Способ управления процессом контактной точечной сварки и устройство для его осуществления

(71) Рижский политехнический институт им. А,Я.Пельше(53) 621.791.763.1.037(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР У 761194, кл. В 23 К 11/24, 1980.Авторское свидетельство СССР Р 1058738, кл, В 23 К 11/24, 1982.Авторское свидетельство СССР У 1214368, кл. В 23 К 11/24, 1984. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к сварочному производству, а именно к устройствам для управления процессом контактной точечной сварки. Целью изобОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 801362591 ретения является повышение качествасварного соединения. Цель достигаетсятем, что в процессе увеличения межэлектродного напряжения (МН) определяют текущее значение динамическогосопротивления между электродами. Подостижении им установленного эталонного значения МН стабилизируют. Приэтом качество сварки автоматическиконтролируют сравнением достигнутойвеличины МН с заданной эталонной величиной. Устройство содержит источниксварочного тока с регулятором, датчики сварочного тока и напряжения междуэлектродами, соединенные с входамиблоков деления и умножения, блок управления, три интегратора, три компаратора и четыре задатчика. Изобретение позволяет осуществить автоматический контроль и регулирование процесса контактной микросварки, что повышает выход годных изделий. 2 с,п. ф-лы, 2 ил, 1362591Изобретение относится к сварочному производству, а именно к устройствам для управления процессом контактной точечной сварки, и может быть использовано в приборостроении для автоматического контроля и регулирования режима электронагрева, преимущественно, малогабаритных деталей.Целью изобретения является повышение качества сварного соединения за счет активного контроля качества.На фиг.1 изображена блок-схема устройства для осуществления предла-. гаемого способа управления процессом контактной точечной сварки; на фиг.2 -диаграммы изменения межэлектродного напряжения во времени в зависимости от момента достижения установленного эталонного значения динамическогосопротивления между электродами.Устройство содержит источник 1 сварочного тока, один выход которого соединен с регулятором 2 сварочного тока, выполненным на управляемых транзисторах 3. Выход регулятора 2 сварочного тока и второй выход источника 1 сварочного тока посредством сварочного контура 4 соединены со сварочными электродами 5, сжимающими свариваемые детали 6. Датчик 7 сварочного тока измеряет сварочный ток в цепи сварочного контура 4, а датчик 8 измеряет напряжение между электродами 5. По одному выходу датчиков 7 и 8. соединены с блоком 9 умножения. Другой выход датчика 7 сварочного тока и второй выход датчика 8 напряжения между электродами 5 подсоединены к входам в блок 10 деления, Выход блока 9 умножения подсоединен к входу электронного ключаЭлектронный ключ 11 последовательно соединен с первым интегратором 12 с ключом 13. Заданное значение энергии сварки задается первым задатчиком 14, от которого сигнал подается на компаратор 15. Сформированный сигнал, пропорциональный введенной энергии между сварочными электродами 5, с выхода первого интегратора 12 также подается на компаратор 15, Второй задатчик 16 скорости нарастания межэлектродного напряжения последовательно соединен через электронный ключ 17 с последовательно соединенными вторым интегратором 18 с ключом 19 и третьим интегратором 20 с ключом 21. Блок 22 запуска последовате,;ьно соединен с блоком 23 управления, к входу которого подсоединентакже выход компаратора 15. Один выход блока 23 управления соединен с.электронным ключом 11, а второй итретий выходы соединены с ключами 19и 21. Выход третьего интегратора 20соединен с входом первого блока 24сравнения. к второму входу которого .подсоединен третий выход датчика 8напряжения между электродами, Задатчик 25 эталонного значения динамичес.. кого сопротивления между электродами 1 г соединен с входом второго компаратора 26, к другим двум входам которогоподсоединены выход блока 10 деленияи четвертый выход блока 23 управления, а выход соединен с входом электронного ключа 17. Второй выход блока23 управления и выход блока 24 сравнения подсоединены к входам буферного1усилителя 27,выход которого соединенс транзисторами 3 регулятора 2 сварочного тока. Четвертый выход датчика 8 напряжения между электродамисоединен с одним из входов второго блока 28 сравнения, к другому входу которого подсоединен выход задатчика 30 29 заданной эталонной величины межэлектродного напряжения. Выход блока 28 сравнения соединен с входом блока 30 индикации. Назначение отдельных блоков устройства следующее (фиг.1 и 2). Датчики 7 и 8 предназначены, соответственно, для измерения сварочного тока 16 и межэлектродного напряжения П . Блок 9 умножения перемножает 1 и 1), вьдавая мгновенное значение (текущее) мощности сварочного тока через электронный ключ 11 на вход интегратора 12. Последний форми рует сигнал, пропорциональный введенной энергии между электродами, и подает его на компаратор 15, который сравнивае его с заданным значением энергии сварки, поступающим из задат О чика 14, Блок 10 деления делит межэлектродное напряжение П на сварочный ток 1 , вьдавая мгновенное (текущее) значение динамического сопротивления между электродами на вход компаратора 26, который сравнивает его с заданным эталонным значением динамического сопротивления между электродами из задатчика 25 и при достижении которого электронный ключ 17размыкается, и с выхода интегратора20 с этого момента времени снимаетсяпостоянный сигнал, пропорциональный достигнутому значению межэлектродного г,напряжения П . Последовательно соединенные задатчик 16 скорости нарастания межэлектродного напряжения (черезэлектронный ключ 17) и интеграторы18 и 20 задают закон квадратичного 10нарастания межэлектродного напряженияна участке 1 зависимости Пэ = 2(фиг.2). При этом задатчиком 16 задается скорость нарастания межэлек-.тродного напряжения П. При этом длительность С фронта нарастания межэлектродного йапряжения может принимать значение 1если динамическоесопротивление К между электродамидостигает эталонного значения К, 20раньше С , и, если динамичес"кое сопротйвление достигает эталонного значения позже 1,. Длительность Сопределяется пропорционально разности между общей энергией У 8 и выделенной энергией за время фронта нарастаниямежэлектродного напряжения до П. В блоке 28 сравнениявеличина межэлектродного напряжения0 из датчика 8 сравнивается с сиг налом из задатчика 29 заданной эталонной величины межэлектродного напряжения Пи сигнал о результате сравнения подается в блок 30 индикации. Ключи 13, 19 и 21 служат для разряда интегрирующей емкости по окончании цикла сварки, электронный ключ 11 - для включения и отключения интегратора 12 от блока 9 умножения, а электронный ключ 17 - для отключения 40 задатчика 16 от интеграторов 18 и 20. Блок 22 запуска включает блок 23 уп равления, который управляет ключами 11, 13, 19 и 21, буферным усилителем 27 и компаратором 26. Блок 24 сравнения сравнивает сигнал о текущем значении межэлектродного напряжения с выхода датчика 8 с сигналом с выхода последовательно соединенных инте-; граторов 18 и 20, формирующих сигнал, 50 задающий закон изменения межэлектродного напряжения П . Буферный усилитель 27 предназначен для усиления сигнала рассогласования по межэлектродному напряжению, снимаемого с блб- Б 5 ка 24 сравнения до уровня, потребляемого входными цепями регулятора 2 ,сварочного тока, выполненного на управляемых транзисторах 3, коммутируюсварнй ток от сочниа 1тания.Устройство работает следующим образом (фиг.1 и 2).От педали механизма сжатия черезрелейный элемент (не показаны) включается блок 22 запуска, который включает блок 23 управления. Далее с блока 23 управления подается сигнал разрешения работы на буферный усилитель27. Одновременно блок 23 управлениявырабатывает и подает сигналы на разрядные ключи 13, 19 и 21 и электронный ключ 11. При этом включаются интеграторы 12, 18 и 20. После этогос задатчика 16 подается сигнал черезэлектронный ключ 17 (исходное состояние ключа замкнутое) на последовательно соединенные интеграторы 18 и20 и с выхода интегратора 20 на блок24.,сравнения. Далее с блока 24 сравнения подается сигнал на буферныйусилитель 27, а с него - на регулятор 2 сварочного тока. При этом в сварочный (силовой) цепи 4 начинает протекать сварочный ток. Величина сварочного тока 1, в сварочной цепи 4 и напряжение П между электродами 5 измеряются датчиками 7 и 8, соответственно. После включения сварочного тока блок 9. умножения, входными сигналами коМрого являются сварочный ток 1 с датчика 7 и напряжение П между электродами 5 с датчика 8, перемножает эти сигналы. Одновременно в блоке 10 деления на основе сигналов с датчиков 7 и 8 формируется сигнал мгновенного (текущего) значения динамического сопротивления между электродами Кэ, С выхода блока 9 умножения сигнал о мгновенной мощности сварочного тока подается на интегратор 12, с выхода блока 10 деления сигнал текущего значения динамического сопротивления между электродами подается на компаратор 26, а с второго выхода датчика 8 сигнал о текущем значении межэлектродного напряжения П подается на один из входов в блок 24 сравнения. С момента включения сварочного тока с задатчика 16 подается опорное напряжение Пчерез электронный ключ 17 на вход интегратора 18 и с его выхода на вход третьего интегратора 20. С выхода третьего интегратора 20 сигнал в виде квадратичной зависимости К П 2й подается на второй вход блока 24 сравнения.591 50 5 1362Таким образом на выходе третьего интегратора 20 формируется квадратично-нарастающее напряжение, задающее . закон изменения межэлектродного напряжения. Сигнал с выхода интегратора 20 поступает на вход блока 24 сравнения для выделения разности с сигналом, поступающим из датчика 8. Разностный сигнал, представляющий собой отклонение действительного значения межэлектродного напряжения от заданного значения поступает на буферный усилитель 27, где он формируется и подается на управляемый транзистор 3 регулятора 2 сварочного тока. При этом регулятор 2 сварочного тока уменьшает или увеличивает сварочный ток в цепи так, чтобы межэлектродное напряжение нарастало по квадратичному закону (участок 1 зависимостиЕ(С) на фиг.2). При достижении текущим значением динамического сопротивления между электродами К в блоке 10 деления установленного заданного эталонного значения динамического сопротивления Киз задатчика 25 компаратор 26 подает сигнал на размыкание электронного ключа 17, После этого интеграторы 18 и 20 запоминают и поддерживают (стабилизируют) до конца сварки (участок 11 зависимости П, = й(С) на фиг.2) уровень сигнала, достигнутого с задатчика 16, т,е. далее напряжение между электродами Пвыдерживается время :, (или С) на уровне, достигнутом к моменту совпадения сигналов в компараторе26 с задатчика 25 и с блока 10 деления, т,е. к моменту размыкания элек"тронного ключа 17. В известном способе (и устройстве) жестко задавались 1время 1 фронта нарастания межэлектродного напряжения и его максимальное значение Б , что довольно,Ъ макс фчасто в зависимости от возмущающихвоздействий в зоне контакта свариваемык деталей приводило или к недогреву свариваемых деталей или к ихперегреву, т.е. к нестабильной прочности сварных соединений. Так какдинамическое сопротивление междуэлектродами Кэ характеризует состояние зоны сварки, то автоматическаястабилизация межэлектродного напряжения Пэ в зависимости от достигнутого значения К позволяет повыситьстабильность качества сварных соединений и процент выхода годных изделий. При этом в зависимости от характера возмущающих воздействий в зонеконтакта свариваемых деталей (изменение состояния рабочих поверхностей5электродов, перекосы электродов, нестабильность работы механизма сжатияи др,) текущее динамическое сопротивление К может достигнуть эталонногозаданного значения Кэ за времят.е. раньше какого-то среднего значения С,р или наоборот позже, за время9, Эталонное задаййое значение динамического сопротивления Кэ определяется для каждого сочетания свариваемых материалов на основе экспериментальных данных и это значение вводится в задатчик 25. Одновременно после включения сварочного тока и ключа 11 интегратор 12 производит интегрирование сигнала, пропорциональноготекущему значению мощности сварочного тока, о чем поступает сигнала сблока 9 умножения, Интегрированиепроизводится в течение времени, равного длительности сварочного импульса, т.е,сесе КС св фо оЗО где Ы - энергия выделившаяся междусВ3электродами,И = 1) 1,ц - текущее значениемгновенной мощностиКС - постоянная времени время 35 зарядной цепи интегратора.Таким образом, на выходе интегратора 12 формируется сигнал, пропорциональный выделенной энергии междуэлектродами, который подается на пер 40 вый вход компаратора 15. Второй сигнал на компаратор 15 подается с задатчика 14, которым задается величина энергии, необхоцимой для сваркиИ . При достижении сигналом с выходас 845 интегратора 12 заданного значения сзадатчика 14 компаратор 15 подаетсигнал в блок 23 управления, которыйподает команду запрета работы на буферный усилитель 27 и сварочный ток выключателя. При этом в зависимости от времени достижения (момента) текущим К эталонного заданного значения К межэлектродное напряжение Бэдостигает соответственно при быстром достижении Кэ эталона Кзз значения П а при более медленном - значения По,. Поэтому при достигнутом значении С процесс растягивается во времени 1 о, (из-за необходимости выделения7 136 заданной энергии Ыщ ), а при повышенном значении Н соответственно процесс сварки более короткий (ц ). В связи с этим может оказаться, что в зависимости от возбуждающих воздействий текущее межэлектродное напряжение 0 может выходить за пределы меньше Н з, или больше У . Поэтому способом и в устройстве предусмотренконтроль качества сварных соединений путем сравнения в блоке 28 в конце сварки перед выключением сварочного тока достигнутого значения Уиз датчика 8 с эталонным заданным значением Пз из задатчика 29. Результат срав.нения из блока 28 сравнения поступает в блок 30 индикации. Эталонное значение П э (интервал Нз, -Уэ) определяется для каждого сочетания свариваемых материалов на основе экспериментальных данных. Одновременно с тем, что энергия для сварки И достигаетсь заданного значения задатчиком 14 и компаратор 15 подает команду на блок 23 управления, последний дает команду на выключением электронного ключа 11 и включение разрядных ключей 13, 19 и 21. При этом интеграторы 12, 18 и 20 возвращаются в исходное состояние. Блок 23 управления возвращает также компаратор 26 в исходное состояние, который опять замыкает электронный ключ 17 (исходное состояние ключа замкнутое). Таким образом блоксхема устройства возвращена в исходное состояние и готова к следующему циклу сварки.Опробывание предлагаемого способа производилось при сварке перекрещиовающихся под углом 80-90 никелевых проволок0,3-0,5 мм. При сварке никелевых проволок вкрест применяли медные электроды с рабочей поверхностью 2 х 3 мм. Сварку осуществляли на следующем режиме: статическое усилие сжатия Р = 10 Н, энергия сварочного импульса И = 1 Дж, стабилизация межэлектродного напряжения Н осуще-. ствлялась при достижении динамическим межэлектродным сопротивлением значения К = 4,3 мОм (эталонное значение, определено на основе экспериментальных данных при сравнении способов). При этом по данным осциллограмм длительность 1 принимало значения 1-3 мс, длительность Тц1-3 мс, а межэлектродное напряжение П = 1,6-1,8 В (эталонное значение), 2591 25 30 35 тродного напряжения по величине текущего динамического сопротивлениямежду электродами и автоматическиосуществить контроль качества сварныхсоединений путем сравнения достигнутого значения межэлектродного напряжения к моменту стабилизации с эталонным заданным значением. Это позволяет стабилизировать. процесс сваркии исключить выборочный контроль сварных соединений,Формула изобретения 1. Способ управления процессомконтактной точечной сварки, при кото ром в процессе сварки измеряют теку.щие значения межэлектродного напряжения и сварочного тока, увеличивают значение межэлектродного напряжения по квадратичному закону, сравнивают 45 выделенную между электродами энергиюс заданной величиной, о т л и ч а ющ и й с я тем,.что, с целью повьппения качества сварного соединения, в процессе увеличения межэлектродного 60 напряжения вычисляют текущее значениединамического сопротивления между электродами и при достижении им эталонного значения межэлектродное напряжение далее поддерживают постоян ным, полученное значение межэлектродного напряжения сравнивают с заданной эталоннЬй величиной и по результату сравнения судят о качестве сварного соединения. При этом оптимальной прочностьюна срез крестообразного соединенияникелевых проволок0,3-0,5 мм является Р, = 24,8 Н,Результаты сварки 50 образцов поспособу следующие: 45 сваренных образцов показали при испытании на срезположительные результаты Р, = 27 Н,10 5 остальных образцов были забракованы,и показаны в блоке индикации и прииспытании действительно показали заниженное значение прочности Р = 1820 Н.15 Таким образом, выход годных образцов по предлагаемому способу составляет 907. Однако, не менее важным является то, что часть брака (10 ) за. регистрирована (выявлена) и его можно20 исправить повторной сваркой,Итак, предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют осуществить автоматическое регулирование (стабилизацию) межэлек 9 13622. Устройство для управления процессом контактной точечной сварки, содержащее источник сварочного тока, регулятор сварочного тока, датчики сварочного тока и напряжения междуэлектродами, подключенные к входам блока умножения, первый интегратор и первый задатчик соединенные с входами первого компаратора, блок управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго интеграторов, второй задатчик, блок сравнения, два электронных ключа, буферный усилитель, третий интегратор, последовательно соединенные третий задатчик и второй компаратор, а регулятор сварочного тока включен во вторичную цепь источника сварочного тока, управляющий вход регулятора сварочного тока через буферный усилитель соединен с выходом блока сравнения, первый выход блока умножения соединен через первый электронный ключ с входом первого интегратора, выход первого компаратора соединен с первым входом блока управления, третий, четвертый,591 10пятый и вестой входы которого - с управляющими входами буферного усилителя, третьего интегратора, первого электронного ключа и второго компаратора, выход второго задатчика через последовательно соединенные второй электронный ключ, второй и третий интеграторы подключены к второму входу бпока сравнения, выход второго компаратора соединен с управляющим.входом второго электронного ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, в него введены блок деления, четвертый задатчик, второй блок сравнения и блок индикации, при этом вторые выходы датчиков сварочного тока и напряжения между электродами соединены с входами блока деления, выход которого соединен с вторым входом компаратора, третий и четвертый выходы датчика напряжения между электродами соединены соответственно с вторым входом первого блока сравнения и первым вхо 2 б дом второго блока сравнения, второйвход которого соединен с выходом четвертого задатчика, а выход - с входом блока индикации.1362591 Составитель В.ГрибоваРедактор Т.Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетни аз 6339/ Ужгор оизводственно-полиграфическое предприятие, г Проектная,Тираж ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 13035, Москва, Ж, 70 Подписного комитета СССРний и открытийРаушская наб., д. 4/5