Устройство для исследования сварочных процессов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ЯОРЕСПУБЛИК а 91 Н( 3(59 В 23 К) В 23 К ГОСУДАРСТВЕННЫ ПО ДЕЛАМ ИЗОБ КОМИТЕТ СССРТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ЕНИН ВТОРСКОМ САНИЕ ИЗОБР(71) Ордена Ленина и ордена трудового Красного Знамени институт электросварки им. Е.О,Патона(56) 1. Патон Б.Е. и др. Автоматизированная система для акспериментальных исследований. сварочных процессовна основе ВК М.- фАвтоматическая сварка", 1977, Р 11, с. 36-41.,2. Авторское свидетельство СССР(54)(57) УСТРОИСтВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯСВАРОЧНЫХ ПРОПЕССОВ, содержащее процессор, соединенный с оперативньмзапоминающим устройством и блокомсопряжения, к последнему подсоединенывходы блоха сигнализации и печати,блока Формирования команд управленияи выход блока контроля и измерениясигналов сварочного процесса, входыпоследнего соединены с выходамиблока датчиков параметров режима иблока датчиков параметров магистралейпитания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньм газом, выход блокаформирования команд управления соединен с входом блока управления сварочной установки и через блок стабилизации параметров магистралей питанияэлектроэнергией, сжатьм воздухом изащитньм газом и магистрали с входом блока датчиков параметров указанныхмагистралей, о т л и ч а ю щ е е с я ,тем, что, с целью повышения качества исследований за счет ускорения выбора наиболее эфФективных режимов;сварочных процессов, в него введены блок. задания плана эксперимента, блок привязки данных эксперимента к сварному шву, блок датчиков геометри:ческих параметров сварного шва и его разделки, блок датчиков тепловых, световых, электромагнитных и акустических сигналов в зоне сварки, блок Формирования возмущений на электрические и механические узлы сварочной установки и блок Формирования возмущений на магистрали пита-ния электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньм газом, при этом к блоку сопряжения подключены выход блока задания плана эксперимента и вход блока привязки данных эксперимента к сварному шву, входы блока контроля Я и измерения сигналов сварочного про цесса соединены с выходами блока дат чиков геометрических параметров свар ного шва и его разделки и блока датчиков тепловых, световых, электромаг нитных и акустических сигналов в зоне сварки, выход блока формирования команд управления соединен с входами блока формирования возмущений на электрические и механические узлы сварочной установки и через блок формирования возмущений на магистрали питания электроэнергией сжатьм воздухом и защитньм газом с магистралями питания.Устройство содержит процессор 1, соединенный с оперативньм запоминаюь им устройством 2, блок сопряжения 3, соединенный с блоком 4 сигнализации и печати, блоком 5 формирования команд управления и блоком б контроля и измерения сигналов сварочного процесса, который соеди-, нен с блоком 7 датчиков параметров Изобретение относится к сварочномупроизводству.и может быть использовано для исследования процессовконтактной и дуговой сварки.Известно устройство для контроляи управления процессом контактнойсварки, содержащее процессор, соединенный с оператнвньм запоминакщимустройством, расширителем арифметическим, устройствами внода-ныводадля общения с оператором и расширителем ннода-вынода, к которому подключены модули выдачи управляюцихсигналов, соединенные с блоком управления сварочной установкой, модули ввода дискретных сигналов, соединенные с дискретными датчиками параметрон режима и технического состояния сварочной установки и модулемввода аналоговых сигналов, соединен"ные с аналогввьми датчиками параметрон режима, входом и выходом многоканального магнитофона и входом са- .мопнс ца 1Данное устройство предназначенодля управления контактной сваркой 25с целью автоматизации исследованийпроцессов. Однако с его помощьюнельзя контролировать параметры магистралей питания сварочной установки электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньм газом, наличие которых н установленных допусках является одним из основных условийнормальной работы сварочных установок.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является уст-ройство для управления процессомсварки 2 .Известное устройство предназначено 40для управления процессамй контактнойи другоной сварки, может бытьиспользовано для исследования этихсварочных процессов, однако за исключением возможности контроля магист-,5ралей питания сварочных машинэлектроэнергией, сжатьм воздухоми защитньм газом присущи следующиенедостатки: невозможность заданиятребуемых по сложности и.объему планов эксперимента, сложность .моделирования возмущений на электрическиеи механические узлы сварочной установки и магистрали питания электроэнергией., сжатьм воздухом и защитньм газом, невозможность контроля тепловых, снетовых, электеомагнитных и акустических сигналов в зоне сварки, геометрических параметров сварного шва и разделки шва, сложность привязки данных эксперимента к сварному 60 шнуаПелью изобретения является повышение качества исследований за счет ускорения выбора наиболее эффективных режимов сварочных процессов. 65 Поставленная цель достигается тем, что н устройство для исследования сварочных процессов, содержащее процессор, соединенный с оперативным запоминающим устройством и блоком сопряжения, к последнему подсоединены входы блока. сигнализации и печати, блока формирования команд управления и выход блока контроля и измерения сигналов сварочного процесса, входы последнего соединены с выходами блока датчиков параметров режима и блока датчиков параметров магистралей питания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньм газом, выход блока формирования команд управления соединен с входом блока управления сварочной установки и через блок стабилизации параметров магистралей питания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньм газом и магистрали с входом блока датчиков параметров указанных магистралей, дополнительно в него введены блок задания плана эксперимента, блок привязки данных эксперимента к сварному шву, блок датчиков геометрических параметров сварного шна и его разделки, блок датчиков тепловых, световых, электромагнитных и акустических сигналов н зоне сварки, блок формирования возмущений на электрические и механические узлы сварочной установки. и блок Формирования возмущений на магистрали питания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньм газом, при этом к блоку сопряжения подключены вькод блока задания плана эксперимента и вход блока привязкиданных эксперимента к сварному шву, входы блока контроля и измерения сигналон сварочного процесса соединены с выходами блока датчиков геометрических параметров сварного шна и его разделки и блока датчиков тепловых, световьчс, электромагнитных и акусти ческих сигналов в зоне сварки, выход блока формирования команд управления соединен с входом блока формирования возмущений на электрические и механические узлы сварочной установки и через блок формирования возмущений на магистрали питания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньм газом с магистралями питания,На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройстна.режима, блоком 8 датчиков параметров магистралей питания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитнььггазом, блок 9 управления сварочнойустановки, блок 10 стабилизации параметров магистралей питания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньигазом, блок 11 задания плана экспериментаблок 12 привязки данныхэксперимента к сварному шву, блок 13датчиков геометрических параметровсварного шва и его разделки, блок14 датчиков тепловых, световых,электромагнитных и акустических сигналов в зоне сварки, блок 15 формирования возмущений на электрическиеи механические узлы сварочной установки и блок 16 формирования возмущений на магистрали питания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньмгазом. Кроме того, на чертеже обозначеног 17 - магистрали питания электроэнергией, сжатьм воздухом и за"щитнич газом; а 18 - сварочная установка.Элементы устройства соединеныследующим образом, Процессор 1 соединен с блоком сопряжения 3, к которому подключены выход блока 12задания плана эксперимента и входблока 12 привязки данных эксперимента к сварному шву. Выход блока 5соединен с входами блоков 9, 10, 15и 16, причем выходы блоков 9 и 15подключены к сварочной установке18, а выходы блоков 10 и 16 - кмагистралям 17 питания электроэнергией, сжатым воздухом и защитнымгазом. К входам блока 6 контроляи измерения сигналов сварочногопроцесса подключены выходы блоков13 и 14, которые установлены на сварочной машине 18.Блок 11 задания плана эксперимента представляет собой запоминающееустройство с последовательной записью и считыванием информации емкостью не менее 32 тыс. машинныхслов.Перед началом эксперимента оператор-исследовательзаносит в этотблок план эксперимента, в которыйвходят следующие данныег число сварных точек (для контактной сварки)или длины сварногоива (для дуговойсварки) в эксперименте; параметрырежима сварки по каждой точке илиобразцу шва, значения возмущающих воздействий на механические и электрические узлы сварочной установки,а также на магистрали питания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньзи газом.Перед йачалом сварки процессорчерез блок сопряжения считываетиз блока задания плана экспериментатребуемое для исследований числосварных точек или длину шва, а так же заданные для первой точки илипервого отрезка шва параметры режима, которые передаются в блок управ ления сварочной установкой, значения возмущающих воздействий на механические и электрические узлы сварочной установки, которые передаются процессором в блок формированиявозмущений на электрические узлысварочной установки и значения возмущающих воздействий на магистрали 510 узлы сварочной машины используютсяисполнительные механизмы двух типовгдискретные - для моделирования одного уровня возмущений, например выключен силовой вентиль, зажат магнитньи прижимньи устройством привод, прекра 65 питания электроэнергией, сжатъи воздухом. и защитньм газом, которые передаются в блок формирования этих возмущений. После выполнения сварки первой 15 точки процессор снова обращается вблох задания плана эксперимента исчитывает данные о параметрах режимаи возмущающих воздействий для следукигщей точки или участка .сварного шва,которые передаются в соответствующиеблоки. Указанная последовательностьопераций повторяется, пока не будетсварено заданное число точек илизаданная длина ива. В качестве блоказадания плана эксперимента может бытьиспользовано устройство считыванияс перфоленты типа 1501 кассетныйнакопитель на магнитной ленте,и т.п.Перфолента или кассета с магнитнойлентой могут быть записаны либо спомощью предлагаемого устройства управления, либо на автономном устройстве подготовки данных, которые серийновыпускаютСя промышленностью.Блок 15 формирования возмущенийна механические и электрические узлысварочной машины представляет собойнабор исполнительных механизмов,которые позволяют изменить рабочиехарактеристики узлов для моделирова ния их износа (старение) или полноговыхода из строя, например для контактной машины: выход из строя силовоговентиля, увеличение сопротивлениявторичного контура, разладка стабили затора напряжения, затирание приводасжатия, износ редукторов иэлектропйевмоклапанов, снижение или прекращениеподачи охлаждающей воды; для дуговойустановки: выход из строя силовоговентиля, изменение активного или индуктивного сопротивления источникапитания (изменение внешней характеристики источника), разладка стабилизатора напряжения или длины дуги,застопоривание привода подачи присадочной проволоки или горелки, снижение или прекращение подачи охлаждающей воды или защитного газа,В блоке формирования возмущенийна механические или электрическиещена подача охлаждакщей воды, и аналоговые - для моделирования ступенчатого многоуровневого возмущения,например последовательного включенияв электрическую цепь магазина сопротивлений. 5В качестве исполнительных уст,ройств в блоке формирования возмущений на механические и электрическиеузлы сварочной машины используютсяпневмо-и гидрореле для формирования 10возмущений в цепях питания водой,воздухом и защитньм газом, магнитныеприжимные устройства для Формирова-ния возмущений типа затирание приводов подачи электрода, присадочной15проволоки, контактные реле для формирования возмущений в целях управления (стабилизатора напряжения идлины дуги), тиристоры и семисторыдля моделирования изменения парамет- р 0ров силовых электрических цепейсварочной установки, выход из строясиловых вентилей.В экспериментальных исследованияхс процессора через блок сопряженияв блок формирования возмущений наэлектрические и механические узлысварочной машины поступает управляющий код,в соответствии с котормкпереключаются исполнительные механизмы в блоке формирования возмущений. Состояние исполнительных механизмов может .изменяться только послеподачи и приема очередного управляю"щего кода в блоке формирования возмущений на электрические и механичес-З 5кие узлы сварочной машины,Аналогичны устройство и работаблока 16 Формирования возмущенийна магистрали питания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньм газом. При этом для изменения парамет.ров в электросети используется силовой тиристорный трехфазный источникпитания, а для изменения давленияв сети питания газом и сжатьм воздухом - редуктор, управляемый электродвигателем,Процессор передает в ходе экспериментальных исследований управляющие сигналы в блок формирования возмущений на магистрали питания электроэне 1)гией, сжатьм воздухом и защитньм газом. Этот код в блоке формирования возмущений изменяет угол включения силовых тиристоров для изменения напряжения электросети или включает на соответствующую коду длительность двигатель управления редукторами для изменения давления воздуха. или защитного газа. таким 60 образом, возможно плавное изменение (с точностью до дискретности управляющего сигнала от процессора)напряжения сети и давления воздуха и защитного газа. 65 Предлагаемое устройство работаеч следукщнм образом.Перед началом экспериментальных исследований в блоке 11 задается план эксперимента, который включает значения параметров режима и модели" руемых возмущений на разных сварных точках или разных участках сварного шва. В оперативное запоминающее . устройство 2 вводится программа контроля или управления сварочньм процессом в зависимости от характера исследований. Процессор 1 по этой программе через блок сопряжения 3 и блок 5 выцает в блок управления 9 сварочной. установки команды отработки заданных параметров режима и при необходимости в блок 10-команды стабилизации параметров магистралей питания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньм газом, которые считывают из блока 11, а в блоки 15 и 16 - команды моделирования возмущений на электрические и механические уз- лысварочной установки и магистрали питания электроэнергией,сжатыь воздухом и защитным газом, которые также считываются из блока 11. Сигналы датчи ков параметров магистралей питания электроэнергией, сжатьм воздухом и защитньм газом блока 8, датчиков параметров режима блока 7 датчиков геометрических параметров сварного шва блока 13 и датчиков тепловых, световых, электромагнитных и акустических сигналов в зоне сварки блока 14 измеряются блоком 6 и через блок сопряжения,3 вводятся в.процессор 1. Процессор 1 осуществляет согласно программе, хранящейся в оперативном запоминающем устройстве 2, обработку полученных данных, заносит их в опе; ративное запоминающее устройство 2 и при необходимости выдает рассчитанные величины через блок сопряжения 3 в блок 4 сигнализации и печати, Кроме того, процессор 1 выцает через блок сопряжения 3 команды в блок 12 привязки данных эксперимента к сварному шву для отметки контролируемой сварной точки или участка шва на образце. По этим отметкам накопленные в оперативном запоминающем, устрой-: стве 2 данные могут быть дополнены результатами металлографического анализа сварного шва.для их взаимного анализа, построения математическихи моделей процесса, исследования алгоритмов контроля и регулирования. Результаты исследований выдаются в блок 4 сигнализации и печати. Предлагаемое устройство отличается от прототипа возможностью задания требуемых по сложности и объем, планов эксперимента вследствие налйчия в устройстве блока задания плана эксперимента, В предлагаемом устрой1058729 Составитель Г. ЧайковскийДылын Техред Л,Микеш Корректор И,Иус дакт 665/11Тираж 1106 ИодписноВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13035, Москва, У, Раушская наб., д,4/5 Зак Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектн стве возможно с большой точностьюмоделировать возмущения на электрические и механические узлы сварочнойустановки и магистрали питания электроэнергией, сжатьи воздухом и защитньм газом благодаря наличию блоков с 5Формирования соответствукщих возмущений. Наличие в предлагаемом устрой-.стве блоков датчиков геометрическихпараметров сварного шва и его разделки и блока датчиков тепловых, световых, электромагнитных и акустическихсигналов в зоне сварки позволяетконтролировать разные стороны процесса Формирования сварного шва и темсаиьм разрабатывать более точное ма-. тематическое описание (математическую модель) процесса, контролироватьи регулировать сварочные установки.В предлагаемом устройстве благодаряналичию блока привязки данных эксперимента к сварному шву просто связать автоматически регидтрируемыепараметры процесса сварки с данныи,которые могут быть получены толькос привлечением дополнительных технических средств, .например с результатами металлографического анализа.Все это в конечном счете приводит,к повышению качества и эфФективноти исследований процессов сварки.