Способ регулирования процесса сварки электрозаклепками и устройство для его осуществления

(9) (1 ) 5 В 23 К 9/16 ТЕНИЯ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ К АВТОРСКОМ техн:0 Оа ки то ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗО(71) Тольяттинский поли ический институт(56) Установка ППС - 4 для точечной сваркиплазменной дугой. Сварочное производство, 1974, Кт 2, с. 48 - 49.(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СВАРКИ ЭЛЕКТРОЗАКЛЕПКАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: дуговая сварка электрозаклепки, преимущественно неплавящимся электродом в среде защитных газовв машиностроении. судо- и авиастроении,Изобретение относится к дуговои сварке электрозаклепками. преимущественно неплавлящимся электродом в среде защитных газов и может быть использовано в машиностроении, судостроении. авиастроении, строительстве.Известен способ регулирования процесса сварки электрозаклепками неплавящимся электродом, при котором параметры процесса сварки (ток, длину дуги, расход защитного газа, время сварки и другие) устанавливают до начала процесса сварки, возбуждают дугу, формируют электрозаклепку и отключают дугу после выдержки в. течение заданного времени сварки, Способ осуществляют с помощью устройства, содержащего датчик расхода газа и другие, а также измерительные приборь,. показывающие величину параметров. строительстве, Сущность изобретения; используется один регулируемый параметр - длительность сварки. При этом определяют среднюю величину отклонения основных параметров, влияющих на процесс сварки за заданный отрезок времени. По величине суммарного отклонения всех параметров определяют длительность сварки. Определение средних значений выполняют путем сравнения действующих измеряемых датчиками и заданных значений контролируемых параметров, из усиления в зависимости от коэффициента влияния данного параметра на процесс сварки, суммирования и интегрирования усиленных сигналов и управления по результирующему сигналу силовым контактором. 2 с.п.ф-лы, 3 ил. При таком способе регулирования в период между сваркой отдельных точек или в процессе сварки точки происходит изменение установленных параметров режима, вызванное различными возмущающими воздействиями. Например, сварочный ток изменяется вследствие колебаний напряжения сети. Из-за этого нарушается стабильность формирования точки, изменяются размеры точки, ухудшается качество сварки, Разброс размеров точек и качества сварприводит к неравномерной нагрузкечек в процессе эксплуатации конструкции, снижая надежность ее работы,Известен также способ регулирования процесса сварки злектрозаклепками неплавящимся электродом, при котором параметры процесса сварки устанавливают до начала сварки, возбуждают дугу, измеряютрегулируемые параметры, сравнивают их с заданными величинами и поддерживают параметры режима сварки на заданном уровне в процессе сварки, фоомируют электрозаклепку и отключают дугу после заданного времени сварки, Способ осуществляют устройством, содержащим датчики тока, расхода газа и другие, узлы сравнения величин контролируемых параметров с заданными, усилители, регуляторы контролируемых величин.Недостатком известных способа и устройства является их сложность, обусловленная необходимостью поддерживать на заданном уровне нескольких регулируемых параметров что весьма затруднительно при небольшой длительности процесса сварки электрозаклепки. Устройство регулирования должно содержать регулятор для каждого контролируемого параметра,Целью изобретения является упрощение способа регулирования процесса сварки электрозаклепками, а также устройства для его осуществления за счет снижения числа регулируемых параметров,Поставленная цель достигается тем, что в известном способе регулирования процесса сварки электрозаклепками, при котором измеряют параметры процесса, определяют величину отклонения их от заданных и по величине отклонения осуществляют процесс регулирования сваркой, определяют среднюю величину отклонения каждого измеряемого параметра б Рря за заданный отрезок времени, а длительность сварки изменяют на величину Ьт. определяемую по формуле Ь соРЛ Рь01=1 раг где бс/б Рря производная зависимости времени сварки от 1-го параметра по этому параметру в рабочей точке:и - число учитываемых параметров.В устройство для регулирования процесса сварки электрозаклепками, содержащее датчик тока, датчик расхода газа, датчик температуры свариваемых элементов, узлы сравнения величины контролируемых параметров с заданными и усилители, дополнительно введены устройство выборки-хранения, сумматор, интегратор, компаратор, устройство управления и силовой ключ, при этом выход устройства выборки- хранения соединен с входом сумматора, выход сумматора соединен с входом интегратора, а выход интегратора соединен с компаратором, выход компаратора соеди 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нен с силовым ключом, устройство управления соединено с устройством выборки-хранения и интегратором.На фиг. 1 представлено трехмерное пространство, в котором каждая точка поверхности А, Б, В, Г определяет совокупность режимов, обуславливающих получение сварной точки диаметром Ор = 6 мм при учете трех параметром режима; на фиг.2 - функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг, 3 - форма выходных сигналов выходное напряжение с датчика тока (а), выходное напряжение после усилителя (б), выходное напряжение сумматора (в), выходное напряжение интегратора (г), выходное напряжение компаратора (д),На схеме (фиг, 3) приняты следующие обозначения: Озд, - напряжение задатчика тока сварки; Озал.2 - напряжение задатчика температуры детали; Озадз напряжение задатчика расхода газа; Озад.4 - напряжение задатчика времени сварки,Устройство(фиг. 2) состоит из источника 1 питания, горелки 2, силового контактора 3, датчика 4 тока, свариваемых элементов 5, датчика 6 расхода газа прижимного стакана 7 с установленными на нем датчиком 8 температуры, устройств 9 - 11 сравнения,усилителей 12 - 14 с регулируемыми коэффициентами усиления, устройства 15 выборки- хранения, сумматора 16 подкладки 17,ин гегратора 18, компаратора 19 устройства 20 управления, кнопки 21.Сущность способа заключается в том, что стабилизацию диаметра электрозаклепки осуществляют не стабилизацией изменя-. ющихся параметров процесса, а корректировкой только одного параметра режима - времени сварки, Время сварки контролируется в зависимости от результатов сравнения измеренных параметров с заданными и с учетом вида зависимостей времени сварки от этих параметров при постоянном диаметре электрозаклепки. Для этого вначале определяются зависимости диаметра электрозаклепки от времени сварки при заданных величинах параметров, влияющих на диаметр электрозаклепки (тока, температуры деталей, расхода плазмообразующего газа и других). Контролируемые параметры разделяются на два вида: изменяющиеся между сваркой отдельных электрозаклепок и изменяющиеся в процессе сварки, Число контролируемых параметров не ограничено,Многомерность зависимости диаметра сварной точки от технологических параметров процесса сварки графически отображается совокупностью точек п-мерногопространства. Режимы сварки для получения сварной точки заданного диаметра отобракаются в этом пространстве некоторой поверхностью. В качестве примера на фиг.1 представлено трехмерное пространство, в котором каждая точка поверхности А, Б, В, Г определяет совокупность режимов, обуславливающих получение сварной точки диаметром Оср = б мм при учете трех параметров режима, На этой поверхности указана выбранная рабочая точка Р, для которой ток сварки 1 со.раб = 125 А, пасв = 3,5 с, Тдет = 20 С. Линия ДЕ пересечения поверхности АБВГ и плоскости ДЕК характеризуется температурой Тдет = 20; определяет зависимость времени сварки от тока сварки для получения сварной точки диаметром Оср = 6 мм. Линия ЖИ пересечения поверхности АБВГ плоскостью ЛЖИМ, характеризующейся значением тока сварки 1 с = 125 А, определяют зависимость времени сварки от температуры деталей до сварки Тдет. для получения электрозаклепки диаметром б мм, На фиг. 1 также показаны частные про- ИЗВОДНЫЕ бтсв/браб, И Отса/ОТдет КОТОРЫЕ ОП- ределяют углом наклона касательных 1 и 2 к соответствующим кривым ДЕ и ЖИ в рабочей точке Р, Касательные 1 и 2 определяют плоскость, касательную к поверхности АБВГ в рабочей точке Р, которая моделируется предлагаемой блок-схемой. Погрешность, возникающая при замене поверхности АБВГ в рабочей точке на касательную плоскость, невелика, так как случайные отклонения. параметров процесса сварки обычно не превышают+15% от установленной величины, В другой рабочей точке касательная плоскость будет определяться таким же образом.Предлагаемая схема учитывает также расход плазмообразующего газа, что является четвертым измерением и графически не представляется.Таким образом, предлагаемая схема, моделируя касательную плоскость, которая определяет совокупность режимов для получения электрозаклепки заданного диаметра, позволяет стабилизировать размер сварных точек и повысить качество сварки.Способ осуществляют следующим образом.До сварки устанавливают Озад.1 соответствующим сигналу с датчика тока при номинальном рабочем токе, Озад.2 - напряжение, соответствующее номинальной температуре свариваемых элементов в месте сварки, до сварки, Озад.з - напряжение, соответствующее номинальному расходу газа, О.дд.4 - нап РЯкение. соответствУюЩее технологически необходимому времени свар 10 15 20 25.мости времени от тока сварки раб, (фиг. 1)45 (прямая 1) и подается на сумматор 16. В 50 55 30 35 40 ки. В соответствии с влиянием данного пэраметра на диаметр электрозаклепки задаются коэффициенты усиления блоков 12 - 14, Свариваемые элементы 5 сжимают друг с другом с помощью прижимного стакана 7 и подкладки 17. Датчик 8 температуры измеряет температуру элементов 5 в зоне, где должна производиться сварка, Сигнал сдатчика 8 температуры поступает на узел 10 сравнения, где сравнивается с заданным Озад.2 С выхода узла 10 сравнения сигнал рассогласования, пропорциональный отклонению температуры от заданной, поступает на усилитель 13, коэффициент усиления которого устанавливается в соответствии с величиной производной зависимости времени сварки по температуре элементов 5, при заданной температуры Трз 6, Сигнал усилителя 13 поступает на вход устройства 15 выборки-хранения,В таком состоянии система управления находится до нажатия кнопки 21, соединенной с входом блока 20 управления. Блок управления формирует сигнал сброса на интегратор 18 и команду, по которой устройство 15 выборки-хранения запоминает сигнал на выходе усилителя 13 и хранит его в течение процесса сварки электрозаклепки, Сигнал с устройства выборки-хранения поступает на сумматор 16. Сигнал на выходе интегратора 18 после сброса равен нулю. Он поступает на вход компаратора 19, где сравнивается с фиксированным уровнем напряжения, На выходе компаратора 19 появляется сигнал, включающий силовой контактор 3, Напряжение источника 1 питания через силовой контактор 3 и датчик 4 тока поступает на.свариваемые элементы 5. Начинается процесс сварки.Сигнал с датчика 4 тока (фиг. За) поступает на узел 9 сравнения. усиливается в соответствии с зеличиной производной (фиг. Зб) бтсв/Ораб, в рабочей точке зависиотличие от температуры, замер которой производится до сварки, слежение за сварочным током осуществляется в течение всего цикла сварки электрозаклепки. Аналогично производится слежение за расходом газа с помощью датчика б расхода газа, узла 11 сравнения, усилителя 14, С выхода усилителя 14 сигнал поступает на вход сумматора 16, Напряжение задатчика времени сварки Озад.4 постУпает также на вхоД сУмматоРа 16, В сумматоре 16 происходит алгебраическое сУммиРование Озад.4 и сигналов с Усилителей 12 и 14, а также устройства 15 выборки-хранения, При равенстве заданной величины температуры элементов 5, 1731518сварочного тока и расхода плазмообразующего газа сигналы на выходе усилителей 12 и 14 и устройства 15 выборки-хранения равны нулю и не вносят поправки времени цикла сварки.При отклонении указанных параметровот заданных величин в напряжение Озад 4.задатчика времени сварки вносится поправка (фиг, Зв), обеспечивающая получение сварной электрозаклепки заданного диаметра, Напряжение с выхода сумматора 16 поступает на интегратор 18. Время, в течение которого напряжение на выходе интегратора 18 нарастает до фиксированного уровня напряжения срабатывания компаратора 19, обратно пропорционально средней величине входного напряжения (фиг, Зг). По достижении напряжения на выходе интегратора 18 фиксированного уровня срабатывания компаратора 19, на выходе компаратора снимается напряжение управления (фиг. Зг) и силовой ключ 3 отключает сварочный ток, Процесс сварки электрозаклепки закончен. В таком состоянии схема находится до сварки следующей точки, При установке прижимного стакана 7 на место следующей точки снова снимается инфмормация о температуре листов датчиком 8 температуры и далее процесс повторяется.П р и м е р. Производилась плазменная сварка электрозаклепками элементов из алюминиевого сплава АМц толщиной 1 + 1 мм сжатой трехфазной дугой. Рабочий ток в детали 1 раб. = 150 А, расход плазмообразующего газа аргона . = 4 л/мин, диаметр и длина выходного отверстия сопла б = 1 = 4 мм, длина открытого участка столба дуги 1 = 3 мм, диаметр электродов бэ = 4 мм, В качестве регистрируемых параметров при стабилизации диаметра электрозаклепки выбирали ток, расход аргона и температуру элементов в месте сварки. Предварительно были получены зависимости времени сварки точки заданного диаметра от тока 1, расходатемпературы свариваемых элементов в окрестности рабочих параметров процесса:раб, = 150 А, С = 4 л/мин, Траб. = 293 К, Производные к статическим характеристикам в рабочих точках составили бссв/с 31 = - 0,02 с/А, баев/б Р= - 0,02 с /г, баев/бТ =-С 005 с/К. В соответствии с этимвеличинами устанавливались коэффициенты усиления усилителей в схеме (фиг. 2) реализации способа, Затем с помощью схемы управления сварены десять электрозаклепок при номинальных значениях тока, температуры элементов, расхода аргона.Время сварки составляло 3,5 с. Полусумма верхнего и нижнего диаметров электрозаклепки составила в среднем 7,2 мм,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Затем произведена сварка при введении отклонений параметров от номинальных значений. Ток составил = 160 А,С = 4,5 л/мин, Т = 343 К, При сварке по предлагаемому способу сварка велась с помощью схемы, представленной на фиг. 2, без изменения задающих напряжений Оада, Озэдз, О 3 дд 4 которые оставались такими же, как и в первой серии сварок. Схема обеспечивала отключение дуги через 3,0 с после начала сварки, а полусумма верхнего и нижнего диаметров электрозаклепок в среднем составила 7,3 мм,При сварке на тех же режимах ( = 160 А, = = 4,5 л/мин, Т = 343 К) при отключенной схеме регулирования и времени сварки 3,5 с средний диаметр электрозаклепок составил 8 мм.Предлагаемые способ и устройство для его реализации позволяют упростить процесс стабилизации сварного электрозаклепочного соединения за счет уменьшения числа регулируемых параметров процесса до одного - времени сварки. Использование этого параметра в качестве регулируемого не требует специальных регулирующих устройств для других технологических параметров тока, расхода, температуры и других, сложных в реализации. При этом по сравнению с жестким заданием режимов сварки стабильность площади сварного соединения повышается на 20 - 40, а по сравнению с автоматическим поддержанием заданных режимов на установленном уровне значительно упрощается схема регулирования, вследствие чего надежность регулирования возрастает на 20 - 30,Формула изобретения 1. Способ регулирования процесса сварки электрозаклепками, при котором измеряют параметры процесса, определяют величину отклонения их от заданных и по величине отклонения осуществляют регулирование сварки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения регулирования процесса сварки за счет сокращения числа регулируемых параметров, определяют среднюю величину ЛР отклонения каждого измеряемого параметра за данный отрезок времени, а длительность сварки изменяют на величину Лаев, определяемую по формуле=1 рабС 1где о. - производная зависимостирабвремени сварки от 1-го параметра по этомупараметру в рабочей точке;и - число измеряемых параметров.2. Устройство для регулирования процесса сварки электрозаклепками, содержащее датчик тока, датчик расхода газа, датчик температуры свариваемых элементов, каждый из которых связан с соответст вующим узлом сравнения, усилители, устройство управления, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощения, оно содержит устройство выборки-хранения, сумма 10 тор, интегратор, компаратор, причем устройство управления связано с входами устройства выборки-хранения и интегратором, второй вход устройства выборки-хранения через усилитель и узел сравнения связан с датчиком температуры, а второй вход интегратора - с выходом сумматора, входы сумматора связаны соответственно с выходом устройства выборки-хранения,1731518 Коррек Редакт уп оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Заказ 1542 ВНИИПСоставитель В.Гри Техред М.Моргент Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5