Устройство для регулирования химического состава наплавляемого металла

,"3 И ЛЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИ(56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке2464027, кл. В 23 К 9/04, 23,01.78.2, Автоматическая сварка, 1978,3, с. 59 - 60,(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НАПЛАВЛЯЕМОГО МЕТАЛЛА, содержащее исполнительный механизм для подачи электродного и присадочного материалов в сварочную ванну с блоком управления,801022788 А подключенным к блоку регулирования режимов наплавки,программный блок и элемент сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения качества наплавки, в устройство введены суммирующе-дифференцирующий блок, ограничитель напряжения и коммутатор, а сварочная ванна представлена электрической моделью, выполненной в виде апериодического звена, при этом суммирующе-дифференцирующий блок прдключен к выходу программного блока и к одному из входов элемента сравнения, к другому входу элемента сравнения подключен выход апериодического звена, а выход элемента сравнения подключен к коммутатору, причем входы ограничителя напряжения подключены к выходам суммирующе-дифференцирующего блока и блока регулиро- Я вания режимов наплавки, другой выход последнего подключен к коммутатору.Изобретение относится к конструкциям устройств для наплавки, имеющих возможность регулирования состава наплавленного металла.Известно устройство для наплавки, позволяющее регулировать химический состав наплавленного металла с .учетом изменения скорости подачи электрода. Устройство снабжено преобразователями, определяющими степень легирования и соединенными со сравнивающими и программными устройствами 11. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для электродуговой наплавки слоя переменного химического состава несколькими электродами, позволяющее-изменять в процессе наплавки скорости их подачи, Устройство состоит из испочнительных механизмов, содержащих звенья для регулирования скоростей подачи электродов, датчики скорости, программное устройство, изменяющее скорость подачи электродов в соответствии с программой, сравнивающие устройства 2.Недостатком известных устройств является невозможность регулирования величины переходного участка при наплавке поверхности переменного состава.Цель изобретения - повышение качества наплавки.Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство введены суммирующедифференцирующий блок, ограничитель напряжения и коммутатор, а сварочная ванна представлена электрической моделью, выполненной в виде апериодического звена, при этом суммирующе-дифференцирующий блок подключен к выходу программного блока и к одному из входов элемента сравнения, к другому входу элемента сравнения подключен выход апериодического звена, а выход элемента сравнения подключен к коммутатору, причем входы ограничителя напряжения подключены к выходам суммирующе-дифференцирующего блока и блока регулирования режимов на плавки, другой выход последнего подключен к коммутатору.В процессе изменения количества легирующих, вводимых в сварочную ванну, закон изменения химического состава шва отливается от закона изменения количества вводимых легирующих. Это связано с буферным влиянием объема сварочной ванны,В связи с тем, что контролировать химический состав жидкого металла сварочной ванны в процессе наплавки практически невозможно из-за высокой температуры, шлаковой защиты, малого времени существования ванны и других факторов, характер изменения состава шва наиболее удобно анализировать на электрической модели. Выбрав структурную схему модели и масштабные коэффициенты, можно с достаточ 5 10 5 20 25 30 35 40 45 50 5 ной точностью смоделировать процессы в сварочной ванне. В качестве модели сварочной ванны выбрано апериодическое звено.Регулируя скорость изменения напряжения на входе апериодического звена и его постоянную времени (аналогично для сварочной ванны - скорость изменения количества подаваемых в ванну легирующих элементов и объем ванны при постоянной скорости кристаллизации), можно вызывать увеличение различий между входным и выходньм напряжениями с увеличением регулируемых параметров. Устранить эти различия можно, изменив против требуемого количество легирующих, вводимых в сварочную ванну, на величину, пропорциональную первой производной от требуемого закб-на изменения состава. При этом количество легирующих, подаваемых в сварочную ванну, необходимо увеличить на эту величину при повышении степени легирования и уменьшить при снижении., Поэтому в устройство регулирования количества легирующих, подаваемых в сварочную ванну, введено суммирующе-дифференцирующее звено (блок 4), на выходе которого появляется сигнал 02=К, ШКф, управляющий работой механизмов подачй электродных и присадочных материалов. При этом второе слагаемое в полученной формуле и есть тот сигнал, который изменяет количество легирующих, подаваемых в сварочную ванну против требуемого, что позволяет устранить буферное влияние сварочной ванны и исключить переходной участок.На фиг. 1 показана функциональная схема; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема устройства.Устройство состоит из блока 1 регулировки режимов наплавки, определяющего суммарную массовую скорость подачи легирующих материалов в сварочную ванну, и может быть выполнено в виде регулируемого делителя напряжения, программного блока 2, подключенного к выходу блока 1. Программный блок 2 может быть изготовлен на базе фото-, индуктивных и других преобразователей. К выходу блока 2 подключены элемент сравнения 3 и суммирующе-дифференцирующий блок 4. Выход последнего соединен с входом регулируемого ограничителя напряжения 5, управление которым производится сигналом, поступающим с выхода блока 1. Выход блока 5 соединен через коммутатор 6 с выходом блока 7, представляющего собой апериодическое звено, и блоком управления работой исполнительного механизма 8. Блок 7 также связан со сравнивающим устройством 3. Блоки 3, 4, 5 и 7 могут быть изготовлены на базе операционных усилителей с соответствующими элементами в цепях их входов и обратных связей (фиг. 2). Блок 8 соединен с исполнительными механизмами 9,В качестве блока 8 можно испольэоватьтиристорные, транзисторные приводы, приводы на магнитных усилителях и др., а вкачестве исполнительных механизмов 9 обычно используют электродвигатели,Устранить переходной участок можно,введя суммирующе-дифференцирующийблок 4, а учесть предельное количество легирующих, которое в каждом конкретном случае подается в сварочную ванну, можно спомощью регулируемого ограничителя 5, 10При этом величина ограничения зависит,кроме предельных количеств легирующихв наплавочных материалах, еще и от максимальной скорости их подачи в ванну, т.е.от режимов наплавки, В связи с этим блок 1должен управлять моментом ограничения 15по верхнему и нижнему пределам блока 5,а легирование в момент ограничения должно производиться на предельно возможномуровне. Для этого с помощью коммутатора 6сигналы Б 6 и 1.17, пропорциональные максимально и минимально возможному уровнюлегирования, подаются в систему управления подачей этих материалов (блок 8) ианализатор (блоки 7 и 3).В предложенном устройстве, как и визвестном, блок.1 регулирования режимов 25наплавки осуществляет изменение массовой скорости подачи легирующих материалов в сварочную ванну, а программный блок2 - изменение соотношения этих легирующих в пределах расхода, заданного блоком 1.В связи с этим сигнал Ш является частью 30сигнала, подаваемого с блока 1, и не можетего превысить. Но после этого преобразования сигнала 1.11 в блоке 4 в зависимость(3), сигнал 132 может быть больше илименьше сигнала Ш в зависимости от знакаизменения легирования (увеличения или З 5уменьшения) на величину второго слагаемого.Устройство работает следующим образом.При подаче на вход суммирующе-диф 40 ференцирующего блока 4 с программного блока 2 сигнала Б экстремальные значения которого пропорциональны режимам наплавки, устанавливаемым соответствующим блоком 1, на выходе блока 4 появ ляется сигнал Ь 2 (фиг. 1 и 2). Одновременно сигнал Ш подается на элемент сравнения 3. С выхода блока 4 сигнал .12 подается на вход регулируемого ограничителя 5, ограничивающего сигнал Б 2 на уровнях, пропорциональных режимам наплавки, устанавливаемых блоком 1, Сигнал БЗ на выходе ограничителя 5 равен сигналу .12 только до момента наступления ограничения, а при дальнейшем изменении 1.12 остается на экстремальном уровне. Далее сигнал .13 подается на блок 7, представляющий собой апериодическое звено, моделирующее сварочную ванну,С выхода блока 7 сигнал Б 4 подается на блок 7, представляющий собой апериодическое звено, моделирующее сварочную ванну. С выхода блока 7 сигнал .14 подается на второй вход сравнивающего устройства 3. До момента наступления ограничения сигнала 2 сигналы .Б 1 и Б 4, подаваемые на входы блока 3, равны между собой и на выходе этого блока полезный сигнал отсутствует.Если сумма продифференцированного сигнала и сигнала с программы, получаемая в блоке 4, равная Ь 2 и пропорциональная требуемой степени легирования, превышает реальные возможности . приводов и максимально возможное количество легирующих материалов, подаваемых в сварочную ванну, то йаступает ограничение сигнала Б 2 в блоке 5, В этом случае сигнал. .14 не равен сигналу .11 и на выходе блока 3 появляется сигнал 35, полярность кото-, рого соответствует знаку разности сигналов Ш и Б 4.Сигнал .15 управляет работой коммутатора 6, переключающего вход блока 7 от выхода блока 5 к блоку . С выходов блока 1 сигналы 16 или Б 7 в.зависимости от знака сигнала 15 подаются на входы блоков 7 и 8. Величины сигналов 16 и 1.17 равны сигналам, требуемым для обеспечения экстремальных значений скорости подачи легирующих материалов (например, минимальной и максимальной скорости вращения двигателей подачи электродов). Продолжительность подачи легирукщих в сварочную ванну с экстремальной скоростью определяется временем подключения источника сигналов 16 и .7 к блоку 7 и длится до момента соответствия значений реальной и требуемой степени легирования, после чего вход блока 7 вновь подключается к выходу блока 5.Соста Техре Тираж ИИПИ Государс по делам изо 35, Москва, Ж - ППП Патент,1130 Филиал