Способ управления и контроля процесса контактной сварки

. Ц/ф ф-ъа,вароч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 30,06.87. Бюл, У 24 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования(56) Патон Б,Е Лебедев В.К, Энергооборудование для контактной сварки. М,: Машиностроение, 1969, с, 140,Орлов В,Д. и др, Контроль точечной и роликовой сварки. М.: Машиностроение, 1973, с. с 15.Агсйег С.К, Меч Яузгеш Гог ацгошас 1 с ГеейЪосК сопсго 1 Гог гез 1 зТапз гое 1 й 1 пд. Уе 1 с 1 дпд,7 оцгпа 1,1960, Р 4, р, 25.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОМ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ (57) Изобретение относится к с ному производству, а именно к способам управления процессами контактнойсварки давлением, и может быть использовано в оборудовании контактнойсварки для изготовления ответственныхсварных конструкций из легких сплавовсталей и цветных металлов. Изобретение позволяет повысить качество сварного соединения. В качестве управляющего параметра используется напряжение, действующее на сварочномконтуре машины, что позволяет вычислить по результатам измерения электрических параметров сварочного контура, в частности, напряжения Н смежду электродами, обладающего прямойсвязью с качеством сварки, Такой метод получения инФормации не требуетприменения ненадежных в эксплуатациидатчиков, измеряющих напряжение цчто упрощает наладку системы управления и контроля, повышает точностьвычислений и качество сварки, 1 ил,1 табл,афф1 132003Изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам управления процессами контактной сварки давлением, и может быть использовано в оборудовании контактной свар 5 ки для изготовления ответственных ,сварных конструкций из легких сплавов, сталей и цветных металлов.Цепью изобретения является повышение качества сварного соединения, щНа чертеже показана блок-схема устройства для управления и контроля процессом контактной сварки.В современном сварочном производ." стве для изготовления ответственных 15 сварных конструкций применяются сварочные машины с системами управления, основанными на использовании способов жесткого программного управления процессом сварки с автоматической 29 компенсацией, при воздействии внешних возмущений, отдельных параметров установленного режима сварки, Известно применение математических моделей для прогнозирования качества сварных 25 соединений. Наиболее эффективны детерминированные модели, отображающие физическую сущность сварочного процесса, построения с использованием дифференциальных уравнений теплопро- ЗО водности и электрического потенциала, а также учитывающие впияние ,цистабилизирующих факторов, имеющих место при эксплуатации сварочного оборудования в промышленности, 35Обычно качество сварного соединения оценивается по размерам сварного ядра. Результирующая ошибка предсказания этого параметра определяется погрешностью вычисления, обусловлен ной не полным соответствием математического описания модели реальномупроцессу, ошибками измерений параметров режима сварки и электросварочного оборудования, погрешностью 45вычиспений,При использовании в качестве управляющего параметра напряжения, действующего на сварочном контуре, результирующая ошибка сводится к мини ОмумуДействительно напряжение 0может быть измерено с точностью до пятого знака. Современные датчики тока, например с использованием эффекта Холла, обеспечивают погрешностьизмерений около одного процента. Большинства параметров, необходимых дляйостроения детерминированной модели,3 2вычисляются с использованием Ц иСкпо точным математическим формулам, например сопротивление свароч- скного контура К = - ., индуктивскность сварочного контурак =КскС где фь" - время нарастания токадо величины 0,632 его установившегося значения, напряжения электрод - элекЙ 1 ск "Роя цзв="ск снкс скз противление электрод - электрод тэ =оээ-- энергия, выделяемая в зонесксварка - сварка (тепловлажение)св0 24 цвэ скС и др,Важным параметром математической модели является отношение полного сопротивления сварочной машины к сопротивлению свариваемой детали г,так как оно определяет устойчи"эввость сварочного процесса при износе рабочих поверхностей электродов и изменениях величины сварного давления Р за счет проявления эффекта саморегулирования процесса сварки,т.е, автоматического возрастания сварочного тока за счет увеличения площади контактов электродов с изделием, Однако для большинства сварочных машин этот эффект проявляется недостаг,точно, так как - больше необходи- м мого.Этот недостаток сварочных машин можно исправить за счет применения систем управления с обратными связями, однако такие системы работают неустойчиво из-за нестабильности эквивалентного значения г сварочной цепи машины.При использовании в качестве управляющего параметра Цвэ эта проблема решается, так как вместо гк,используются г сварочного контура, параметры которого зависят только от температуры его нагрева, что под- дается контролю и учитывается изменением уставки Цск Рассмотренные особенности получения исходных данных для построения математической модели обеспечивают ей высокую адаптичность с реальным процессом.В качестве конструкций для реализации способа приняты машина для3 13200334точечной сварки постоянным током ти- томатического изменения установкипа МТВи микроЭВМ типа В 7, Б , После завершения этой операцииУстановка состоит из микроЭВМ 1 микроЭВМ каждый раз выдает программус ее пультом 2 управления, пульта 3 на рабочий режим и контролирует рабоуправления сварочной машины, дисплея ту сварочной установки выдачей нуж 4 и печатающего устройства 5, ной информации на дисплей и печать,Сварочная машина содержит управ- сигнализирует о недоступных отклонеляемый угол включения тиристоров Ы ниях в ее работе и диагностирует ихконтактов 6, трехфазный сварочный причины.трансформатор 7, силовой выпрями Основные технические данные сватель 8 с его внутренним сопротивле- рочной машины следующие, Силовой вынием К 9, сварочный контур с сопро- прямитель шестифазный, выполнен изтивлением К, 10, сопротивление де- шести диодов Д 253-4000. Выпрямительтали К11, индуктивность 1. 12,скный блок расположен непосредственнодатчик 13 тока, датчик 14 усилия сжана трансформаторе, Сварочный контуртия электродов, датчик 15 температу- имеет номинальный вынет и растворры охлаждающей сварочный контур воды соответственно 500 и 150 мм. Сопро 1ои датчик 16 педали, тивление сварочного контура при 29 СДпя работы системы в микроЭВМ вво,5 Мк Ом. Токи короткого замыканиядятся следующие параметры: напряже- гопо ступеням трансформатора составляние, пропорциональное напряжению се- ют соответственно 14 кА, 20 кА, 27 кАти, питающей сварочную машину, напря- и 39 кА. Эквивалентное сопротивлениежение установки сварочного контура по ступеням трансформатора 92; 91;Б , напряжение с датчика тока 99 и 85 Мк Ом, Мощность машины приожидаемые значения напряжения и со сварке жаропрочной стали толщинойпротивления электрод - электрод Кзз 2,5+2,5 мм на 1 Ч ступени состави П (находятся из технологическихээляет 45 кВА. Кратковременная протаблиц или из эксперимента), напря- изводительность 90 сварок в минуту.жения с датчиков на электродах Р Данные по сварке образцов привеи температуры охлаждающей воды То, 30 дены в таблице (толщина, мм, 2,0+данные регулировочных и нагрузочных + 2,0),характеристик выпрямителя 8 по сту- Сварка производится на стандартпеням сварочного трансформатора 7, ных образцах при воздействии на пропараметры необходимого режима свар- цесс сварки следующих дистабилизики и допустимые их отклонения, ко-.35рующих факторов: изменение напряторые выбираются из памяти ЭВМ или жения в питающей сети на +10 и -153,набираются с пульта 1. изменение сварочного усилия на202,МикроЭВМ обрабатывают введенные изменении радиуса электродов наданные и фиксируют их в программе, +253, шунтирование с постановкойв том числе и начальные углы с вклю, второй точки на расстоянии 20 мм,чения тиристоров силового выпрями- Управление процессом сварки осутеля. Ступень трансформатора вклю- ществляется по напряжению на свароччается вручную, При первом включении ном контуре, которое устанавливаетсясварочной машины микроЭВМ выдает про- в соответствии с параметрами свариваграмму для вычисления параметров сва емого материала и экспериментальнымирочного контура. Для этого сварочная данными, Заданное значение Чподмашина включается в режиме короткого держивается системой обратной связизамыкания электродов. по отклонению микроЭВМ машины с точС целью предупреждения смятия ра- ностью +1 Е, Качество сварных соедибочих поверхностей электродов про нений определяется по величине разграмма предусматривает уменьшение рушающего усилия,усилия электродов, времени включения Разброс результатов механическихсварочного тока и напряжения на сва- испытаний на срез, характеризующихрочном контуре в определенных со- стабильность процесса сварки, опреотношениях к рабочему режиму, В про деляется из серии по 10 образцов дляцессе работы эта программа периоди- каждого сочетания материалов.чески повторяется с целью исключения По существующим нормам разброспогрешностей измерений от нагрева ма- прочности должен удовлетворять устериала сварочного контура путем ав- ловию1320033 6К и Б обеспечивают получениесварного соединения с заданными размерами ядра.Тесная связь между этими параметрами сохраняется для разных металлов и сплавов при воздействии возмущающих Факторов, таких как колебание напряжения в сети, усилие сжатия электродов, изменение их рабочихповерхностей, шунтирование от ранеесваренных точек,Контроль качества каждой сварной точки при новом способе сварки,а не выборочный, как это делаетсясейчас, увеличивает запас прочностисварной конструкции, что позволяетуменьшить количество сварных точекв узле или уменьшить их сечение, чтодает возможность уменьшить энергоемкость процесса сварки, увеличитьпроизводительность оборудования иуменьшить затраты на электроды.Надежность средств контроля приоснащении сварочной машины манипуляторами для подачи и съема изделий в процессе сварки позволяет перейти на безлюдную технологию, чтообеспечит дополнительный техникоэкономический эффект,Стабильность качества сварных соединений позволяет уменьшить объемконтроля эа счет исключения механических испытаний сварных образцов насрез. Устранение этой операции даетбольшой экономический эффект. О 3Рф фС Материалы Показатели Х 18 Н 9 Титан ОТУ Алюминиевый Латунь 1,ЬО 1,90 8,0 39 кА Ь,8 0,27 0,76 1,20 1,30 где максимальное, минимальное и среднее разрушение усилия по результатамиспытаний К=О, 190,3,5Таким образом, способ сварки понапряжению на сварном контуре обеспечивает высокое качество сварныхсоединений при воздействии на процесс сварки дестабилизирующих факторов, имеющих место при эксплуатации сварочных машин в производственных условиях.В качестве дополнительных критериев процесса сварки Фиксируются величины Б и Нк концу цикла сварки.Разброс этих величин ограничиваетсятретьим знаком,Использование способа дает тех 20нологические преимущества по сравнению с известными способами сварки,поэтому создает существенный техникоэкономический эффект. Так, управление процессом сварки по напряжениюна вторичном контуре и контроль егопараметров стимулирует развитие эффекта саморегулирования процесса,стабилизирует процесс сварки и способствует получению сварных соединений с заданными прочностными характеристиками,Как известно, сопротивление электрод - электрод гв процессе сварки уменьшается. Это связано с увеличением площади контакта вследствие нагрева металла и увеличения егопластичности. Динамика этого процесса определяется плотностью тока в зоне сварки, 40 При неизменной плотности тока, равной заданной, температура плавления металла за время сварки будет достигнута обязательно, Между плотностью тока и напряжением электрод - элект- ф 5 род имеется тесная связь. Таким образом, контроль в процессе сварки Формула изобретения Способ управления и контроля процессом контактной сварки, при которомведут управление и контроль процесса по управляющему параметру, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, в качестве управляющего параметра используют напряжение, действующее на сварочном контуре машины,13200338Продолжение таблицы Х 18 Н 9 Титан ОТУ Алюминиевый Латунь Тираж 975 Государственног елам изобретений Москва, Ж, РаПодписноекомитета СССРи открытийушская наб., д. 4/5