Способ автоматического контроля и регулирования процесса контактной сварки и устройство для его осуществления

ИХ СВОЗ СОВСОЦИАЛИСРЕСПУБЛ 2 2332 В 23 К РЕТЕНИЯ ТВУ ОМУ СВИДЕТ щественно дл сечений, Цел вьппе- конт ния за счет и втоматическог сварного соедин ния надежностироля и регулироки Для этого знения динамичес ва ес ани нстнтут м ают программго сопроти н нивают ее а игналу рас т усилие с учения дин между элек аммои, При сварки доп о величине существляю ительноинамичес ния, достиг ия заданной аданной вели с Я ого сопротив оменту выдел равнением с позволяет о овое регулир параметровый2 ил,нутого к энергии,(57) Из ному пр дованию автомат вания р вароч- оборуся тение от ествить м чинои, Это гопараметр са и много 2 с.п, ф-ль именной сварк изводству, а для контактн ание про онтроль. я гулир кого контроля и р а электронагрева,че ежим ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ(56) Авторское свидетельство СССРу 1362591, кл В 23 К 11/24, 1986.(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА КОНТАКТНОЙСВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТЛЕНИЯ варки деталеи малых повышение качества между электродами, ср в текущими значениями и и согласования корректирую тия на электродах до по мического сопротивления ами, заданного прог м контроль качестваИзобретение относится к сварочному производству, а именно к оборудованию для контактной сварки, и можетбыть использовано в приборостроениидля автоматического контроля и регулирования режима электронагрева,преимущественно для сварки деталеймалых сечений,Целью изобретения является повышение качества сварного соединенияза счет повышения надежности контроля и регулирования процесса сварки.Нафиг. 1 изображена структурнаяблок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа автоматического контроля и регулированияпроцесса контактной сварки, нафиг, 2 - диаграммы изменения межэлектродного напряжения и программыэталонного значения динамическогосопротивления между электродами вовремени,Устройство содержит источник 1сварочного тока, один выход которого соединен с регупятором 2 сварочного тока, выполненного на управляемыхтранзисторах 3. Выход регулятора 2сварочного тока и второй выход источника 1 сварочного тока посредствомсварочного контура 4 соединены сосварочными электродами 5, сжимающиесвариваемые детали 6. Датчик 7 сварочного тока измеряет сварочный токв цепи сварочного контура 4, ,а датчик8 измеряет напряжение между электродами 5. Первые выкоды датчиков 7 и8 соединены с блоком 9 умножения,Вторые выходы датчика 7 сварочноготока и датчика 8 напряжения междуэлектродами 5 подсоединены к входамблока 10 деления. Выход блока 9 умножения подсоединен к входу электронного ключа 11, Электронный ключ 11последовательно соединен с ключом13 первого интегратора 12. Заданноезначение энергии сварки задаетсяпервым задатчиком 14, от которогосигнал подается на компаратор 15,Сформированный сигнал, пропорциональный введенной энергии между сварочными электродами 5, с выхода первогоинтегратора 12 также подается на компаратор 15, Второй задатчик 16 скорости нарастания межэлектродного напряжения через электронный ключ 17соединен с ключом 19 второго интег, ратора 18 и с ключом 21 третьего интегратора 20, Блок 22 запуска соединен с первым входом блока 23 управления, к входу которого подсоединентакже выход с компаратора 15, Одинвыход с блока 23 управления соединенс электронным ключом 11, а второй итретий выходы соединены с ключами 19и 21. Выход третьего интегратора 20соединен с входом первого блока 2410 сравнения, к второму входу которогоподсоединен третий выход датчика 8напряжения между электродами. Задатчик 25 эталонного значения динамического сопротивления между электродами15 соединен с входом второго компаратора 26, к другим двум входам которогоподсоединены выход блока 10 деленияи четвертый выход блока 23 управле- ния, а выход соединен с входом элект 20 ронного ключа 17. Второй выход блока23 управления и выход блока 24 сравнения подсоединены к входам буферного усилителя 27, выход которого соединен с транзисторами 3 регулятора 2сварочного тока. Четвертый выход датчика 8 напряжения между электродамисоединен с одним из входов второгоблока 28 сравнения, к другому входукоторого подсоединен выход задатчика29 заданной эталонной величины межэлектродного напряжения, Выход блока28 сравнения соединен с входом.блока 30 индикации.Второй и третий выходы с блока35 10 деления подключены соответственно к первым входам третьего блока31 сравнения и четвертого блока 32сравнения. К второму входу третьегоблока 31 сравнения подсоединен пя 40 -тый задатчик 33,а к второму входу четвертого блока 32 сравнения подсоединен шестой задатчик 34, Выход четвертого блока 32 сравнения подсоединен к второму блоку 35 индикации.Выход третьего блока 31 сравненияподсоединен к входу программатора36 тока, выход которого соединен сблоком 37 электродинамического механизма сжатия,Датчики 7 и 8 предназначены соответственно для измерения сварочноготока 1, и межэлектродного напряжения 0, Блок 9 умножения перемножает1 и П, выдавая мгновенное значение (текущее) мощности сварочноготока через электронный ключ 11 навход интегратора 12, Последний Фор-,мирует сигнал, пропорциональный введенной энергии между электродами, 1423320и подает его на компаратор 15, который сравнивает его с заданным значе-, нием энергии сварки, поступающим из задатчика 14,Блок 10 деления делит межэлектродное напряжение 0 на сварочный ток Т,ь, выдавая мговенное (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 электроннык ключ 17 размыкает и с выхода интегратора 15 20 с этого момента времени снимается постоянный сигнал, пропорциональный достигнутому значению межэлектродного напряжения П . Последовательно соединенные задатчик 16 скорости 20 нарастания межэлектродного напряжения (через электронный ключ 17) и интеграторы 18 и 20 задают закон квадратичного нарастания межэлектродного напряжения на участке 1 зависи Б мости П = Й И) (фиг. 2). При этом задатчиком 16 задается скорость нарастания межэлектродного напряжения 0 , При этом длительность ф фронта нарастания межэлектродного напряжения Зо может принимать значение 1 ф если динамическое сопротивление Кз между электродами достигает эталонного значения К раньшеи 1, если ди- намическое сопротивление достигает эталонного значения позже , Длительностьопределяется пропорционально разностью между общей энергией И и выделенной энергией за времясвфронта нарастания Сф межэлектродного напряжения до Пз. В блоке 28 сравнения достигнутая величина межэлектродного напряжения Пз из датчика 8 сравнивается с сигналом из за-+ датчика 29 заданной эталонной величи ны межэлектродного напряжения П и сигнал о результате сравнения подается в блок 30 индикации. Ключи 13, 19 и 21 служат для разряда интегри.рующей емкости по окончании цикла сварки, электронный ключ 11 для включения и выключения интегратора 12 от блока 9 умножения, а электронный ключ 17 цля отклсчения задатчика 16 от интеграторов 18 и 20.Блок 22 запуска включает блок 23 управления, который управляет ключами 11, 13 19 и 21 буферным усилителем 27 и компаратором 26, Блок 24 сравнения сравнивает сигнал о текущемзначении межэ,ектродного напряжения свыхода датчика 8 с сигналом с выходагослецовательно соединенных интеграторов 18 и 20, формирующих сигнал,задающий закон изменения межэлектродного напряжения П , Буферный усилитель 27 предназначен для усилениясигнала рассогласования по межэлектродному напряжению, снимаемого сблока 2 ч сравнения до уровня, потребляемого входными цепями регулятора2 сварочного тока, выполненного науправляемых транзисторах 3, коммутирующих сварочный ток от источника 1питания,С блока 10 деления сигнал о текущем значении динамического сопротив-ления между электродами подается наблок 31 сравнения, где происходитсравнение с поступающим сигналом заданной эталонной программы динамического сопротивления между электродами от задатчика 33 (кривая 3 нафиг. 2) и выработка сигнала рассогласования, который поступает на программатор 36 тока, который в зависимости от сигнала рассогласования подает импульсы тока на блок 37 электроцинамического механизма сжатия,который производит падре улировку(уменьшение или увеличение) усилиясжатия дополнительно к основному усилис сжатия, сообщаемого от привода.С блока 10 деления поцает"я сигнал о,величине динамического сопротивления К, в конце процесса сварки (после выделения заданной энергии)в блок 32 сравнения, где этот сигналсравнивается с заданным, поступающим от задатчика ЗЬ., и результатсравнения поступает на блок 35 индикации.Устройство,с помощью которого осу. шествляют предлагаемый способ,работает следующим образом,Вначале от привода механизма сжатия свариваемые детали 6 сжимаются электродами 5 начальным статическим усилием сжатия Р, , При этом от педали механизма сжатия через релейный элемент (не показано) включается блок 22 запуска который включает блок 23 управления. Далее с блока 23 управления подается сигнал разрешения работы на буферный усилитель 27. Одновременно блок 23 управления вырабатывает и подает сигналы на раз 1423320рядные ключи 13, 19 и 21 и электронный ключ 11. При этом включаются интеграторы 12, 18 и 20, После этого с задатчика 16 подается сигнал5 через электронный ключ 17 (исходное состояние ключа замкнутое) на пос" ледовательно соединенные интеграторы 18 и 20 и с выхода интегратора 20 на блок 24 сравнения. Далее с1 О блока 24 сравнения подается сигнал на буферный усилитель 27, а с. него на регулятор 2 сварочного тока. При этом в сварочной (силовой) цепи 4 начинает протекать сварочный ток, Величину сварочного тока 1, в сварочной цепи 4 и напряжение Б между электродами 5 измеряют датчиками 7 и 8. После включения сварочного тока блок 9 умножения входными сигнала- -0 ми которого являются сварочный ток 1 с датчика 7 и напряжение У между электродами 5 с датчика 8, перемножает эти сигналы, Одновременно в блоке 10 деления на основе сигна лов с датчика 7 и 8 формируется сигнал мгновенного (текущего) значениядинамического сопротивления междуэлектродами К , С выхода блока 9 ум"- ножения сигнал о мгновенной мощностисварочного тока подается на интегратор 12, с выхода блока 10 делениясигнал текущего значен я динамическо.- го сопротивления межцу электродамиподается на компаратор 26 а с вто.рого выхода датчика 8 сигнал о текущем значении межэлектродного напряжения Б подастся на один из входовв блок 24,сравнения. С момента включения сварочного тока с задатчика , 16 подается опорное напряжение Пс через электронный ключ 17 на вход интегратора 18 и с его вьгхода на вход третьего интегратора 20, С выхода третьего интегратора 20 сигнал в виде квадратичной зависимости К П, ЙС подается на второй вход блока 24 сравнения.Таким ОбразОм на Быхоце третьего интегратора 20 формируется квадратично-нарастающее напряжение., задающее закон изменения межэлектродного напряжения. И так сигнал г 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 усилитепь 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 меж- электродное напряжение нарастало по квадратичному закону (участок 1 зависимости 13 = Г(с) на фиг, 2), При достижении текущим значением динамического сопротивления между электродами К в блоке 10 деления установленного заданного эталонного значения динамического сопротивления К.в пределах от К , до К из задатчика 25, компаратор 26 подает сигнал на размыкание электронного ключа 17.После этого интеграторы 19 и 20 запоминают и поддержигают (стабилизируют) до конца сварки (участок 2 зависимости Б .= Г(С) на фиг, 2) уровень сигнала, достигнутого с задатчика 16, т.е, далее напряжение между электродами П выдерживает время 1 (или с и ,) на уровне, достигнутом к моменту совпадения сигналов в компараторе 26 с задатчика 25 и с блока ,10 деления т.е, к моменту размыкания электронного ключа 17. Так какдинамическое сопротивление между электродами К характеризует состояние зоны сварки, то автоматическая стабилизация межэлектродного напряжения Б в зависимости от достигнутого значения Кэ позволяет повысить стабильность качества сварных соединений и процент выхода годных изделий. При этом в зависимости от характера возмущающих воздействий в зоне контакта свариваемых деталей (изменение состояния рабочих поверхностей электродов, перекосы электродов, нестабильность работы механизма сжатия и др,.) текущее динамическое сопротивление Кэ может достигнуть эталонного заданного значения Кэ, за время С т,е.раньше какого-то среднего значенияили,наоборотзначения К позже за время с, Эталонное заданное значение,цинамического сопротивления Р в пределах от Р.до К, определяется для каждого сочетания свариваемых материалов на основе экспериментальных данных и это значение вводит"я в задатчик 25, Одновременно после включения сварочного тока с блока 10 деления подается сигнал о текущем14233208ия нал на ком:.ара,оре 15 подается с 1 задатчика 14, которым задается вели- а- чина энергии, необходимой цля сварки .Фсь .Ы . При достижении сигналом с выхода интегратора 12 заданного значен яс задатчика 14 компаратор 15 подает я сигнал в бпок 23 управления, который е нодает команду запрета работы на буферный усилитель 27 и сварочный токвыключается, При этом в зависимости 36 от времени достижения (момента) текущим К э эталонного заданного значеЯр ния Кэ межэлектродное напряжениеП будет достигать соответственно кт- при быстром достижении Е эталона(К, или К,) значение Папрц более медленном - значение Б . ль- Поэтому при достигнутом значении О20 процесс будет растягиваться во времени , (из-за необходимости выя- деления заданной энергии Ысв), апри повышенном значении У соответственно процесс сварки будет более 1 25 коротким - 1 В связи с этим можетоказаться, что в зависимости от воэт- мущающих воздействий текущее межэлектродное напряжение П может вы.:ходить за пределы меньше Б, или ив больше Бэ Поэтому в устройстве т- предусмотрен контроль качества сварых ных соединений путем сравнения в ь- блоке 28 в конце сварки перед выклюся в чением сварочного тока достигнутого клю- значения Б из датчика 8 с эталонным ин- заданным значением. из за-.,атчика ание 29. Результат сравнения из блока 28 е- сравнения поступает в блок 30 индикао- ции Эталонное значение Бвв (интер- а 40 вал от Пэ 1 до Г, ) определяется для во- каждого сочетания свариваемых материалов на основе экспериментальных значении динамического сопротивленмежду электродами на третий блок 3сравнения, где этот сигнал сравнивется с программным изменением значения динамического сопротивлениямежду электродами К(кривая 3 нафиг, 2), значение которого подаетсс пятого задатчика 33. В результатэтого сравнения в блоке 31 вырабатывается сигнал рассогласования,который поступает на программатортока, Программатор 36 тока в соответствии с сигналом рассогласованипоступающим из блока 31 сравненияподает импульсы тока в блок 37 элеродинамического механизма сжатия,который производит подрегулировку(уменьшение или увеличение) начаного статического усилия сжатия Р,сообщаемого от привода, Изменениеусилия сжатия производится на протженин всего процесса сварки, Такимобразом (в зависимости от сигналарассогласования в блоке 31), чтобьтекущее динамическое сопротивлениемежду электродами изменялось в сооветствии с программным изменениемК (кривая 3, фиг. 2), ПрограммаК изменения динамического сопротления между электродами определяеся для каждого сочетания свариваемматериалов на основе эксперименталных данных и эта программа вводитзадатчик 33. Одновременно после вчения сварочного тока и ключа 11тегратор 12 производит интегрировсигнала, пропорционального текущму значению мощности сварочного тка, о чем поступает сигнал с блок9 умножения, Интегрирование произдится в течение времени, равногодлительности сварочного импульса,т,е. данных, С блока 10 деления подается сигналгде Я - энергия, выделившаяся между электродамиИ =Б 1 " текущее значение мгновен 50сь э срной мощности;КС - постоянная времени времязарядной цепи интегратора,Таким образом, на выходе интегратора 12 Формируется сигнал, пропор 55 циональный выделенной энергии между электродами, который подается на первый вход компаратора 15. Второй сиго величине динамического сопротивления Кв конце процесса сварки (после выделения заданной энергии Ы ) вчетвертый блок 32 сравнения, гдеэтот сигнал сравнивается с заданны .,поступающим от задатчика 34, и результат сравнения подается на блок35 индикации. При этом в зависимостиот цлительностей г., и С задаваемое значение К, в задатчике 3буцстнаходиться в пределах значений откэ до Вэ,В связи с этим можетоказаться, что в зависимости от возмущающих воздействий значение Кможет выходить за пределы меньше ЙИ бОЛЬШЕ В-.,г Пазтаиу В ПОЕдЛагаЕ- мом способе и в устройстве для ега осуществления пред смотрен дополнительный контроль качества сварных5 соединений В блоке 32 сравнения Каице Сварг(И ПОСЛЕ. ВЬгд(:г- яяя ддаяной энергии достигнутого значения Й. из блока 10 деления с эталонным заданным значением КИз задатчика тгО 34. РЕЗУЛЬТаТ СраВНЕНИя Итз ОЛОКа 32 сравнения поступает В блок 35 индика" ци:.;. Эталонные значения Й, ;интер вал ат В.э, да В.э / определяется ДЛЯ КажДОГО СОЧтТЯНИЯ СЯЯРИВаЕМЫХ материалов на основе экспериментальных данных,Таким образам, В спс( оде и уст: рсистве дополнительно к управлению па г(.- и контролю па д(гсти 3. Нутсму значе - ,(О яию межэлектроднога напряжения к моменту ега стабили-ацт и осуществляется регулирование процесса в са атветствии с заданной программой динамического сопротивления Кп мех(- 25 ду электродами. а также контроль процесса по значению заданнагс динами=ческага сапративлеь(ия Б конце процесса сварки после выделения Задяняаи ЭНЕргяи ИяаЧЕ Гав(гря ССУШЕСТВЛя"Е г" Г гг тт(7-,а Гатгагдытзтгтват= (гв"Лигсвах(ИЕПрат(ттт Ч И Мяагал-рдМЕтт, .ттй т аят.РаЛЬ Чта ПОЗВОЛЯЕТ ПСВЫ ИТЬ ЯтаДЕХ(-".НССтЬ КаятРОЛЯ И РЕГУтгИР(ваяИЯ ПРО"цессд. Контактной сварки,Одяавремен.:та с тем кдк энергияДЛЯ Б "РКИ гт, ДССгягавт ЗаДаЯНОГСзначения задатчикам 14 и :(смпардтар15 подает команду на блок 23 управлеНИЯ, ПаСЛЕДЯИЙ Да.1 КОМанпу гга т:ьп"лючение электронного ключа .1 ивключение разрядных клюттей 13 19 и21. при этом интеграторы 11 (9 и 20"ВОЗВРаЩавтСЯ В ИСХОЦНОЕ г:СстаЯНИЕБлок 23 управления Возяраягает такжекомпаратар 26 В исходное состгтяятие.кОтарый Опять здмкнет электронныйключ 17 г,исходное (;остов:.Из г(л:очазамкнутое).,Таким образом. блок-с(ема устрой =СтВа БСЗВРаЩЕНа гэ ПСХаДНОЕ СастаЯНИЕи готова к сл дующему циклу сварки,Таким образом, способ и фстройст-Ва для ега Осуществления позволяютОСУЩЕСТВИТЬ автаМВТИЧЕСКОЕ МНОГ(тпааа- тт, ЕтаатватрЕГУЛИВОВаттиЕ тт т(аятраЛт, ПРОЦСССД Каятактяатт СВДРКИ Зг С ЦатетВОЗМажяаСТ Ь ПОБЫСИ"."Ь, Нддг-жягзСтьКаятггсля тг РЕГУЛИР ОЯанг "Я тгРтсЦЕ СОД что в сваю очередь позволяет стабилизировать процесС сварки и повысить ьыпуск годных изделий.,В результате данных испытания способа, которое проводилось при сварке многожильных медных посеребренных проводов уг 0,12 мм с каваравыми стержнями 9 1 мм вкрест применяли состороны многожильного провода вольфрамовые, а са стороны коварового стержня медные электроды с. рабочей поверхностью 6 2 ммГезультаты сварки 50 образцов по способу следующие. Все 50 сьареяных и проконтролираванных образцов с индикацией "годные показали при испытании на срез положительные резульРср 2 гТаким образок, выход годных образцов по предлагаемому способу составляет 1007.Формула и з о б р е тенин1, Способ двтоматическсга контроля и регулирования процесса контактном свааки па ав."о свс г, 1361591о т л и ч а ю щ и й с я тем что,с целью повьшгения качества сварногосоединения, задают программу изме в.",ения динамического сопротивлениямежду электродами, сравнивают ее с;текущим значением динамического сап=ротивлеяия между электродами и пссиГяялу рассОГлассВания корректируютусилие сжатия яд электродах да получения заданного программой динамического сопротивления между электродамипри этом контроль качества сварногосоединения дополнительно осуществляютпутем сравнения достигнутой величиныцинамическаго сопротивления междуэлектродами к заданной его ьеличинек моменту выделения заданной энерГИИ о2. У тройствс для автоматическогоконтроля и регулирования процессак.нтактяай сварки по авт, св,у 1".6231 о т,г - тт -. ю ггг е е с ятемр что в нега дополнительно Введены последовательна соединенньге пятый задатчи:( третий блок сравнения, праграмтгатар тока и блок электродинамического механизма сжатия и последовательна соединенные шестой за- датчик, четвертый блок сравнения и второй блок индикации. Гри этом Второй вход третьего блока сравнениясоединен с вторым выходом блока давления, третий выход которого соединен с вторым входом четвертого блокасравнения.1423320 Составитель В.Грибоваедактор Ю,Середа Техред И.Ходанич ктор И,Муска твен брет Производственно-полигр ическое предприятие, г, Ужг л, Проект 1 д каз 4473/16 Тирак 922 1111 И 1 ПИ Государ пс делам из113035, Москва Ж Подписноего комитета СССРий и открытийушскал наб., д, 4/5