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: 85
Скачиваний: 0
сирует по длине, снижается проплавление основного |
металла |
из-за понижения температуры переносимых капель. |
|
Получить гарантированный высокого качества шов можно |
|
при условии, если для различных диаметров проволоки |
найдены |
соответствующие оптимальные величины вылета, тока сварки, либо взаимосвязь этих параметров. Для механизированной свар ки низкоуглеродистой проволокой Св-08А установлено, что, если произведение квадрата плотности тока на объем вылета при
мерно равно 4 - Ю 7 а2/см, |
то нагрев проволоки практически по |
|||
стоянен и соответствует |
350—400° С. Максимально |
допустимая |
||
сила |
тока (в а) при этом |
|
|
|
|
/шах = VW^TX |
d, |
|
|
где |
/ и d — вылет и диаметр электрода |
в см. |
|
|
При сварке плавящимся электродом |
в углекислом |
газе коле |
||
бания напряжения в сети смещают внешнюю характеристику источника питания и тем самым существенно влияют на режим, изменяя ток сварки. Компенсировать эти возмущения можно пу тем автоматического регулирования сопротивления сварочной цепи, в частности длины вылета электродной проволоки. Регу лятор, основанный на этом принципе, разработан в Краматор ском индустриальном институте.
Влияние изменения вылета электрода можно скомпенсиро вать Наклоном электрода. Например, при сварке в смеси угле кислого газа и кислорода при увеличении вылета первоначаль ная глубина проплавлення может быть восстановлена наклоном электрода назад на угол ^ 45°.
При сварке в углекислом газе на токе повышенной плотно сти изделий с неровностями, а особенно гнутого профиля или с переменным радиусом кривизны часто возникает изменение параметров режима. В результате саморегулирования, наблю дающегося особенно интенсивно при жестких характеристиках источника, изменяется также вылет электрода. Одним из спо собов компенсации этого отклонения, а следовательно, стабили зации глубины провара является следующий'. Заданное значе ние тока устанавливается напряжением на потенциометре R1 (рис. 30, а). Это напряжение сравнивается с напряжением, сни маемым с последовательной обмотки возбуждения wvi свароч ного генератора и пропорциональным фактическому значению сварочного тока. Сравнение осуществляется на входе транзи сторного усилителя с релейным выходом или на обмотках уп равления ЭМУ. В случае различия этих напряжений двигатель, влюченный на выход усилителя, поднимает или опускает токоподводящий мундштук ГС до момента ликвидации ошибки. Си стема обеспечивает постоянство глубины проплавлення с точ ностью ±0, 9 мм [35].
1 К а с с о в Д. С. и др. Авторское свидетельство № 207302 (БИ № 2 , 1968).
При решении задачи регулирования дуги путем изменения ее длины многие авторы отдают предпочтение релейным систе мам вследствие их относительной простоты. Однако при исполь зовании таких систем неизбежны незатухающие колебания кон ца электрода. Принципиальная схема одной из таких систем, выполненных в качестве приставки к сварочному аппарату АДСВ-2, представлена на рис. 30, б.
Рис. 30. Принципиальные схемы систем регулиро вания с изменением вылета электрода (а) и дли ны дуги (б)
Напряжение дуги сравнивается с заданным значением на потенциометре уставки R9. Пока Ug<Ll)y транзисторы 77 и Т2 заперты, а транзистор ТЗ открыт. Поэтому открыты транзисто ры 77 и Т8, и ток по обмотке якоря двигателя проходит через
его последовательную обмотку возбуждения ОВ2. |
Происходит |
подъем электрода. Это продолжается до тех пор, |
пока напря |
жение на дуге не превысит уставку на величину |
AU=Ud—Uy, |
достаточную для отпирания транзисторов 77 и Т2 и запирания транзистора ТЗ. В результате вместо транзисторов Т7-Т8 откро ются транзисторы Т5-Т6, и якорь двигателя получит питание через обмотку ОВ1. Произойдет реверс двигателя. Качество си стемы характеризуют следующие параметры: точность регули рования напряжения дуги ±0,12 в, установившаяся скорость перемещения горелки 12 мм/сек, максимальная частота колеба ний 3,5 гц. Ступенчатое возмущение по длине дуги в 2 мм си стема отрабатывает за 0,3 сек [25]. Использование в релейной
системе регулирования сериесного электродвигателя, как это сделано в описываемом примере, целесообразно, так как он обеспечивает большее ускорение при разгоне.
Рассмотрим еще одно оригинальное устройство, которое можно использовать преимущественно при сварке неплавящимся электродом. Состоит устройство из задатчика напряжения дуги, датчика-преобразователя сигнала ошибки и релейно-тран зисторного блока реверсирования электродвигателя привода
Рис. 31. Принципиальная схема системы регулиро вания с изменением дли ны дуги
вертикального перемещения сварочной головки (рис. 31). На пряжение дуги поступает на вход преобразователя постоянного тока в переменный на транзисторах 77 и Т2 и повышающем трансформаторе Тр2. Задатчиком является резистор R1, с по мощью которого во входной цепи преобразователя устанавли вается при заданном напряжении на дуге ток определенной величины. Контроль фактического значения этого тока, а сле довательно, и напряжения на дуге, проводится после его преоб разования, выпрямления и сглаживания с помощью фильтра С1-Др-С2. Выполняют это мост на стабилитронах Л1 и Л2 и резисторах R4 и R3 с поляризованным реле РП в диагонали. Направление тока в обмотке РП-0 зависит от того, больше или меньше суммы падений напряжений на стабилитронах подавае мое на мост напряжение.
Реле РП имеет дополнительные обмотки РП-1 и РП-2. Они получают питание (однополупериодное выпрямленное напряже ние) через контакты этого же реле и через цепи баз транзисто ров ТЗ и Т4 от обмоток трансформатора Tpl. Тяговое усилие этих обмоток примерно в 10 раз превышает усилие, развиваемое основной измерительной обмоткой РП-0. Это обеспечивает на дежное замыкание контакта реле. В зависимости от того, какой транзистор подключен, якорь двигателя работает на положи тельной или отрицательной полуволне напряжения от трансфор-
матора Tpl. Размыкание контактов поляризованного реле мо жет произойти только при одновременном обесточивании обеих обмоток — измерительной и дополнительной, что возможно лишь при почти полном отсутствии тока в дополнительной обмотке. Следовательно, контакт подгорать не будет. Якорь двигателя зашунтирован еще одной обмоткой РП-3 того же реле РП. При соответствующем сопротивлении резистора R9 эта обмотка при достижении напряжения реакции якоря, равного примерно по ловине номинального, заставляет реле РП отпустить, если даже обмотка измерительная еще не обесточена. Таким способом в системе подавляются автоколебания.
Возможные «примерзания» электрода |
в системе устраняются |
с помощью также фильтра С1-Др-С2. |
После отключения сва |
рочного тока конденсаторы фильтра разряжаются через обмотку реле РП, и последнее включает двигатель на подъем сварочной головки. Регулятор длины дуги вступает в действие с помощью реле РТ, как только зажигается дуга и возникает ток сварки. Описанная система позволяет поддерживать напряжение на ду ге с точностью до ± 0 , 5 % [79].
Системы автоматического регулирования проплавлення с
контролем и изменением электрических и временных парамет ров процесса. Глубина проплавлення основного металла при по стоянной скорости сварки определяется током сварки, который зависит от скорости подачи и вылета электродной проволоки. Необходимость стабилизации тока сварки особенно актуальна при полумеханизированной сварке стыковых и тавровых одно сторонних соединений, когда доступ к другой стороне шва не возможен. И если при этом прожоги возможны практически только при больших зазорах, то вероятность появления непроваров велика, так как сварщик стремится работать на удлинен ных вылетах электрода.
Наиболее объективным критерием качества сварки, когда со храняются неизменными условия теплоотвода, могло бы слу жить количество энергии, выделяемой на свариваемом изделии. Однако из-за различия вольт-амперных характеристик различ ных источников питания сварочной цепи реализация метода контроля процесса по этому параметру затруднена.
Универсальное устройство для автоматического управления тепловым процессом при электрической сварке1 предложено ВНИИЭСО. Измерительным устройством в нем служит магнит ный усилитель, управляемый током нагрузки (рис. 32, а) . Уси ленное и выпрямленное напряжение через делитель, составлен ный из кремниевого стабилитрона Д и резистора R, подается На вход генератора Г, где преобразуется в импульсы, частота которых пропорциональна входному напряжению.
1 Б л и н о в И. М., З а й ц е в М. П. и З и л ь б е р г А. Г. Авторское свиде тельство № 198482 (БИ № 14, 1967).
Для |
источника с |
жесткой характеристикой время |
сварки |
|
|
, |
k |
связано |
с силой тока |
квадратичной зависимостью: tce ~ |
. |
|
|
|
/ 2 |
|
|
|
св |
Зависимость эта аппроксимируется производной в рабочей точ ке, так что на вход генератора подается напряжение, пропор циональное удвоенному току. При выборе резистора делителя ста тическое напряжение на стабилитроне Ucr в рабочей точке
равно UR. Так как UCT — const, то изменение напряжения на ре зисторе оказывается удвоенным. При допустимых пределах из менения напряжения сети от +10 до —15% неизбежная при аппроксимации ошибка составляет 2%, что вполне приемлемо.
Представляет интерес устройство, работающее на принципе контроля тока короткого замыкания при дуговой сварке от источника постоянного тока с регулирующими транзисторами в сварочной ц е п и О н о обеспечивает быстродействующую защиту регулирующих транзисторов от перегрузок и коротких замыка ний и позволяет выбирать их число без запаса на ток короткого замыкания, исходя только из рабочего режима.
В рабочем режиме напряжение, полученное в результате алгебраического сложения большего напряжения на дуге с меньшим напряжением смещения, снимаемым с резистора R3, оказывается приложенным положительным потенциалом к базе управляющего транзистора Т2 (рис. 32,6), поэтому он закрыт.
' Т р о ф и м о в Н. М. и Ш и м к о И. М. Авторское свидетельство № 206768 (БИ № 1, 1967).
Управляющее напряжение ili при этом отпирает регулирующий транзистор 77, обеспечивая протекание через него тока свароч ной цепи. В случае короткого замыкания электрода на изделие транзистор Т2 отпирается, так как теперь к базе его оказывает ся приложенным отрицательным потенциалом только напряже ние смещения. Открытый транзистор 72 шунтирует входную цепь регулирующего транзистора 77 и он запирается, отключая источник питания сварочной цепи.
Если считать, что поддержание подводимой к сварочной ду ге энергии на неизменном уровне означает сохранение неизмен ного заданного качества сварного соединения, то можно осу ществить систему регулирования сварочного процесса на вре менном принципе. В самом деле, если при некотором среднем
токе сварки найдено оптимальное значение коэффициента |
ko, то |
Рсв t = k0. Отсюда следует, что, контролируя силу тока 1св, |
можно |
компенсировать его колебания и регулировать тем самым |
тепло |
вой режим изменением времени сварки ', как это предлагает ВНИИЭСО.
Аналогичная идея положена в принцип действия устройства для регулирования сварочного тока при сварке от источника с
жесткой |
внешней характеристикой, например многопостового2 . |
||||
Для развязки от других сварочных постов регулятор |
защищен |
||||
диодом |
ДЗ (рис. 32, в). Силовая цепь |
состоит из управляемого |
|||
вентиля |
УД1, дросселя Др1, |
шунта Rw |
и диода Д1. При отсут |
||
ствии тока сварки и подаче |
напряжения питания U\ на |
элект |
|||
ронное |
реле ЭР управляющий импульс поступает |
на |
тири |
||
стор УД1, который открывается и остается в этом |
состоянии, |
||||
так как цепь шунта замкнута через резистор R1. После замы кания электрода на изделие ток сварки начинает расти. При до стижении некоторого уровня, когда падение напряжения на шунте становится равным напряжению срабатывания реле, по следнее срабатывает и подает управляющий импульс на тири стор УД2. Конденсатор 67, предварительно заряженный через резистор R2, перезаряжается и запирает УД1. Энергия, накоп ленная во время импульса в Др1, поддерживает сварочный ток, который замыкается через Д1. Спад сварочного тока до уровня, соответствующего отпусканию реле ЭР, ведет к поступлению от реле ЭР импульса, открывающего тиристор УД1. При этом конденсатор С1 вновь заряжается по цепи Др2-ДЗ-УД1. Далее цикл повторяется.
В этой системе благодаря обратной связи по току средний ток сварки определяется отношением
гт Іч_
|
|
|
'св.ср |
— >д |
> |
|
1 |
Д о б р о д у м о в |
Б. Ф. |
и |
др. Авторское |
свидетельство № 202406 |
|
(БИ № 19, 1967). |
|
|
|
|
|
|
2 |
О с е л е д ь к о В. |
Г., |
К а г а н с к и й |
Б. А. |
Авторское свидетельство |
|
№ 206777, (БИ № 1, 1958).
где tu — время импульса; Т — период.
Временной принцип управления процессом дает хорошие ре зультаты при сварке модулированным током. С помощью муль тивибратора периодически замыкается и размыкается цепь об мотки возбуждения генератора. Сила тока сварки при этом
а) В)
Рис. 33. Схемы систем регулирования с использованием информации о скорости подачи проволоки (а) и о сме щении электрода со стыка (б)
плавно нарастает и спадает. Установлено, что может быть най
дено такое время цикла t4=tH |
+ tv |
(где /„ — время намагничи |
|||
вания, a tp — размагничивания |
машины), при котором глубина |
||||
проплавлення |
минимальна, а |
при уменьшении или увеличении |
|||
его возрастает |
[11]. |
|
|
|
|
Иной способ регулирования силы тока |
сварки |
используется |
|||
в устройстве, |
схема которого |
показана на |
рис. 33, а. Сила то |
||
ка сварки здесь контролируется косвенным |
путем 1 |
— по скоро |
|||
сти подачи электродной проволоки |
(известно, что скорости по |
||||
дачи пропорциональны ток сварки и напряжение дугового про межутка). В устройстве напряжение тахогенератора ТГ, прямо пропорциональное скорости подачи проволоки, складывается с напряжением, снимаемым с потенциометра R1, который под ключен параллельно дуговому промежутку, и подается на регу лятор напряжения РН сварочного генератора СГ.
При |
задании новой скорости подачи электродной |
проволоки |
э. д. с. |
тахогенератора изменяется, возникает сигнал |
рассогла |
сования, который, воздействуя на регулятор РН, устанавливает на выходе генератора СГ новый уровень напряжения и, следо вательно, новое значение сварочного тока, необходимое для поддержания на дуге оптимального напряжения при данной скорости подачи. Так как различным диаметрам электродной проволоки при одной и той же силе тока сварки соответствуют собственные оптимальные напряжения на дуге, то необходимо
1 О с е л е д ь к о В, Г. Авторское свидетельство № 200687 (БИ № 17, 1967).
