Способ контроля и регулирования процесса контактной шовно стыковой сварки и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 23 К 11/2 ф(1 1 РР 1:;Р, Ц ъМДИО Т 19:,р. ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТВУ и швов большой протяж нности при нека, Целью вьппение качесрерывном протекании т зобретения является и ва сварных соединений а счет ста Способ замеряют усредтуры за электдной из свариложения что из ильности тепл лючается в то тем ненное значени хности одами на пове аемых деталей после выравн уют получен ями п-произ них температуры, сумминое значение со значениводных, измеренных на лектротеплования сварно ный результат вон модели зоны формир го соединения, получен используют для сравнени значением. В устройств дели зоны формирования заданным помощью сварного соньев ференцирующих остав узла комп ия, формируют сиг ченйя температурин я, дифхвс са входящи запаздыва ненного знал усред.в зоне и Полученные си контролиз в одных ого узла омпенсаи сигнал с нелинеи т на сумматор узла здывания. По резуль я формируется сигнал я, выходной сигнал т регулятором сваро чной машины. 2 с,п оступа ции зап мирован равнени правля ту на(57) Изобрете частности кон назначено для и автоматичес цесса шовно-с е касаетс ктной сва сварки, ви, и пред контролявания проовной свароторог чного ф-льнепрерывног ого регулир ыковой или а сва ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по тяжелому и электросварочному оборудованию Псковского завода тяжелогоэлектросварочного оборудования(56) Чулошников П,Л. Точечная и роликовая электросварка легированныхсталей и сплавов, - М.: Машиностроение, 1974, с. 171, 184.Авторское свидетельство СССР Р 764898, кл. В 23 К 11/24, 1978,Авторское свидетельство СССР У 498128, кл. В 23 К 11/24, 1974.Авторское свидетельство СССР У 414068, кл. В 23 К,11/24. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА КОНТАКТНОЙ НОВНО-СТЫКОВОЙ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТ- ВЛЕНИЯ 801278157 А 1128157 Т (х,у) Изобретение относится к сварке,в частности к контактной сварке, ипредназначено для непрерывного контроля и автоматического регулированияпроцесса шовно-стыковой и шовной 5сварки швов большой протяженностипри непрерывном протекании тока.Целью изобретения является повышение качества сварных соединений засчет стабильности тепловложения. 1 ОНа Фиг, 1 показана схем 4 способашовно-стыковой сварки и расположениезоны отпечатка электродов с детальюи зоны контроля; на фиг. 2 - функциональная схема устройства. 15На схеме (фиг. 1) обозйачены электроды 1, свариваемые детали 2, накладки 3, зойа 4 контроля, зона 5 отпечатка электродов с деталью и зона 6формирования сварного соединения,. 20Сущность способа заключается вследующем, В установившемся режиметеплосодержание в зоне 6 формирования сварного соединения определяетсявыражением 2511 сх,у,) т (,у,)1йуй 2/где ( - количество тепла в зоне бформирования сварного соединения;с р(х,у, - значение объемной теплоем-г) кости в точках с координатами х, у, к;Т.(х,у, - значение температур в точа) ках с координатами х, у,яв зоне б Формирования сварного соединения;/йх йу йх - элементарный объем в зоне бформирования сварного сое Одинения, имеющий температуру Т (х,у,к) и удельнуютеплаемкость ср(х,у,к),",Ч - объем зоны б формирования3сварного соединения; 453 Ботп 8 6 - толщина свариваемых деталей 2 с учетом накладок;Б - площадь зоны 5 отпечатка 5 ООТ Яэлектродов с деталью.После выхода зоны б формирования сварного соединения из-под электродов начинается выравнивание температур по толщине сварцваемых деталей 2. 55 После выравнивания температур по высоте теплосодержание в зоне 4 контроля (если Б, = Бот): 31с = РБ --т(х,у) Йхйу,Отп 5 бтгде ср - среднее значение удельной теплоемкости в зойе 4контроля;- температура в точках с координатами х, у в зоне контроля (при Б = Б ).Если Б ( БК отпЯ= К, ср Б, 8 - Т (х,у) йх йу,кгде К - коэффициент, учитывающий изменение теплосодержанияв зоне 4 контроля, если ееплощадь не равна площадиэоны 5 отпечатка электродов с деталью;Б,с - площадь зоны 4 контроля.ОбозначимТТ (х,у) йх йу,1кгде Т в , средняя температура поверх"сРности в зоне 4 контроля,ЯКЯ,где К - коэффициент, связывающийтеплосодержание в зоне 4контроля и теплосодержаниев зоне б формирования сварног 6 соединения.Окончательно имеемЯ = КдК, ср ББТ= К Тгде К. = К К, ср о Б - коэффициент, связывающий тепласадержание взоне 6 Формирования сварного соединения и среднюю температуру в зоне 4контроля.Таким образом, после выравнивания температур по толщине свариваемыхдеталей 2 усредненное значение температуры в зоне 4 контроля пропорционально тепловложению в зону 6 Формиравания сварного соединения, обусловленному изменением параметров напряжения питающей сети, изменением параметров сварочного контура, аналогично значению тепловложения колеблетсяусредненная температура в зоне 4 контроля.Оптимальная ширина зоны 4 контроляА В или В С определяется ширинойнакладок 3 из фольги и смещением фольги при сварке длинных протяженныхшвов при шовной сварке - ширинойэлектродов с учетом допусков на осевое биение электродов 1.При ширине зоныконтроля менееширины зоны отпечатка электродов сдеталью уменьшается точность контро 1278157ля теплосодержания в зоне 6 формиро -вания сварного соединения, так какконтроль осуществляется в узкой зоне,а также в большей степени влияютфлуктуации тока сварки на границе выхода электродов 1 со свариваемой деталью 2. При ширине зоны 4 контроляболее ширины зоны отпечатка электродов с деталью снижается точность измерения усредненного значения температур,Оптимальная длина зоны 4 контроляА В или В С выбирается в пределах50-100 от длины зоны 5 отпечаткаэлектродов с деталью. При длине зоны 4 контроля менее длины зоны 5 отпечатка электродов с деталью увели-.чиваются колебания коэффициента пропорциональности между усредненным значением температуры и теплосодержанием Юв зоне 6 формирования сварного соединения. В связи с тем, что основнойвклад тепла в зоне 6 формированиясварного соединения осуществляетсяза осевой линией электродов (левееосевой линии), то длина зоны 4 контроля может колебаться от 50 до 100 зоны формирования сварного соединения. При длине зоны 4 контроля болеедлины зоны 5 отпечатка электродов 1 30с деталью увеличиваются колебания коэффициента пропорциональности междуусредненным значением температуры итеплосодержанием в зоне 6 формирования сварного соединения, 35 Минимальное расстояние между началом зоны 4 контроля (В С) и концом зоны 5 отпечатка электродов с деталью (АВ) выбирается из условия вы равнивания температур по высоте шва. Если расстояние выбрано менее минимального, то результат измерения усредненного значения температур зависит от неустановившейся температу ры на поверхности свариваемых деталей, что снижает точность контроля величины теплосодержания в зоне 6 формирования сварного соединения.Максимальное расстояние между на чалом зоны 4 контроля и концом зоны 6 формирования сварного соединения выбирается из условия построения системы регулирования усредненной температуры поверхности за электродами 1 с высокими показателями качества ре 1 гулирования (точность, быстродействие). В случае, если 1 ( Ч , ток цсдфвозможно построение системы регулирования, обеспечивающей компенсацию запаздывания.Устройство состоит из задатчика 7 температуры, узла 8 сравнения, узла 9 коррекции, сварочной машины 10, бесконтактного датчика 11 температуры, нелинейного узла 12, модели 13 зоны Формирования сварочного соединения, узла 14 компенсации запаздывания, при этом выход задатчика 7 температуры соединен с первым входом узла 8 сравнения, выход которого через узел 9 коррекции соединен с входом сварочной машины 10. Первый выход сварочной машины 10 через модель 3 зоны формирования сварного соединения. соединен. с вторым входом узла 14 компенсации запаздывания, а второй выход - с бесконтактным датчиком 11 температуры, выход которого через нелинейный узел 12 соединен с первым входом узла 14 компенсации запаздывания, выход которого соединен с вторым входом узла 8 сравнения.Устройство работает следующим образом,При подаче уровня напряжения с задатчика 7 температуры через узел 8сравнения, узел 9 коррекции, сварочную машину 10 начинается нагрев свариваемых деталей 2 и, соответственно,нагрев зоны Формирования сварного соединения. В связи с тем, что из-заразмеров электродов невозможно измерение температуры бесконтактным дат,чиком 11 без транспортного запаздывания, его выходной сигнал появляетсяс запаздыванием.Выходной сигнал бескантактногодатчика 11 температуры при радиационном способе измерения определяетсявыражениемЦ, = - 1, ц ( у). ах ау,1цт . 8 сгде Ц - уровень выходного сигналаят срдатчика температуры;(ху) урОВень ВыхОднОГО сиГналабесконтактного датчика 11температуры, обусловленньй температурой в точкес координатами х, у;)1рос 11 т 1 Так как ет операцию. 2 б 1-1 =1 + И И (1 514 Ят Н 9 окоэффициент передачи по входу 1 коэффициент передачи по входу 2т - показатель степени, зависящий от способа регистрации излучения (если измеряется полное излучение т = 4 если частичное щ Ф 4).При постоянной температуре всех точек в зоне контроля (Т(х,у) = сопз 1;) напряжение на выходе датчика 11 температуры определяе 1 ся выражениемИ =-Т Б =К ТКъМср Бк чК Таким образом, сигнал на выходе датчика 11 температуры имеет степенную зависимость от температуры (н , ).)Для исключения степенной зависгмости между выходным сигйалом бескоптактного датчика 11 температуры и тем-, пературой сигнал с бескоптактного датчика 11 температуры поступает на нелинейный узел 12, который выполнягде 1, - выходной сигнал нелинейногоЯуузла 12.Таким образом, выходной сигнал не- ЗО линейного узла 12 пропорционален температуре. Этот сигнал с запаэдьпанием поступает на первый вход узла 14 компенсации запаздывания, на второй вход которого поступает сигнал с модели 13 35 зоны Формирования сварного соединения без запаздывания, Узел 14 компенсации запаздывания в момент времени, ког.да в связи с запаздь 1 ванпем отсутст - вует сигнал, пропорциональный действительной температуре Т, обеспечивает управление процессом сварки пофиктивной температуре Т , получаемой на выходе модели 13 эоны Формирования сварного соединения. В установившемся режиме па выход узла 13 компенсации запаздывания проходит только сигнал, пропорциональный,цействительной температуре Т, а сигнал с вьгхода модели 13 зоны формирования сварного соединения не проходит на выход. Передаточная Функция узла 14 компенсации запаздывания опреде:.яется выражением где С - запаздывание;оБ - о пер атор Лаплас а,Передаточная функция участка с выхода сварочной машины, включая зону 6 Формирования сварного соединения, до выхода узла 14 компенсации запаздывания определяется выражением-1 5 1 оБ о Бо2 6 2; Зе+ (С Б - - + - -- )=2 6 где У К - передаточная функцияЗРоГ м 39 осоответственно зоны Формирования сварного соединения и ее модели,Если г. к . тс узел 14 компенсации позволяет компенсировать запаздывание в системе регулирования путем Формирования сигнала в течение времени запаздывания, равного сумме п-производных со своими весовыми коэффициентами. Если С ) 1 то производные равнь 1 нулю, и регулирование с ком. пепсацией запаздывания в системе невозможно. Наличие неустранимого запаздывания в системе регулирования значительно снижает показатели качества системы регулирования (точность, быстродействие). Сигнал с выхода узла 14 компенсации запаздывания является сигналом обратной связи и поступает на второй вход узла 8 сравнения. Разность сигналов задатчика 7 температуры и сигнала обратной связи поступает на узел 9 коррекции, который обеспечивает усиление и необходимые показатели качества системы регулирования температуры поверхности,Таким образом, в системе регулиро. вания степенная зависимость бесконгактного датчика 11 температуры устраняется при помощи нелинейного узла 12, а запаздывание - при помощи узла 14 компенсации запаздывания, 1278157430 7,5 П р и м е р. Электротехническуюсталь 3414 толщиной 0,7 мм и шириной0,8 мм "полосы" сваривают шовно-стыковой сваркой с использованием накладок из стали 0,8 КП толщиной 0,1 мм 5и шириной 4 мм при стабилизации температуры поверхности при помощи блока стабилизации,Основные параметры:Ток сварки, кА 13-15 10Скорость сварки, м/с 3,3Усилие электродов,кГсУсредненная температура поверхности, С 9 бО15Длина отпечаткаэлектродов с деталью ммШирина отпечаткаэлектродов с деталью мм 4Длина зоны контроля,мм 5Ширина зоны контроля, мм 525Расстояние между началом зоны контроляи концом зоны отпечатка электродов сдеталью, мм 10 30Предлагаемые способ и устройствоконтроля и регулирования процессашовно-стыковой или шовной сварки швовбольшой протяженности при непрерывном протекании тока обеспечивают независимость результатов контроля отвозмущающих факторов (изменения параметров процесса сварки, изменения .геометрии заточки электродов, случайных изменений электропроводности и 40теплопроводности контактов электроддеталь, например, при загрязнении по;верхностей электродов). Это обусловливает более высокую точность.и надежность данного способа контроля и 45регулирования процесса шовно-стыковойсварки. Применение его позволяет повысить качество соединения, выполненного шовно-стыковой и шовной сваркой, а также расширить диапазон свариваемых толщин в сторону уменьшения(показатели качества - предел прочности на растяжение, количество перегибов - улучшаются на 20-30 Е, а диапазон толщин расширяется до 0,35 мм). 55Формула и з о б р е т ения1. Способ контроля и регулирования процесса контактной шовно-стьпсо вой сварки, при котором измеряют тепловые параметры поверхности свариваемых деталей, сравнивают их с заданными и по результатам сравнения регу-,лируют сварочный ток, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений,измеряют усредненное значение. температуры за электродами на поверхностиодной из свариваемых деталей после .выравнивания в них температуры, суммируют полученное значение со значениями п-производных, измеренных наэлектротепловой модели зоны формирования сварного соединения, полученный результат используют для сравнения с заданным значением, при этомвремя, необходимое для выравниваниятемпературы по толщине деталей, определяют исходя из выражения) К9 ыР1 гдеВЫР время выравнивания температур по толщине свариваемых деталей;коэффициент пропорциональноститолщина свариваемых деталей;коэффициент температуропроводности. 2 Ьк 12. Устройство для контроля и регулирования процесса контактной шовностыковой сварки, содержащее задатчик температуры, соединенный с первым входом узла сравнения, сварочную машину в которой установлен датчик тем-. пературы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения качества сварного соединения за счет стабильности тепловложения, оно снабжено узлом коррекции, нелинейным узлом, узпом компенсации запаздывания и моделью зоны формирования сварного соединения, при этом выход узла сравнения соединен через узел коррекции со сва" рочной машиной, датчик температуры г последовательно соединен с нелинейным узлом, узлом компенсации запаздывания и вторым входом узла сравнения, причем один из выходов сварочной машины соединен с входом модели зоны формирования сварного соединения, выход которой соединен с вторым входом узла компенсации запаздывания.1278157 Фиг ль В, КаПопович став хред дактор И. Николай Корре Муска Заказ 6793/13ВНИ ктная, 4 оизводственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул ТиражПИ Государственно делам изобретенМосква, И, Р 001 Подписноего комитета СССРий и открытийаушская наб., д. 4/5