||||||
где |
s — сечение ленты, нормальное к ее оси; |
|
|
|
|
||||||||||
|
/ — длина |
пояса; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w — число витков. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пояс Роговского используют в сочетании с простейшим ин |
|||||||||||||||
тегрирующим #С-контуром. Пределы |
|
измерения |
тока |
с по |
|||||||||||
мощью пояса не ограничены. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
При сварке на постоянном токе мощный сигнал можно так |
|||||||||||||||
же получить с помощью магнитного |
|
усилителя |
ТУМ АЗ-22. |
||||||||||||
При |
силе тока до 300 а он дает |
выходное напряжение |
с крутиз |
||||||||||||
ной 0,1 в/а. В качестве управляющей |
|
обмотки используют сва |
|||||||||||||
рочный кабель, на который надевают |
|
тороидальный |
сердечник |
||||||||||||
усилителя. При измерении малых токов |
и напряжений |
для по |
|||||||||||||
вышения чувствительности |
измерительного |
устройства |
можно |
||||||||||||
использовать |
усилители |
на электронных |
лампах |
или |
транзи |
||||||||||
сторах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высокой |
(до 0,01%) точности измерения |
малых |
токов и на |
||||||||||||
пряжений можно достигнуть |
при использовании метода |
сравне |
|||||||||||||
ния |
(компенсации). Фотоэлектрооптические |
усилители-компен |
|||||||||||||
саторы, схемы |
которых |
приведены |
на |
|
рис. 1, незаменимы при |
измерении малых напряжений и токов в высокоомных цепях. Фотоэлектрооптический усилитель состоит из гальванометра, оптической системы и дифференциального фоторезистора, ток которого и является выходным. Фотоэлектрооптические усилите ли серийно выпускает ленинградский завод «Вибратор»- Коэф
фициент усиления |
их 1,4-104—3,4 • 105, погрешность компенсации |
||||
не более 0,5% • |
|
которого показана на рис. \,а, |
|
||
Компенсатор, |
схема |
предна |
|||
значен |
для измерения |
напряжения |
Ux. При отсутствии |
напря |
|
жения |
Ux зеркальце гальванометра |
ИП освещает обе половины |
фоторезистора Ф одинаково, в результате чего выходной ток схемы отсутствует. При ихфО рамка гальванометра поворачи вается, освещенность одной половины фоторезистора увеличи вается, а другой уменьшается. При этом ток компенсации
іих
и—-- достигает такой величины, что напряжение на резисторе RK уменьшается в соответствии с измеряемым.
Рис. 1. Схема автоматических фотоэлектрооптических усилителей-компенсаторов для измерения напряжения
(а) и тока (б)
Компенсатор, схема которого показана на рис. 1,6, предна значен для измерения тока ix. Ток компенсации / к зависит от
. R + R
измеряемого тока 1т К = їх K —•d - .
Измерение несинусоидальных токов. Для контроля импульс- но-дуговой сварки стандартная измерительная аппаратура не пригодна, так как ток изменяется не по синусоиде и имеет не постоянную частоту следования импульсов. Обычные приборы, кроме того, инерционны. Нужны устройства, позволяющие за фиксировать и проанализировать значения параметров процесса после его завершения.
Рис. 2. Схемы устройств для измерения амплитудного (а и б) и действующего (в) значений тока сварки
Амплитудное значение тока сварки может быть измерено по схеме, показанной на рис. 2, а. Под действием импульса тока от датчика Тр, в качестве которого используют трансформатор то ка с короткозамкнутым витком или пояс Роговского, заря-
жается конденсатор С и напряжение заряда его измеряют лам
повым вольтметром V. Кнопка Кн |
нужна |
для подготовки |
схемы |
к повторному измерению путем разряда |
конденсатора. |
|
|
В НИАТе разработан прибор |
АСА-1 |
для измерения |
ампли |
тудного значения сварочного тока длительностью 0,004—0,5 сек. Датчиком служит пояс РоговскогоДля снижения погрешности
интегрирования |
в приборе использован операционный усили |
||||
тель |
У1 (рис. |
2,6). Напряжение на |
конденсаторе С2 равное |
||
амплитудному |
значению, поступает на усилитель |
мощности У2 |
|||
с большим входным сопротивлением, |
на |
выходе которого вклю |
|||
чен |
стрелочный магнитоэлектрический |
прибор. |
Аналогично |
устроен прибор типа ИСТ-4АМ, разработанный в ИЭС им. Е. О. Патона [65].
Действующее значение тока сварки измеряют с помощью
приборов, работающих по схеме |
замещения (рис. 2, в). Мгно |
венное значение тока датчика Тр |
формируется интегрирующим |
импульсов сигнал интегрируется в течение полупериода вторым решающим усилителем и подается через замыкающий контакт реле Р на гальванометр ИП попеременно с напряжением, сни маемым с потенциометра R. Можно найти такое положение пол зуна на потенциометре, при котором стрелка гальванометра ИП успокоится. При этом по шкале потенциометра R можно зафик сировать значение силы действующего тока
Извлечение квадратного корня осуществляется с помощью со ответствующей градуировки шкалы потенциометра.
Напряжение в сварочной цепи в холостом режиме в 2—4 ра за превосходит рабочее напряжение. Вследствие этого при из мерениях необходимо не только принимать меры к устранению большой постоянной составляющей, но и защищать измеритель ную аппаратуру от перегрузок-
Можно рекомендовать, например, способ измерения напря жения дуги с предотвращением выхода шлейфа из строя при напряжении холостого хода сварочного генератора, который за ключается в следующем [4]. Контролируемое напряжение Uo
подается через резистор |
R1 на |
две цепочки |
из |
стабилитронов, |
|||
включенных встречно, а |
затем |
с них |
через |
резистор |
R2— |
на |
|
шлейф осциллографа. Максимально |
возможная |
сила |
тока |
че |
|||
рез шлейф |
|
|
|
|
|
|
|
R« + R,