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: 83
Скачиваний: 0
в |
цепь регулирования ввести поправку на диаметр |
электрода. |
В |
системе это делается с помощью потенциометра |
R2, питае |
мого от отдельного источника. На нем задается дополнительное напряжение, являющееся поправкой при переходе от одного диаметра электрода к другому.
Заметим, что в описанной системе на самом деле контроли руется не скорость подачи электродной проволоки, а скорость вращения подающих роликов. В результате возможного про скальзывания эти скорости практически почти всегда отличают ся, поэтому возмущения по скорости подачи в системе остаются неучтенными. К сожалению, еще не разработано устройство для измерения фактической скорости перемещения электродной про волоки на выходе из подающего механизма.
При рассмотрении способов получения заданного проплав лення шва предполагают, что электрод ориентирован строго по оси стыка. Для обеспечения этого условия используют следя щие системы. В устройстве, функциональная схема которого приведена на рис. 33, б, результат достигается без следящей системы, а точнее — только при использовании ее измеритель ной части1 .
Датчик Д, закрепленный на сварочной головке, дает сигнал, пропорциональный смещению ее относительно оси стыка Ах. После необходимой обработки в усилителе-преобразователе УП он используется не для управления приводом следящей системы, сводя Дх к нулю (как это обычно делается), а для коррекции режима дуги путем воздействия на один из параметров процес са (скорость подачи электрода, силу тока или напряжение дуги, скорость сварки) через регулятор режима РР, источник пита ния СГ или привод хода головки ПХ. Таким образом, неточная
ориентация |
электрода компенсируется |
изменением, |
например |
||
Vn(Ax), |
причем |
зависимость параметра |
процесса от ошибки \х |
||
может |
быть |
как |
функциональной, так |
и выражаться |
простой |
пропорцией.
Хорошее формирование шва при сварке неплавящимся элек тродом может быть получено путем регулирования скорости подачи присадочной проволоки. Если сделать ее зависимой от напряжения на дуге, то можно обеспечить более полное запол нение разделки стыка.
Системы автоматического регулирования режима при контро ле проплавлення. В последнее время большое внимание ученых и инженеров-сварщиков обращено на разработку систем элект родуговой сварки, обеспечивающих оптимальное проплавление и заданное формирование шва. Все типовые и серийные систе мы построены в предположении, что достаточно сохранять не изменное напряжение на дуге и качество шва будет обеспечено, поэтому контролировали только это напряжение и средства для
Устройство предложено А. П. Игошиным.
контроля непосредственно проплавлення не разрабатывали. Не сколько лет назад сложилось мнение, что без контроля конеч ного результата сварочного процесса — сварного шва в процессе его формирования — никакая система автоматического регули рования не в состоянии обеспечить заданное качество сварного соединения. Абсолютное решение этой проблемы пока не до стигнуто, однако несколько частных решений ее заслуживают внимания.
Известно, что проплавление и ширина шва b (в мм) зави сят от толщины металла б, его тепловых свойств, количества подводимой энергии и скорости перемещения сварочной ванны:
|
УсвЬу[С(Тпл-Тпод) |
+Ц |
где |
Vce—скорость сварки в м/сек; |
|
I |
и U — сила тока и напряжение дуги. |
Отсюда следует, что постоянства ширины шва можно достичь изменением тока или скорости сварки.
Обычные системы, предназначенные для стабилизации или регулирования режима сварки и воздействующие на напряже ние дуги, сварочный ток, скорость сварки, скорость подачи электродной или присадочной проволоки, не полностью компен сируют возмущения по толщине свариваемых деталей, возму щения, связанные с изменением условий теплоотвода и пр. Еще более сложная ситуация создается при сварке объемных из делий.
При кривизне поверхности свариваемого изделия между ос новными параметрами процесса сварки Ug, I c e , Vce и геометри ческими размерами шва можно установить количественную связь. Так изменение ширины проплавлення с обратной сторо ны шва
|
ДД-» = |
( ~ - + knu) |
AUd + knyWce + kna |
і a I, |
|
|
|
ГДЄ knj, |
knu, knv, |
kna — КОЭффИЦИеНТЫ |
ШИрИНЫ |
ПрОПЛЭВЛеНИЯ |
|||
|
|
шва |
по току |
сварки, напряжению на |
|||
|
|
дуге, скорости |
сварки, по углу |
наклона |
|||
|
|
профиля изделия соответственно; |
|||||
|
|
knc — коэффициент, |
показывающий |
наклон |
|||
|
|
статической характеристики |
источника |
||||
|
|
питания. |
|
|
|
|
|
При |
сварке со скоростью |
11,8 м/ч |
стали Х18Н9Т |
толщиной |
2 мм вольфрамовым электродом диаметром 3 мм с подачей
проволоки |
диаметром |
1,6 мм со скоростью 53,4 м/ч при силе |
||
тока 150 а |
и напряжении на дуге 9 в коэффициенты имеют зна |
|||
чения: knI |
= 0,03 мм/а; |
knU= |
—0,9 мм/в; knV= |
—0,83 мм/м-ч~1; |
Каа = —0,014 мм/град |
[88]. Располагая этими величинами можно |
|||
найти приращение ширины |
проплавлення при |
появлении воз- |
96
мущений по напряжению на дуге, скорости сварки и кривизне поверхности.
При использовании источника с любой статической харак теристикой — крутопадающей или пологопадающей — измене ние длины дуги вследствие подъема или спуска поверхности
ведет к одинаковому отклонению напряжения на дуге |
AUg, но |
к различным изменениям тока — при крутопадающей |
характе |
ристике Д/ меньше. Имея значения коэффициентов проплавле
ння km |
и knu , можно найти |
такое |
значение |
(назовем его |
гра |
ничным) |
коэффициента knc |
г р , при |
котором |
возмущение |
по |
длине дуги вызывает такие изменения А/ и AUg, которые дают
одинаковые отклонения |
ширины |
проплавлення Abn: |
|
Сравнение коэффициента knc |
для |
используемого источника |
|
питания с величиной knc |
г р позволяет |
решить какую систему ре |
гулирования (АРНД или АРТД) следует применить для ком пенсации возмущения. Если knc>kncsp, то нужна система АРНД, если наоборот —то АРДТ. Например, у сварочного пре образователя ПС-300М коэффициент knc — —6-^-8 а)в, поэтому более заметный эффект можно получить при использовании си стемы АРНД. При расчете системы регулирования необходимо учитывать инерционность проправления и то, что она зависит от толщины металла. Например, для стали Х18Н9Т толщиной 1,5 и 2 мм постоянная времени Тп равна 0,57 и 0,7 сек.
Используя теорию автоматического регулирования, можно получить расчетные зависимости для определения отклонений геометрических размеров шва от номинальных значений при воздействии характерных возмущений по длине дуги [5]. По ви ду этих зависимостей можно судить, что, если качество регу
лирования оценивать, например, по глубине |
проплавлення, то |
для уменьшения ошибок следует выбирать |
соответствующую |
скорость отработки системы. Быстродействие регулятора должно быть тем выше, чем положе статическая характеристика источ ника питания дуги. При анализе систем саморегулирования и принудительного регулирования режима дуги необходимо рас сматривать их динамику при совместном действии возмуще ний, ибо метод суперпозиции не дает полного представления о ходе процесса [22].
Поскольку непосредственный контроль глубины проплавле ння и геометрических параметров шва в процессе сварки прак тически невозможен, необходимо отыскать какой-то косвенный параметр процесса, имеющий корреляцию с этими величинами. Имея такую корреляцию можно, контролируя найденный па раметр, осуществить автоматическое управление процессом и достичь заданного качества. Косвенным параметром может ока заться распределение температуры в сварочной ванне и вблизи
7—80 |
97 |
ее. Чем ближе к краю ванны расположена точка контроля тем
пературы основного металла, тем сильнее корреляция |
между |
этой температурой и током сварки [8]. |
|
В системе, предназначенной для контроля проплавлення при |
|
сварке электрозаклепками, используют фоторезистор |
типа |
ФС-К1, размещаемый под свариваемыми листами. По достиже нии заданного проплавлення излучение от пятна провара соз дает ток в фоторезисторе, необходимый для срабатывания реле, стоящего на выходе двухкаскадного транзисторного усилителя и прекращающего подачу электродной проволоки. Использова ние системы активного контроля позволило вдвое уменьшить разброс по диаметрам сварных точек и предотвратить про жоги.
Разработана система, предназначенная для получения задан ного соотношения между сварочным давлением, температурой и скоростью сварки при радиочастотной сварке труб. С целью упрощения постановки задачи в качестве контролируемого и ре гулируемого параметра избрана температура нагрева кромок, остальные параметры сохраняются неизменными. Контролирует ся температура с помощью фотодиода, визирование его на уча сток диаметром 0,8 мм на осевой линии шва обеспечивается фотоэлектрической следящей системой, в которой датчиком слу жат другие два диода. Сигнал датчика проплавлення сравни вается с уставкой, а сигнал ошибки, если он есть, управляет с помощью реверсивного электропривода перемещением короткозамкнутой катушки в регуляторе мощности, приближая тем са мым температуру в зоне сварки к заданной.
Для поддержания стабильной работы фотодатчик охлажда ется проточной водой, а в контролируемой зоне шва очищается от водяных паров, дыма и газов струей сжатого воздуха. Испы тания системы регулирования показали, что по сравнению с руч ной корректировкой разброс температур уменьшается в 2 раза. Для системы автоматического регулирования это слишком ма ло. По мнению автора, такой результат объясняется тем, что не была найдена оптимальная зависимость контролируемой тем пературы от других параметров процесса, не было достаточно тщательно выбрано место визирования.
Контроль температуры металла в околошовной зоне при сты ковой сварке алюминия, например, осуществляли с помощью термопары, закрепленной на держателе электрода и составлен ной из константанового прутка, скользящего по поверхности свариваемого изделия. Сигнал термопары после сравнения с за данным значением и соответствующего преобразования воздей ствует либо на двигатель скорости сварки, либо на регулятор тока сварки. Систему эту применяли для сварки алюминия толщиной до 10 мм [94]. Основной недостаток ее — ненадеж ность контакта термопары, достоинства — простота, малые • раз меры и малая чувствительность к изменению напряжения дуги.
98
В системе, схема которой изображена на рис. 34, контроль нагрева изделия осуществляется хромель-алюмелевой термопа рой Тп, закрепленной на сварочной головке на расстоянии 5 мм впереди и 19 мм сбоку от нее и скользящей по поверхности сва риваемой трубы [29]. От прямого излучения сварочной дуги тер мопара защищена экраном. Исследования показали, что для
Рис. 34. Схема усилителя-пре- - образователя системы регули рования скорости сварки
стали Х18Н9Т и стали 20 для формирования сигнала обратной связи требуется 2—2,5 сек и соответственно 0,8—1,0 сек, что не оказывает существенного влияния на формирование шва. Пер воначальная скорость сварки задается потенциометром R2. Ис пытания системы проводили на аппарате АТВ при сварке труб размером 32X2 мм из сплава АМгб при условиях: /се = 100 а; /зеж=25 a; Ue=l9 в; 4 = 0,06 сек; 4 = 0,17 сек; Vc e =5,4 міч. И все же описанная система осталась разомкнутой по отноше нию к выходному параметру процесса сварки.
При сварке неповоротных кольцевых стыков труб приемник излучения помещается внутрь трубы и поворачивается синхрон но со сварочной головкой. Сигнал датчика используется для коррекции тока сварки
Разработана экспериментальная сварочная установка, в ко торой замыкание по проплавленню осуществляется по темпера турному излучению автоматическим регулятором температуры
АРТ-2м, основанным на яркостном методе измерения. |
|
|||||
Фотоэлектрический |
датчик |
(чувствительный |
элемент — сер- |
|||
нистосвинцовый фоторезистор |
с |
максимумом |
чувствительности |
|||
на 2,6 мкм и красной |
границей |
около 3,4 мкм) регулятора |
||||
АРТ-2м установлен на расстоянии |
150—400 мм от свариваемого |
|||||
стыка с обратной стороны |
шва, и нацелен на участок |
диамет |
||||
ром 10—20 мм на границе |
сварочной ванны. Датчик |
сравни |
вает потоки интегрального излучения свариваемого изделия с этого участка и эталонной лампы и формирует сигнал рассогла сования. После необходимых преобразований сигнал усиливает
ся до необходимой мощности и поступает |
на обмотки управле |
||
ния |
ЭМУ, который регулирует |
возбуждение сварочного генера |
|
тора. Требуемые динамические |
свойства |
системы достигаются |
|
1 |
Патент США № 3335254, кл. 219-60, 1966. |
|
|
7* |
|
|
99 |