Способ управления сварочной горелки относительно стыка

1) В 23 К.9 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КО00 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АатОСнаьюСаидьтельст(56) Авторское свидетельство СССРй 1087283, кл. В 23, К 9/10, 1982.(9) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМСВАРОЧНОД ГОРЕЛКИ ОТНОСИТЕЛЬНО СТЬКА(57) Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов. Цель изобретения - повышение качества сварногосоединения при сварке пространственных швов за счет слежения как за сеИзобретение относится к автоматизации сварочных процессов, а именно к способам автоматического направления электрода по стыку с использованием дуги в качестве датчика при электродуговой сварке угловых швов и швов с разделкой с колебаниями электрода, и может найти применение в машиностроительной, судостроительной и других отраслях промышленности,Целью изобретения является повышение качества сварного соединения при сварке пространственных швов за счет слежения как за серединой стыка, так и за расстоянием до стыка.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления полорединой стыка, так и за расстояниемдо стыка. Электроду задают сложныеколебания в плоскости, перпендикулярной направлению сварки, состоящие изосновных колебаний, повторяющих поформе профиль разделки стыка (длякоррекции положения горелки по горизонтали)и дополнительных колебанийотносительно конечной точки расцетногвылета электрода (для коррекции повертикали), Измеряют сварочный ток.Выделяют гармоницескую составляющуюсварочного тока на частоте основныхколебаний и на частоте дополнительныхколебаний. По их фазе и амплитуде определяют знак и величину отклоненияэлектрода от середины стыка и отклонение вылета электрода от оасчетнойдлины. 5 ил. жением сварочной горелки относительно стыка, при котором электроду задают колебания, измеряют сварочный ток, выделяют гармоническую составляющую сварочного тока на частоте колебаний электрода, по фазе этой гармонической составляющей определяют знак, а по амплитуде - величину откло" нения горелки от Стыка и формируют сигнал управления приводом коррекции положения горелки относительно середины стыка, электроду задают сложные колебания в плоскости, перпендикулярной направлению сварки, состоящие из основных колебаний (для слежения по горизонтали), повторяющих по форме профиль разделки стыка, и дополнитель"ных колебаний относительно конечной точки вылета электрода (для слежения по вертикали), при этом совмещение электрода с центром разделки при кор 5 рекции положения горелки по горизонтали осуществляют по известному способу на частоте основных колебаний электрода, а стабилизацию расстояния от токо- подвода горелки до поверхности изделия - на частоте дополнительных колебаний электрода.На фиг. 1 приведена схема, поясняющая предлагаемый способ; на фиг2- Функциональная схема устройства, осу ществляющего способ; на фиг. 3 и 4- графики, поясняющие способ при отсутствии смещения стыка по горизонтали, но со смещением по вертикали .(соответственно с положительным и отрицатель О ным смещением2); на Фиг, 5 - графики при смещении стыка одновременно по вертикали и горизонтали.На фиг, 3-5 приняты следующие обозначения: Т- осциллограмма сварочного 25 тока; Бк- сигнал на выходе датчика дополнительных колебаний электрода;11- сигнал на выходе датчика основных колебаний электрода; Б, - преобт разованный сигнал як Б- кривая на выходе первого полосового Фильтра;0 с, - сигнал на выходе первого синхронного детектора; 0 в - сигнал на управление приводом перемещения горелки по вертикали; 11- сигнал на выхо-З 5 де второго полосового фильтра; 11 С. сигнал на выходе второго синхронного детектора; 0 г - сигнал на управление перемещением горелки по горизонталиСогласно способу основные колеба О ния электрода 1 задают вдоль кромок 2 стыка и одновременно электроду 1 задают дополнительные колебания вокруг точки О расчетного вылета на угол 3, При отсутствии смещения стыка от ис ходного положения (положение 2) точка О электрода движется по кромке и при этом сохраняется постоянство расчетного вылета электрода. В этом случае гармоническая составляющая сварочного тока на частоте дополнительных колебаний электрода относительно точки О отсутствует. При смещении стыка бт исходного положения .(положения 2, 2 ) вылет электрода в процессе колеба 9ний меняется на величину Ь 1. Это вызывает изменение сварочного тока и появление гармонической составляющей сварочного тока на частоте дополнительных колебаний электрода относительно точки О, Фаза которой зависит от знака смещения стыка от исходного положения и при смене знака меняется на .180 О. Зависимость Фазы гармонической составляющей от знака смещения стыка объясняется тем, что в случае положительного смещения стыка (положение 2 ) при перемещении электрода из положения 1 в положение 1 его вылет уменьшается, что вызывает увеличение сварочного тока, в то время как при отрицательном смещении стыка (попокение 2 ) перемещение электрода в11 ом же направлении из положения 1 в положение 1 вызывает увеличение вылета электрода и, следовательно, уменьшение сварочного тока.Амплитуда гармонической составляющей сварочного тока зависит от величины изменения вылета электрода Ь 1, которая определяется величиной смещения Ь 2 стыка от исходного положения, углом (3 колебаний электрода и углом 2 К раскрытия кромок стыка. Устройство, осуществляющее способ, содержит датчик 3 (Фиг. 2) величины сварочного тока, первый полосовой фильтр 4, настроенный на частоту дополнительных колебаний электрсда относительно конца вылета, вход которого соединен с выходом датчика 3 сварочного тока через ключ 5, первый синхронный детектор 6, сигнальный вход которого подключен к выходу полосовогофильтра 4, а управляющий - к выходупреобразоватепя 7, первый вход которого соединен с выходом датчика 8 дополнительных колебаний электрода относительно конца вылета, а второй с выходом датчика 9 основных колебаний электрода по профилю стыка, привод 10 управления положением горелки по вертикали, вход которого через Фильтр 11 низкой частоты подключенк выходу первого синхронного детектора б, второй полосовой фильтр 12,настроенный на частоту сканированияэлектрода по профилю стыка, вход которого соединен с датчиком 3 сварочного тока, а выход - с сигнальным входом второго синхронного детектора 13,управляющий вход которого подключенк выходу датчика 9 основных колебанийэлектрода, а выход - к входу фильтра14 низкой частоты, выход которого938236выходе второго полосового фильтра 10(график 11,ц).После синхронного детектированиясигнал 0 характеризующий величину1и знак смещения электрода от центрастыка, с выхода фильтра 14 подают напривод 16 управления перемещением сварочной горелки по горизонтали, который 10 осуществляет совмещение электрода 1с центром стыка, Одновременно сигналс выхода фильтра 14 низкой цастотыпосле преобразования в элементе 15управляет ключом 3, который отключает 15 первый полосовой фильтр 4 от измерителя 3 сварочного тока, снимая темсамым управляющее воздействие с приво"да 10 перемещения горелки по вертикали, При совмещении горелки с центромразделки сигнал на выходе фильтра 14низкой частоты равен нулю и, следовательно, ключ 5 переключается в исходное состояние, соединяя тем самымпервый полосовой фильтр 4 с датчиком3 сварочного тока. 30 При практической реализации спосо" 35ба параметры основных колебаний электрода задают исходя из требований тех" нологии сварочного процесса. При выборе параметров дополнительных олебаний электрода 1 необходимо учиты" вать следующее, Информативность сигнала, выдаваемого из сварочного то" ка на частоте дополнительных колебаний, зависит от изменения расстояния от токоподвода горелки до изделия, 45 которое зависит от амплитуды колебаний. Кроме того, информативность сигнала зависит от частоты колебаний электрода 1, цто обьясняется наличием явления саморегулирования длины дуги. с На практике не всегда представля"ется удобным задавать большие амплитуды дополнительных колебаний электрода 1, так как при этом усложняется подвод горелки к труднодоступным швам, например, при роботизированной сварке. В связи с этим для повышения информативности сигнала на частоте дополнительных колебаний целесообразно повышать частоту колебаний элект 515через элемент 15 управления ключомсоединен с управляющим входом ключа5, привод 16 управления положениемгорелки по горизонтали, на вход кото"рого подается сигнал с выхода фильтра14 низкой частоты. Основные колебанияэлектрода по профилю стыка и дополнительные колебания относительно конечной точки вылета осуществляетсканатор 17, Питание дуги осуществляет источник 18 сварочного тока,Устройство работает следующим образом.ьканатор 17 работает непрерывно.При смещении стыка от исходного положения по вертикали в сварочном токеприсутствует гармоницеская составляющая на частоте дополнительных колебаний электрода 1 относительно конечнойточки вылета (фиг. 3 и 4), Эта составляющая выделяется на выходе первогополосового фильтра,2 (фиг. 3 и 4,граФик оп,) .фаза гармонической составляющейоменяется на 180 при переходе электрода 1 с одной кромки стыка на другуюв процессе сканирования. В связи с этимдля обеспечения соответствия полярностисигнала на выходе первого синхронногодетектора 6 знаку отклонения стыкаот исходного положения, сигнал 01с датцика 8 дополнительных колебанийгорелки инвертируют в преобразователе 7 в соответствии с сигналом Бвыхода датчика 9 основных колебанийэлектрода. Полученный в процессе этого преобразования сигнал Б , используют при синхронном детектированиигармонической составляющей сварочного.тока на частоте дополнительных колебаний электрода 1 вокруг конечнойточки расчетного вылета. В результатена выходе первого синхронного детектора 6 полуцают сигнал 0, знак и амплитуда которого характеризует, соответственно, знак и величину смещениястыка по вертикали.После фильтрации фильтром 11 низкой частоты этот сигнал подают на привод 10 управления положением горелкипо вертикали, осуществляющий коррекцию положения электрода до восстановления расчетного вылета,При смещении стыка по горизонталив сварочном токе появляется гармоническая составляющая на частоте основных колебаний электрода по профилюстыка. Эту составляющую выделяют на Таким образом, при смещении стыка одновременно по вертикали и горизонтали корректировка положения горелки начинается с наведения электрода на середину стыка, после чего осуществляется стабилизация вылета электрода.93823 7 15рода, цто также повышает быстродействие отработки сигнаЛа рассогласованияИспытания способа проводились присварке угловых соединений в положении "в лодочку" на роботизированномтехнологическом комплексе типа РТКД Испытания показали, что использование способа позволяет осуществитьслежение за серединой стыка с точностью +0,5 мм и поддержание заданноговылета электрода с точностью +0,5 мм,что является достаточным для получения качественного сварного шва.Техницеская эффективность от использования способа заключается в расширении.круга изделий, свариваемых наавтоматических установках свароцнымироботами, за счет возможности слежения за пространственным швом с под. держанием постоянства вылета электрода и повышения качества сварногосоединения.Зкономическая эффективность от использования способа заключается вснижении затрат на подготвительносборочные операции за счет. возможности. сварки иэделий при наличии погрешностей сборки и установки,формула изобретения Способ управления положением сварочной горелки относительно стыка, 1 при котором электроду задают колебания в плоскости, перпендикулярнойстыку, измеряют, сварочный ток, выделяют гармоницескую составляющую свароцного тока на частоте колебаний электрода, по фазе этой гармоническойсоставляющей определяют знак, а поамплитуде - величину отклонения горепки от середины стыка и формируютсигнал управления приводом коррекцииположения горелки относительно середины стыка, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения качествасварного соединения при сварке пространственных швов за счет слежения какза серединой стыка, так и за расстоянием до стыка, электроду задают сложные колебания, состоящие из основныхколебаний, повторяющих. по форме профиль разделки стыка и дополнительных. колебаний, осуществляемых относительно конечной точки расцетного вылетаэлектрода, на частоте дополнительных 25 . колебаний выделяют дополнительнуюгармоническую составляющую сварочного тока, по фазе и амплитуде которойформируют сигнал на коррекцию расстояния сварочной горелки до стыка,причем дополнительные колебания элект"рода производят на частоте, кратной1593823 Составитель В. ПокровскийРедактор Л. Гратилло Техред Л.Олийнык Корректор НРевскаяю оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,10 Заказ 2794 ТиражВНИИПИ Государственного комитета113035, Иосква,50 П по изобретениям и от -35, Раушская наб.,писное ытиям при ГКНТ СССР 4/5