Способ управления положением электросварочной горелки и устройство для его реализации

(21) 3588 (22) 10.0 (46) 23.1 Ю.Во уров Труд итех и. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 01 НРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1, В 43(71) Тульск на овогоКрасного Зна ол ническийинститут(56) 1. Тимченко В.А. и другие,Системы автоматического наведен яэлектрода на линию соединения с использованием дуги в качестве датчика. "Автоматическая сварка", 1981,В 6, с. 59-64.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке В 3491517/25-27,кл, В 23 К 9/1 О, 1982 (прототип),(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ. ПОЛОЖЕНИЕМЭЛЕКТРОСВАРОЧНОЙ ГОРЕЛКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ(57) 1. Способ управления положениемэлектросварочной горелки, при котором сварочную горелку колеблют поперек стыка, формируют сигнал, пропорциональный величине сварочноготок:, и сигнал направления отклонения дуги, выделяют и минимизируютгармоническую составляющую сварочного тока с частотой колебания ду.ги, по фазе полученной гармонической,составляющей относительно отклонения дуги производят коррекцию положения горелки огнооительно стыка,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения качества сваркипутем поддержания.оси электросва. рочной горелки в биссектральной плоскости стыка, при выходе горелки насередину "тыка вычисляют эффективные значения токов дуги в полупе 801125110 А риодах колебания и по разности этих значений формируют с учетом направления отклонениядуги сигнал коррекции углового положения электросварочной горелки путем ее поворота вокруг оси, параллельной стыку.2Устройство для управления положением электросварочной горел" ки, содержащее датчик величины сварочного тока, связ;нный через полосовой фильтр, синхронный детектор и усилитель с двигателем привода перемещения горелки, колебатель дуги с датчиком знака отклонения дуги, первым выходом связанный с управляющим входом синхроннрго детектора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварки путем поддержания оси электросварочной горелки. в биссектральной плоскости стыка, оно дополнительно снабжено первым и вторым измерителями эффективного значения сварочного тока, устройством сравнения, пороговым устройством, ключом, .вторым усилителем с двигателем привода угловой коррекции положения о"и электросварочной горелки, сигнальные входы измерителей эффективного значения сварочного тока связаны с вторым и третьим выходами датчика величины сварочного тока, управляющие входы измерителей связаны с входами устройства сравнения, выход устройства сравнения через ключ и второй усилитель связан с двигателем привода угловой коррекции положе" ния оси сварочной горелки, при.этом вход порогового устройства связан с выходом синхронного детектора, а его выход- с управляющим входом ключа.1125110 1Изобретение относится к автоматизацни сварочных процессова именно к автоматизации электродуговой сварки разделанных и угловых швов с качанием дуги поперек стыка в 5 средне защитных газов и под флюсом. Известен способ управления поло. жением сварочной горелки, при котором управляющий сигнал формируется 1 Опо величине тока дуги. В процессесварки измеряется разность интегралов тока дуги в полупернодй колебания сварочной горелки ипо этой разности формируется сигнал управленияприводом поперечного перемещениягорелки 1.1 .Устройство, реализующее способ,содержит датчик сварсчного тока(или напряжения), датчик знака отклонения дуги, аналоговые интеграторыд схему управления, привод перемещения электросварочной горелкипоперек стыка и схему управленияэтим приводом 1 .Недостатком способа и устройстваявляется то, что они не могут обеспечить установку оси сварочной горелки в биссектральную плоскостьстыка, что является одним из условийобеспечения высокого качества сварочного шва,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способпри котором из сигнала сварочного З 5тока выделяют и минимизируют гармоническую составляющую с частотойколебания дуги, по фазе этой составляющей относительно отклонения дуги,формируют сигнал коррекции положения 4 Огорелки 12 .Наиболее близким к изобретениюявляется устройство, содержащее датчики величины сварочного тока изнака отклонения дуги, колебатель,полосовой фильтр, синхронный детектор, усилитель с приводом перемещения горелки 2,Недостатком способа и устройства,реализующего предлагаемый способ,является отсутствие системы выводаоси сварочной горелки на биссектральную плоскость стыка, и, как следствие, невозможность получения высококачественного шва прл сварке угловых 55и разделанных стыков.Целью изобретения является новы"шение качества сварки путем поддержания оси горелки в биссектральной плоскости стыка.Поставленная цель достигается тем, что в способе управления положением электросварочной горелки, при котором сварочную горелку колеблют поперек стыка, формируют сигнал пропорциональный величине сварочного тока и сигнал направления отклонения дуги, выделяют и минимизируют гармоническую составляющую сварочного тока с частотой колебания дуги, по фазе полученной гармонической составляющей относительно отклоне-, ния дуги, производят коррекцию положения горелки относительно стыка, при выходе горелки на середину тыка вычисляют эффективные значения токов дуги в полупериодах колебания. и по разности этих значений форуируют с учетом направления отклонения дуги сигнзл коррекции углового поло" жения электросварочной горелки путем ее поворота вокруг оси, параллельной стыку. Поставленная цель достигается так-же тем, что устройство для управления положением электросварочной горелки, содержащее датчик величины сварочного тока., связанный через полосовой фильтр, синхронный детектор и усилитель с двигателем привода. перемещения горелки, колебатель ду ги с датчиком знака отклонения дуги,первым выходом связанный управляющим входом синхронного детектора, дополнительно снабжено первым и вторым измерителями эффективного значения сварочного тока, устройством сравнения, пороговым, устройством, ключом, вторым усилителем с.двигателем привода угловой коррекции положения оси электросварочной горелки, сигнальные входы измерителей эффективного значения сварочного тока связаны с вторым и третьим выходами датчика величины сварочного тока, управляющие входы измерителей связаны с датчиком знака отклонения дуги, а выходы связаны с входами устройства сравнения, выход устройства сравнения через ключ и второй усилитель связан с двигателем привода угловой коррекции положения оси сварочной горелки, при этом вход порогового устройства связан с выходом синхронного детектора, а его выход - с управляющим входом ключа.3 1125На фиг.1 представлены кривые сварочного тока при расположении продольной оси сварочной горелки параллельно биссектральной плоскости стыка,графика отображает сигнал при больших отклонениях горелки от середины стыка, график 6 - сигнал при малых отклонениях горелки от середины стыка, график е - тот же сигнал, при совмещении горелки с серединой стыка; на фиг,2 - кривые на выходе датчика тока при смещении продольной оси сварочной горелкиотносительно биссектральной плоскости стыка, граФик б - отображает сигнал при большом отклонении горелки относительно середины стыка, б. - сигнал при малом отклонении горелки относительно середины стыка, в - сигнал при совмещении горелки с серединой стыка; на фиг.З - структурная схема устройства для установки оси электросварочной горелки на биссектральную плоскость стыка.Способ состоит в том, что на пер-, 5 вом этапе измеряют и минимизируют гармоническую составляющую на частоте вынужденных колебаний дуги, а на втором корректируют положение горелки относительно биссектральной 30 плоскости стыка, для чего измеряют эффективные значения тока за смежные полупериоды и сравнивают ихпо разности эффективных значений сварочного тока Формируют сигнал управления ,угловым положением оси сварочной горелки относительно биссектральной плоскости стыка.Способ и устройство в своей сути опираются на известное в сварке 40 явление - зависимость величины сварочного тока от длины дуги. При колебании дуги изменяется длина дугипо отношению к свариваемым деталям, а следовательно, и ее ток. Если кЬ лебания дуги синусоидальные, то прнсовмещении горелки с серединой стыка, ток возрастает в два раза за период, и в токе дуги появляется гармоническая составляющая с двойной 50 частотой вынужденных колебаний дуги, если горелка смещена относительно середины стыка больше, чем на половину амплитуды качания, то электрод . приближается к кромке стыка один раз 55за период качания, в результате чего в токе дуги появляется. гармоническая составляющая на частоте коле 110 4баний дуги. Минимизация гармонической составляющей с частотой вынужденных колебаний дуги путем перемещения горелки поперек стыка обеспечивает совмещение ее с серединой стыкаПри этом, если ось горелки отклонена от биссектральной плоскости стыка (за счет . неточности разделки или неточного позиционирования деталей относительно сварочно- го стенда), то токи несимметричны,Эта несимметричность токов может быть использована для управления ус тановкой оси горелки на биссектраль". ную плоскость стыка.Однако определять разность эффективных значений токов за период ка" чания с целью получения сигнала для коррекции положения оси горелки относительно биссектральной плоскости стыка можно только после совмещения горелки с серединой стыка, т,е. тогда, когда устранены другие причи" ны возникновения разности эффективных значений токов по полупериодам. Устройство для управления положением электросварочной горелки содержит датчик 1 величины сварочного тока, подключенный к шунту 2, вклю" ченному в цепь сварочного тока дуги, выход датчика 1 величины сварочного .тока подключен через полосовой фильтр 3, к первому входу синхронного детектора 4, второй вход которого соединен с выходом датчика 5 знака отклонения дуги, а выход -. с усилителем 7 сигнала перемещения горелки,выход которого соединен с двигателем 8 привода перемещения горелки 9 поперек стыка, Совокупность указанных элементов представляет собой канал управления положением электросварочной горелки относительно середины стыка.Измерители 10 и 11 эффективного значения сварочного тока, к первым входам которых подсоединен выход датчика 1 величины сварочного тока, а к вторым подсоединены выходы датчика 5 знака отклонения дуги, выходы измерителей 1.0 и 11 эффективного значения тока подсоединены к входам устройства 12 сравнения, выход которого, через ключ 13, соединен с входом усилителя 14 сигнала коррекции положения оси сварочной горелки, выход которого соединен с электродвигаличия отклонения оси горелки отбнссектральной плоскости стыка. Этотсигнал проходит через открытый ключ 13 на вход усилителя 14 и через электродвигатель 15 и привод 16 корректирует положение оси горелки относительно биссектральной плоскости стыка. При выводе оси горелки на биссектральную плоскость стыка эффективные значения токов по смежнымполупериодам выравниваются (фиг.2,график в), Если при этом горелка .смещается относительно середины стыка, то вновь в токе дуги появляется гармоническая составляющая на частоте колебателя, которая через логическое пороговое устройство 17 закрывает ключ. 13, а через усилитель 7 двигатель 8 и привод 9 совмещает горелку с серединой стыка. Измерение эффективных значений тока по смежным полупериодам имеет смысл только при условии совмещения горелки с серединой .стыка, так как при нарушении этого условия замеры необъективны и не могут быть использованы в качестве управляющего сигнала для регулирования положения оси сварочной горелки относительно биссектральной плоскости стыка.Применение указанной системы уп" равления обеспечивает получение качественного шва как при понижении точности позиционирования деталей относительно сварочного стенда, так и при понижении качества разделки шва.В качестве базового объекта взят манипулятор сварки крупногабаритных листобалочных конструкций, предназначенных для сварки угловых швов и усгановленный на заводе ПО "Кран" в городе Александрия УССР; где используется для сварки угловых швов несущих балок мостовых кранов.По сравнению с базовым, предлагаемое устройство, за счет управления перемещением электросварочной горелки относительно стыка, а также относительно его биссектральной плоскости, позволяет получить следующие преимущества: возможность автоматизации процесса сварки, улучшение качества сварочного шва за счет удержания горелки над стыком и ее оси в биссектральной плоскости стыка при их относительном продольном перемещении. Ф 1125110телем 15 привода 1 б угловой коррекции попожения оси сварочной горелкиотносительно биссектральной плоскости стыка.Данные элементы образуют второй 5канал вывода.оси электросварочнойгорелки на биссектральную плоскостьстыка.Каналы связаны между собой логическим пороговым устройством 17, 10вход которого соединен с выходом синхронного детектора 4, а выход с управляющим входом ключа 13. Непрерывные колебания дуги создаются колеба.телем 18. 15Устройство работает следующим образом.Колебатель 18 дуги работает не"прерывно. При смещении горелки относительно середины стыка в сварочном 20" токе присутствует гармоническая составляюшая с частотой вынужденных колебаний дуги (фиг. 1, графики а и б),которая в первом канале устройства,пройдя полосовой фильтр 3 и синхронный детектор 4, образует сигнап уп-равления, воздействующий через усилитель 7 на двигатель 8, который черезпривод 9 совмещает горелку с серединой стыка, в результате чего гармони- ЗОческая составляющая на частоте вынужденных колебаний дуги уменьшаетсяКогда на выходе синхронного дегектора 4 уровень сигнала становитсяменьше заданной величины, логическое пороговое устройство 17 открывает ключ 13 и разрешает работу второго канала коррекции положения осисварочной горелки относительно биссектральной плоскости стыка. Во втором канале устройство на сигнальныевходы измерителей 10 и 11 эффективного значения тока подается сигналот датчика 1 сварочного тока, а на 45 .управляющие входы тех же измерителей эффективного значения тока подаются сигналы от датчика 5 знакаотклонения дуги, открывающие и закрывающие поочередно тракты измеритецей 10 и 11 эффективного значениятока таким образом, что.к концукаждого из смежных полупериодовколебаний дуги, в них запоминаютсяэффективйые значения тока дуги. Упомянутые значения тока дуги поступаютиа входы устройства 12 сравнения,их разность является сигналом на.Решетки каз 8397 Патент", г. Ужгорэд, ул. Проектная Филиал 1 Тираж 1036 Подписн ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5