Способ автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик и 935228(23) П риоритет В 23 К 13/00 В 21 С 37/08 3 Ъсударственый комитет Опубликовано 15. 06. 82, Бюллетень М 22Дата опубликования описания 15.06,82 по аелзи изобретений и атнрытий(72) Авторы изобретения Г.Р. Неплох, С.М. Готсбан, А.П. Лазарев и В.Г. Лейзан Всесоюзный научно-исследовательский проектноконструкторский и технологический институт токоввысокой частоты им, В.П. Вологдина(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ ИзоЬретение относится к сварке и может быть использовано при высокочастотной сварке профилей, труб и металлических кабельных оболочек.Известен способ автоматического регулирования процесса высокочастот- ной сварки, основанный на использо- вании в качестве управляющего сигнала изменения интегрального излучения, пропорционального площади очага расплавления 1.В этом способе фотодатчик из режима измерений температуры переводится в режим измерения площади локального очага расплавления, Данный способ не15 нашел широкого применения при сварке стальных труб из-за того, что выбранная эона визирования в районе очага рапплавления насыщена высоким уровнем помех (слой воды, пар, выплески расплавленного металла) избавиться от которых чрезвычайно трудно. Полностью исключено применение данного способа на тех объектах, где зона расплавления й зона, непосредственно расположенная за точкой схода кромок, закрыты от фотодатчика конструкцией сварочного узла.Известен способ автоматическогорегулирования процесса высокочастотной сварки, основанный на измеренииширины очага сварки непосредственноза точкой схода кромок, обладающий повышенной помехоустойчивостью2 1.Однако этот способ также не можетбыть использован на объектах, гдезона сварки закрыта элементами конструкции сварочного узла.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является спо. соб автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки сходящихся .под углом кромок, при котором воздействуют на мощность источника нагревательного устройства в зависимости от интегрального потока инфракрасного излучения, фокусируемого фотодатчиком из зоны визирования,огв каждой точке нагретых кромок, но и от площади зоны, с которой воспринимается излучение. Вследствие этого управляющий сигнал, которому соответствует поток излучения из зоны визирования, одновременно пропорционален площади и температуре нагретой зоны,Таким образом, путем выбора соотношения размеров эоны визирования и ее положения, известное явление перемещение кромок вследствие изменения угла их схождения - дает здесь дополнительную по отношению к .температуре информацию, используемую в процессе регулирования. Фотопирометрический датчик, используемый для реализации способа, превращает одновременно и в датчик угла схождения,Тем самым увеличивается уровень полезного сигнала относительно помехи, чувствительность и быстродействие системы регулирования на отработку ряда возмущений, связанных с изменением угла схождения, Независимо от изменения угла схождения система отрабатывает и другие дестибилиэирующие факторы (например, изменение скорости, ,толщины," колебания питающего напряжения), изменяющие температуру нагрева относительно заданной.На фиг, 1 показана прямоугольная площадка визирования при минимальном угле схождения кромок; на фиг, 2 то же, при максимальном угле схождения; на фиг. 3 - то же, при среднем угле схождения; на фиг. 4 - функциональная схема системы регулирования,прямоугольная площадка визирования, 2 - угол схождения, 3 - кромки свариваемой трубы. Если угол схождения в процессе сварки окажется минимальным омин (см, фиг. 1) в результате изменения, например, условий формовки или электрических режимов, уровень полезного сигнала возрастает вследствие, во-пер. вых, роста интенсивности излучения более нагретых кромок эа счет усиления эффекта излучения. Данное положение подтверждается фиг. 2, иллюстрирующей максимальный угол о схождемакс ния. В этом случае резко уменьшается как интенсивность излучения эа счет ослабления эффекта близости, так и площадь, с которой воспринимается излучение.На фиг. 3 показан случай, относящийся к оптимальному режиму сварки,Когда ширина площадки визирования не превышает 1,0-1,5 величины максимального зазора, а длина выбрана про тяженной, при изменении зазора в процессе сварки поток излучения зависит не только от изменения температуры 3 93522раниченной прямоугольной площадкой 31.Этат способ эффективно используется при сварке труб и, кабельных оболочек из алюминия и Его сплавов, однако не нашел применения при сваркестальных труб, где уровень помех взоне сварки, как правило высок. Спо"соб не применим также и в тех случаях, когда зона сварки перекрыта элементами конструкции сварочного узла.Целью изобретения является повышение качества сварочного соединенияза счет повышения стабильности процесса сварки, преимущественно стальных изделий, и в том числе в тех случаях, когда зона сварки перекрытаэлементами конструкции сварочного узла,Поставленная цель достигается тем, щчто согласно способу автоматическогорегулирования процесса высокочастотной сварки, при котором воздействуютна мощность источника нагревательногоустройства в зависимости от интегрального потока инфракрасного излучения, Фокусируемого Фотодатчиком изэоны визирования, ограниченной прямоугольной площадкой, длину прямоугольной площадки визирования ограничивают с одной стороны положением точкисхождения кромок во всем диапазонеее колебаний вне зоны визирования, ас другой - областью с температуройна кромках, равной 0,4-0,5 температуры в точке схождения, а ширину этойплощадки выбирают равной 1,0-1,5 величины максимального зазора междукромками в зоне визирования, соответствующего максимальному углу схождения в диапазоне его колебаний.Одним из существенных параметров,влияющих на процесс сварки, являетсявеличина угла схождения кромок. Приизменении угла схождения. кромок и со 45ответственно величины зазора междукромками, изменяется, степень проявления эффекта близости, в результатечего происходит перераспределениеплотности тока на свариваемых кром 50ках, а следовательно, и изменение температуры на кромках.5 9352 когда угол схождения кромок и интенсивность излучения (температура кромок) соответствует средней величине.Регулирование процесса высокочастотной сварки производится с помощью З системы автоматического регулирования (см. фиг. 4), содержащей фотодатчик 4 с задатчиком 5 эталонной величины температуры, преобразовательный блок 6 для обработки сигнала, схему 10 управления 7 с высоковольтным выпрямителем 8 и ламповый генератор 9, подающий высокочастотное напряжение на индуктор 10.Система автоматицеского регулиро вания работает следующим образом.Сигнал интегрального потока излучения подается в фотодатчик 4, снабженный диафрагмой, установленной перед фотоприемником фотодатчика и ог раничивающей зону визирования площадкой 1, и светофильтром, подавляющим излучение из инфракрасной части спектра.Ширину О площадки 1 выбирают рав ной 1,0-1,5 величины максимального зазора между кромками в зоне визирования, соответствующего максимальному углу схождения в диапазоне его колебаний. 30Длина 6 площадки 1 ограничена с с одной стороны положением точки схождения кромок 11 во всем диапазоне ее колебаний, вне зоны визирования, а с другой стороны - зоной с темпера-Зтурой на кромках, равной 0,4-0,5 температуры в точке схождения, ниже которой мощность излучения мала (вследствие низкой температуры) и ее можно не учитывать без ухудшения 4 чувствительности способа.Сигнал интегрального потока инфра. красного излучения иэ зоны визирования 1 сравнивается в фотодатчике 4 с эталонной величиной, задатчика температуры 5. Сигнал рассогласования фото- датчика, преобразованный до стандарт- . ного значения в блоке 6, подается на схему управления 7 высоковольтного выпрямителя 8, который через анодные цепи лампового генератора 9 регулирует подводимую к индуктору 10 мощность. Способ автоматического регулирования процесса высокочастотной саар. ки сходящихся под углом кромок, при котором воздействуют на мощность источника нагревательного устройства в зависимости от интегрального потока инфракрасного излучения, фокусируемо" го фотодатчиком из зоны визирования, ограниченной прямоугольной площадкой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет повышения стабилизации процесса сварки, преиму щественно стальных изделий, длину прямоугольной площадки визирования ограничивают с одной стороны положением точки схождения кромок во всем диапазоне его колебаний вне зоны визирования, а с другой - зоной с температурой на кромках, равной 0,4- 0,5 температуры в точке схождения, а ширину этой площадки выбирают равПри отклонении температуры в зоне визирования от эталонного значения или при изменении угла схождения изменяется интенсивность излучения, что приводит к образованию сигнала 28 6рассогласования, который изменяетмощность источника питания индуктора 10, следовательно, и температурув зоне визирования 1 до эталонногозначения так, чтобы сигнал рассогласования на выходе фотодатчика 4 стремился к нулю.Предлагаемый способ автоматического регулирования может быть использован при локальном нагреве, напри"мер, при сварке стальных труб истальных гофрированных кабельных оболочек,, Использование предлагаемого способа автоматического регулирования позволяет осуществить работу системы регулирования при меньшем уровне помех,поскольку эона визирования фотодатчика располагается в значительно болеечистой от помех зоне нагрева в сравнении с насыщенной помехами зонойрасплавления, повышает чувствительность фотодатчика на отработку возмущений, связанных как с изменениемтемпературы в зоне нагрева, так иколебаниями угла схождения кромок относительно среднего значения.Кроме того, зона визирования располагается ближе к источнику сварочного тока - индуктору - это уменьшает запаздывание в системе, что приводит к улучшению динамических свойствсистемы регулирования. Формула изобретения935228 НИИПИ Заказ 4114/16 Тираж 1153 Подписно Филиал ППП "Патент, г.ужгород, ул. Проектна ной 1,0- 1,5 величины максимального зазора между кромками в зоне визирования, соответствующего максимальному углу схождения в диапазоне его колебаний.Источники информации.,.принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское 11 200060, кл, В 2. Авторское Мф 572349, кл, В 5 3. Авторское 11 657938, кл. В