Устройство контроля процесса горения сварочной дуги

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ матической и ручной сварке. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности за счет повышения достоверности фиксации состояний горения дуги при работе с различными источниками питания, Устройство содержит два многоуровневых компаратора, три временных селектора, дифференциальный усилитель с ограниченной в области высоких частот полосой пропускания, два элемента И и резистивный мост. Такая совокупность элементов позволяет выделять фазы установившегося режима горения дуги, достигнуть независимости фиксации режимов дуги от изменения напряжения ис- аО точника питания, исключить нестабильность переходного сопротивления между электродом и электрододержателем, а Сф также неравномерность скорости движения электрода. 4 ил,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт проблем моделированияв энергетике АН УССР(56) Авторское свидетельство СССРФ 831450, кл. В 23 К 9/1 О, 1979.Авторское свидетельство СССРВ 841839, кл. В 23 К 9/10, 1979,Авторское свидетельство СССРВ 623677, кл. В 23 К 9/10, 1977.(54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССАГОРЕНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ(57) Изобретение относится к областиконтроля процессов дуговой сварки иможет быть использовано для контролякачества процесса сварки, в частностипри дуговой автоматической, полуавто"Изобретение относится к устройствам контроля процессов дуговой сварки и может быть использовано для контроля качества процесса сварки.Цель изобретения - расширение Функциональньж возможностей путем обеспечения, Фиксации состояния горениядуги при работе с различными сварочными источниками питания,На Фиг.1 показана блок-схема устройства; на Фиг,2 - схема первоговременного селектора, на Фиг,3 - схема второго и третьего временных селекторов, на Фиг.4 - временные диаграммы работы устройства.Устройство контроля горения сварочной дуги содержит источник 1 питания, многоуровневые компараторы 2 и3 и первый элемент И 4, временные се 20лекторы 5-7, диФФеренциальный усилитель 8 с ограниченной в области высоких частот полосой пропускания, второй элемент И 9 и резистивный мост10, состоящий из измерительного шунта 2511, соединенного с первой клеммой 12источника 1 питания и прямым входомдиФФеренциального усилителя 8, а через резистор 13 - свыводом потенциометра 14, вывод движка которого соединен с заземленной второй клеммой15 источника 1 питания. Второй выводпотенциометра 14 через резистор 16соединен с электрододержателем 17,измерительным шунтом 11 и инверснымвходом диФФеренциального усилителя 8,35выход которого соединен с входамикомпараторов, причем выход компаратора 2 соединен через первый временной селектор 5 с первыми входами второго 6 и третьего 7 временных селекторов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами второгокомпаратора 3, входы второго элемента И 9 соединены с выходами компараторов. Входы первого элемента И 4 соединены соответственно с вторыми выходами компараторов 2 и 3. Выходыэлементов И 4 и И 9, а также выходывременных селекторов 6 и 7 являютсявыходами устройств 18-21, определяющих состояния обрыва дуги, короткихзамыканий, недостижения рабочего режима сварки и превьппения рабочегорежима сварки соответственно.Компаратор 2 должен быть выполнендвухуровневым на основе двух детекторов уровня, на входах которых устанавливаются пороги П,и П , определяющие режимы обрыва и короткого замыкания дуги соответственносКомпаратор 3 может быть выполненаналогичным образом, при этом на входах детекторов уровня устанавливаютсяпороги Б и 1, определяющие Формирование признаков недостижения и превышения рабочего режима сварки соответственно.На Фиг.2 показан пример схемы реализации первого временного селектора5 на основе элемента совпадения 22,резистора 23 конденсатора 24 и диода 25.Второй 6 и третий 7 временные селекторы могут быть выполнены по схеме, показанной на Фиг.3, на основеэлемента совпацения 26, резистора 27,конденсатора 28 и диода 29. Ограничение в области высоких частот полосыпропускания усилителя 8 достигаетсявыбором соответствующих параметровцепей обратной связи и коррекции.Устройство работает следующим образом.При отсутствии дуги тока в сварочной цепи, состоящей из последовательно соединенных источника 1 питания,измерительного шунта 11 и электрододержателя 17, не прстекает, Потенциалы на выходах измерительн" о шунта 11одинаковы и равны напряжению холостого хода Бисточника 1 питания.Резистивный мост 10 сбалансированпотенциометром 14, поэтому входнойи выходной сигналы диФФеренциальногоусилителя 8 равны нулю. Для обеспечения Функционирования диФФеренциального усилителя 8 при любых значенияхнапряжения Бнеобходимо величинырезисторов 13 и 16 выбирать одинаковыми из условияН 13 П у иакс2 К + В 1где К и К - сопротивления резисто 1 Эров 13 (или 16) и потенциометра 14 соответственно;Б, - наибольшее допустимоепаспортное синФазноенапряжение диФФеренциального усилителя 8.Нулевой сигнал Б с выхода усили 8теля 8 поступает на зходы детекторов уровня первого многоуровневого компаратора 2. Поскольку входной сигнал меньше порогов П 1 и П, определяю-.щих режимы обрыва и короткого замыкания дуги соответственно, то на прямом выходе компаратора 2 формируется нулевой сигнал. Единичный сигнал с инверсного выхода компаратора 2 посту пает на первый вход элемента И 4, подготавливая его к включению. Аналогично на первом выходе компаратора 3 при этом формируется единичный, а на втором выходе - нулевой сигналы. Зле-мент И 4 Аормирует на выходе 8 устройства признак обрыва дуги (см. временной интервал - на Фиг.4). Этот признак Аормируется всегда, если напряжение на выходе усилителя 8 не препревьппает порог П, в компараторе 2.Установку порога П , определяющегофнижнюю границу установившегося режима горения дуги, осуществляют в соответствии с минимально возможной величи О ной мощности, подводимой к дуге, обеспечивающей ее устойчивбе горение без обрывов.При замыкании дугового промежутка по измерительному шунту 11 протекает25 ток Т св, напряжение Б усилителя 8 увеличивается в соответствии с Аормулойв се Кв К 11 П 11 Кз (2)где К - коэффициент усиления усили 8теля 8,К - коэффициент передачи измерительного шунта 11.Очевидно, что при любых изменениях напряжения источника питания в режимах холостого хода, короткого замыкания или горения дуги напряжение на выходе диААеренциального усилителя 8 не зависит от абсолютной величины Б (С), а определяется, в соответствии с формулой (2), только падающим на шунте 11 напряжением 60 . Следова11 тельно, условия Аиксации различных режимов горения дуги, определяемые условиями срабатывания компараторов 2 и 3, связанных с выходом усилителя 8, определяются только величиной напряжения лПнезависимо от изменения напряжения источника питания. Если напряжение П находится в пределах0 П ., то нулевые сигналы с выходов детекторов уровня компаратора 2 сформируют единичный сигнал на его первом выходе, Одновременно, если 08(цзФ детектор уровня компаратора 3 остается в единичном состоянии, формируя единичный сигнал на его первом выходе. При этом на входы второго временного селектора 6 поступают единичные сигналы, элемент совпадения 26 селектора 6 срабатывает, сформировав на выходе 20 устройства признак недостижения установившимся режимом горения требуемого режима сварки (см. интервал С -е на Фиг.4). Установку порога Б , определяющего верхнюю границу установившегося режима горения дуги, осуществляют в соответствии с максимально возможной величиной подводимой к дуге мощности, обеспечивающей ее устойчивое горение беэ перехода в режим короткогозамыкания, Установку порога П (П ), определяющего нижнюю (верхнюю) границу фазы установившегося режима горения, соответствующего требуемому режиму сварки, осуществляют исходя из минимальной (максимальной) подводимой к дуге мощности, обеспечивающей оптимальные параметры процесса сварки при устойчивом горении дугиПри дальнейшем увеличении напряжения П = Ю К, т,е. 1 (П сБ8з В(что соответствует Аазе установившегося режима горения, соответствующей требуемому режиму сварки), срабатывает первый детектор уровня компаратора 3, Аормируя нулевой сигнал на его первом выходе. При этом на всех выходах 18-21 устройства сигналы отсутствуют, что говорит о наличии фазы установившегося режима горения дуГи, соответствующей требуемому режиму сварки (см. интервал Е -С на Аиг.4).При дальнейшем увелйчейии напряжения Ювыполняется условие П Уз( У (Ааза превышения установившимсяйрежимом горения дуги требуемого режима сварки), срабатывает второй детектор уровня компаратора 3, Аормируя единичный сигнал на его втором выходе, При этом срабатывает элемент совпадения 26 третьего временного селектора 7, Аормируя единичный сигнал на выходе 21, т.е. признак превышения установившимся режимом горения дуги требуемого режима сварки (см. интервал С - на Аиг,4).зПредлагаемое устройство позволяет выделять и Аиксировать различные Аа - зы установившегося режима. горения дуги: Фазу недостижения установившимся режимом горения дуги требуемого режима сварки; фазу соответ(3) оз Ктз Сд ствующую требуемому режиму сварки, и Аазу превышения установившимся режимом горения дуги требуемого режима сварки. При использовании компараторов 2 и 3 с числом уровней срабатывания более двух возможно выделение дополнительных Ааз установившегося режима горения дуги.При дальнейшем увеличении напряжения ьБ и, соответственно, Б, воз 11можно выполнение условия Б 0 Б (реВ жим короткого замыкания). При этом срабатывает второй детектор уровнякомпаратора 2. На выходы элемента И 9 поступают единичные сигналы с инверсного выхода компаратора 2 и второго выхода компаратора 3. На выходе 19 устройства при этом формируется признак короткого замыкания (см, интервал . - Лиг.4).4 5Указанные особенности работы предлагаемого устройства относятся к случаям медленного изменения напряжения аБ на шунте 11 и, следовательно,11напряжения Б на выходе усилителя 8, со скоростью, равной скорости изменения подводимой к дуге средней мощности во всем диапазоне ее изменения, соответствующем устойчивому горению дуги.На этапе Аормирования дуги возможны режимы кратковременного быстрого изменения напряжений 6 Н и Б во11всем диапазоне уставок от П, до О, и выше (например, при отгораниях конца электрода, прихватах" электрода, кратковременных обрывах дуги и т.д) со скоростью, превышающей скоростьизменения среднеймощности при устойчивом горении дуги. Для устранения ложных срабатываний устройства в этихслучаях предлагаемое устройство со.держит временные селекторы 5-7, которые работают следующим образом.При случайных изменениях напряжения 0 на выходе усилителя 8, вызывающих многократные срабатывания компараторов 2 и 3 на время, меньшее интервала селекциивременных селекторов, последние подавляют такие импульсы КС-цепочками, не пропуская имопульсы на выходы устроиства. Интервалселекции выбирается из условия илиа В 7) К г 1 Сэ э 5 10 15 20 25 30 35 где К и С - величины селекторов 5-7 (фиг.2 и 3)Причинами кратковременных срабатываний компараторов 2 и 3 могут быть также нестабильность переходного сопротивления между электродом и электрододержателем, неравномерность структуры и/или скорости двикения электрода, Эти причины вызывают случайные изменения мгновенных значений мощности, подводимой к дуге, и напряжения на входе усилителя 8, обладающего ограниченной в области высоких частот полосой пропускания. Поэтому высокочастотные составляющие этих случайных помех в основном подавляются усилителем 8, а также устраняются временными селекторами 5-7.Предлагаемое устройство контроля процесса горения сварочной дуги, обладая универсальностью, позволяет при работе с любыми источниками питания выделять Аазы установившегося режима горения дуги, соответствующие требуемому режиму сварки, достигнуть независимости фиксации режимов горения дуги от изменения напряжения источника питания, нестабильности переходного сопротивления между электродом и электрододержателем и неравномерности структуры и скорости движения электрода, что расширяет Аункциональные возможности устройства контроля процесса горения сварочной дуги. Формула изобретения Устройство контроля процесса горения сварочной дуги, содержащее источник питания, электрододержатель, первый и второй компараторы и первый элемент И, о т л и . а а щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения фиксации состояний горения дуги при работе с различными сварочными источниками питания, в устройство введены резистивный мост, дифференциальный усилитель, второй элемент И и три временных селектора, при этом первый вход резистивного моста соединен с первой выходной клеммой источника питания и с прямым входом дифйеренциального усилителя, с инверснымвходом которого соединен второй входрезистивного моста и электрододержатель, третий вход резистивного мостасоединен с второй заземленной выходной клеммой источника питания, выход дифференциального усилителя соединен с входами компараторов, прямой выход первого компаратора через первый временный селектор подключен к первым входам второго и третьего временных селекторов, а инверсный выход первого компаратора подключен к.первым входам первого и второго элементов И, вторые входы первого элемента И и второго временного селектора соединены с пер 4вым выходом второго компаратора, второй выход которого соединен с вторыми входами второго элемента И и третьего 5 временного селектора, выходы первогои второго элементов И, второго и третьего временных селекторов являются выходами устройства, определяющими соответственно состояния обрыва дуги, ф короткого замыкания, недостижения ипревышения рабочего режима сварки.1279771 ж Ь( В 7 Фг 18 Составитель В.Грибова Техред Л.Сердюкова К Редактор Э.Слиган ктор Л, Пилипенко Заказ 7001/ 001 цписн ВНИИПИ Гос по дела 113035, Москта СССытийаб., д арстве изобреЖого комитний и откРаушская роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,