Способ регулирования процесса контактной стыковой сварки оплавлением

Ф СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11)А 1(51) В 23 К 11/О ОПИСДНИЕ ИЗ 0 БРЕТСНИяК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11П. Крив рдена Тр ститут э овоктро.8) етельство 1/04,17.0 ельство С1/04,5,12 ССР62,РО,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Лейина и ого Красного Знамени инсварки им. Е.О. Патона(54)(57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕСА КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ преимущественно деталей сбольшим поперечным сечениемпутемвоздействия на напряжение в зависимости от сигнала положительной обратной связи по одному из параметропроцесса, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения качества сварного соединения и улучшенияэнергетической эффективности процесса оплавления, в качестве параметрахарактеризующего процесс оплавленияпринимают сдвиг фаз между напряжением и первой гармоникой сварочного тока.Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при контактной стыковойсварке непрерывным оплавлением деталей преимущественно с большимпоперечным сечением,5Известны различные способы регулирования процесса контактной стиховой сварки оплавлением с воздействием на напряжение в зависимостиот сигнала положительной обратнойсвязи по одному иэ параметров процесса.Известен способ регулирования процесса контактной стыковой сваркиоплавлением, в котором примененаположительная обратная связь по 15току оплавления, воздействующая припревышении заданного тока на фазовращатель, сдвигающий углы зажиганияигнитронов в сторону увеличения напряжения на сварочном трансформато- цре Г 1 3.Недостатком способа управленияявляется необходимость проведениябольшого объема экспериментальныхработ по выбору уставок корректора 25напряжения в зависимости от типоразмера свариваемых заготовок и характеристик оборудования.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ регулирования процесса контактной стыковой сварки оплавлением,преимущественно деталей с большимпоперечным сечением путем воздействия на напряжение в зависимостиот сигнала положительной обратной.:связи по одному из параметров процесса. В качестве сигнала положительной обратной связи принято отношение суммарной длительности коротких замыканий к текущему времени оплавления 23Однако известный способ обладаетбольшой инерционностью в оценке непрерывности оплавления. Сигнал обратной связи учитывает только факт, что 4короткое замыкание произошло, но непозволяет прогнозировать переходоплавления в короткое замыкание, т.е.известный способ не позволяет оперативно-регулировать напряжение, проводя оплавление в наиболее энергетически выгодном режиме.Целью изобретения является повышение качества сварного соединенияи улучшение энергетической эффективности процесса оплавления,Поставленная цель достигаетсятем, что соГласно способу регулирования процесса контактной стыковойсварки оплавлением преимущественнодеталей с большим поперечным сече .нием путем воздействия на напряжениев зависимости от сигнала положительной обратной связи по одному из параметров процесса, в качестве параметра, характеризующего устойчивость 65 процесса оплавления, принимают сдвигфаз между напряжением и первой гармоникой сварочного тока.На фиг., 1 показана зависимостьмощности Р от сопротивления Й сварочного контакта при различных напряжениях сварочного трансформатора)на фиг, 2 - устройство для реализации предлагаемого способа, вариант)на фиг. 3 - статическая характеристика преобраэрвателя длительностиимпульсов в напряжение.Энергетически наиболее выгоднымявляется режим, при котором сопротивление сварочного контакта Й равно активному сопротивлению короткого замыкания сварочной машины Кэ,При сварке непрерывным оплавлениемсопротивление контакта изменяетсяслучайным образом в больших пределах,что может привести к короткому замыканию торцов. В то же время саморегулирование процесса воэможноститолько при Р) Й . На фиг. 1 показана зависимость мощности, генерируемой в искровом зазоре, от сопротивления контакта при различных значениях напряжения во вторичной обмотке сварочного трансформатора, Допустим, что сопротивление увеличилось от Р до ЙЭ , тогда мощностьснизится от Р 2 до Рз . Это влечетза собой снижение скорости оплавления, торцы начнут сближаться и сопро.тивление уменьшится. Процесс возвращается в исходное состояние. В случае, когда сопротивление уменьшилось от Й 2 до Й , мощность возрастает, увеличивается искровой зазор,что приводит к возрастанию сопротивления.Изменение напряжения в соответствующую сторону помогает процессусаморегулирования (фиг. 1, точки1 и 3), Это позволяет приблизиться кгранице устойчивости и повысить эффективность процесса оплавления,Измерение сопротивления контакта в процессе оплавления затруднено.Однако его можно оценить по величинесдвига фаз между напряжением и первой гармоникой сварочного тока. Награнице устойчивости при й = Йпредельно допустимое значение сдвига фазможно определить иэ вьюраже ния:Х э Ю =югера -( 0= 2 К,где Х з - реактивная составляющаякороткого замыкания сварочной машины.По мере возрастания К сдвиг фаз Ч убывает и принимает значение, близкое к нулевому при достаточно большом Й , т.е. когда процесс проходит с большим запасом устойчивости,10 Использование сдвига фаз между напряжением и первой гармоникой сварочного тока в качестве сигнала положительной обратной связи позволяет реализовать режим сварки близкий к границе устойчивости оплавления 5 и тем самым повысить энергетическую эффективность процесса При этом не требуется проводить перенастройку регулятора в случае изменения типоразмера свариваемых деталей.Устройство (фиг. 2 ) для реализации предлагаемого способа содержит сварочную машину 1, к которой подключен датчик 2 напряжения, нуль-органы 3 и 4, датчик 5 сварочного тока, соединенный с фильтром 6, пропускающим частоту 50 Гц, формирователь 7 импульсов, в качестве которого может быть использован триггер, соединенный;с преобразователем 8 импульсов в напряжение, к которому подключен сумматор 9, к другому его входу. подключен задатчик 10 программы снижения напряжения, а выход преобразователя через фаэовращатель 11 и тиристорный контактор 12 соединен со сварочной машиной 1. Преоб,разователь 8 имеет, статическую характеристику д 0=ЕЯ (фиг. 3.В процессе работы устройства после подачи команды "Пуск-сварка" 30 с задатчика 10 на сумматор 9 поступает сигнал,.пропорциональный заданной програмпе снижения напряжения. С выхода сумматора 9 сигнал поступает через фазовращатель 11 на тиристор ный контактор 12. Таким образом осуществляется изменение напряжения по заданной программе. В процессе оплавления сигнал с датчика 2 напряжения подается на нуль-орган 3, а сигнал с датчика 5 тока через фильтр 6 подается на нуль-орган 4. По переднему фронтуимпульса, поступающего с нуль-органа 3, запускается формирователь 7 импульсов, который сбрасывается по переднему фронту импульса, поступающего с нуль-органа 4; Таким образом, на выходе формирователя 7 образуется импульс, длительность которого пропорциональна сдвигу фаз между напряжением и первой 50 гармоникой сварочного тока. Этотимпульс поступает на вход блока 8,где преобразуется в приращение напряжения дО , пропорциональное длительности импульса в соответствиис характеристикой, показанной нафиг. 3, Приращение йО суммируетсяв блоке 9 с напряжением эадатчика .10. Тем самым изменяется угол включения тиристорного контактора и осуществляется корректировка заданнойпрограммы снижения напряжения.Таким образом, имея информациюо сдвиге фаз между напряжением и первой гармоникой сварочного тока вкаждом полупериоде, можно прогнозировать динамику изменения сопротивления сварочного контакта и своевременно корректировать напряжение дляобеспечения непрерывности оплавления. Это позволяет проводить сваркуна границе устойчивости и тем самымповысить энергетическую эффективность оплавления.Предлагаемый способ проверяетсяпри сварке рельсов Р 65 на машинеКП с Е к = 90 мкОм и Р64 мкОм, При этом параметры преобразователя 8 (фиг, 31 выбирают та"ким образом, чтобы корректироватьнапряжение на первичной обмотке сварочного трансформатора в пределах+100 В. Угол , рассчитанный поформуле (1), составляет 26 . Времясварки рельсов с использованием предлагаемого способа регулированиясоставляет в среднем 165 с, тогдакак время сварки рельсов Р 65 на машине КП, оборудованной стандартной схемой управления, составля"ет"185 с,Таким образом, применение предлагаемого способа по сравнению сизвестным позволяет сократить времясварки одного стыка в среднем на20 с и улучшить качество сварногосоединения за счет повышения устойчивости и энергетической эффективности процесса оплавления. Это позволяет также повысить производительность сварочного оборудования эа счетсокращения времени, необходимого дляпроведения одной сварки,