Способ автоматического управления процессом контактной точечной сварки с наложением ультразвуковых колебаний

 

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОНТАКТНОЙ.ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ С НАЛОЖЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ- КОЛЕБАНИЙ, при котором управляют сварочным током по одному из измеренных физических параметров-сварки о т л ичающи и с я тем, что, с целью повышения производителыности за счет улучшения эффективности управления процессом сварки, непрерывно контролируют амплитуды механических колебаний активного и пассивного электродов, по полученным j результатам контроля вычисляют текущее значение относительной разности амплитуд колебаний электродов по соотнсвиению А - А2 , , где Л А - текущее значение относительной разности амплитуды колебаний электродов; AI - амплитуда механических колебаний активного электроде; АЗ - акетлитуда колебаний пассивного электрода; фиксируют первоначсшьное значени в этой относительной разности амплитуд, отключ йзт сварочный ток при достижении относительной разности амплитуд колебания электродов заданного значения , после чего продолжают ввод ультразвуковых колебаний в зону| бЬединения до момента достижения от4 носительной разности амплитуд колебаний электродов первоначального значения. о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК

3(51) В 23 К ll/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙГ»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .", Н ABTOPCKOMY СИИДЕТВЪСТВУ (21 J 3372028/25-27 (22) 25.12.81 (46) 07.05.83. Бюл. 9 17 (72) С.С.Сергеев, Э.М.Пархимович, .Н.В.Кудинов и В.В.Старовойтов (71) Могилевский машиностроительный институт (53) 621.791 .763 ° 3(088 ° 8) (56) 1. Аксельрод Ф.А,, Миркин .А.М.

Оборудование сварки давлением., М., Высшая школа, 1975, с. 218.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 660799, кл. В 23 К 11/24, 20.09.76 (прототип); (54)(57) СПОСОБ АВТОМАТЙЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОНТАКТНОЙ,ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ С НАЛОЖЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ- КОЛЕБАНИИ, при котором управляют сварочным током по одному из измеренных физических параметров сварки, отличающийся тем, . что, с целью повышения производителы- . ности за счет улучшения эффективности управления процессом сварки, неп-. рерывно контролируют амплитуды меха„.SUÄÄ 1016! 1i0 A нических колебаний активного и пассивного электродов, по полученным результатам контроля вычисляют теку

1 щее з йачение относительной раз ности амплитуд колебаний электродо по соотношению

,, А А2

А

1 где йЛ вЂ” текущее значение относительной разности амплитуды колебаний электродов у

A — амплитуда механических колебаний активного электродй

Ад — амплитуда колебаний пассив" ного электрода; фиксируют первоначальное значение Е этой относительной разности амплитуд, отключайт сварочный ток при достижении относительной разности амплитуд колебания электродов заданного значения, после чего продолжают ввод ультразвуковых колебаний в зону; соединения до момента достижения от носительной разности амплитуд коле- . баний электродов первоначального значения.

1016110

Я -Яд

А где dA — текущее значение относительной разности амплитуд колебаний электродов;

А - амплитуда механических колебаний активного электрода;

А - амплитуда колебаний пассивного электрода, фиксируют первоначальное значение этой разности амплитуд, отключают сварочный ток при достижении относительной разности амплитуд колеба- 65

Изобретение относится к сварочной технике и может найти применение при автоматизации процессов управления контактной точечной сварки в ульТразвуковом поле.

Известен способ управления контактной точечной и шовной сигаркой, при котором измеряют физический параметр процесса и сравнивают его с заданным значением tll .

Однако при контактной точечной 10 сварке в ультразвуковой поле известный способ не обеспечивает требуемой достоверности, так как на величину теплового расширения металла зоны контакта существенное влияние оказы- 15 вает наложение колебаний высокой интенсивности, что значительно ис.кажает корреляционную связь между расширением металла и размерами литого ядра сварной точки. Таким обра- g0 зом, управление по величине теплово- го расширения не обеспечивает получение качественного соединения.

Наиболее близким к описываемому является способ автоматического управления процессом контактной точечной сварки с наложением ультразвуковых колебаний, при котором управляют сварочным током по одному из по-. .лимерных физических параметров сварки (2) . 30

Недостатком известного способа является низкая производительность сварки.

Цель изобретения †повышение производительности за счет улучшения эффективности управления процессом сварки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом контакт-40 ной точечной сварки с наложением ультразвуковых колебаний, при котором управляют сварочным током по одному из измеренных физических параметров сварки, непрерывно контРолиРуют 45 амплитуды механических колебаний активного и пассивного электродов, по полученным результатам контроля вычисляют текущее значение относительной разности амплитуд колебаний электродов по соотношению ний электродов заданного значения, после чего продолжают ввод ультразвуковых колебаний в зону соединения до момента достижения относительной разности амплитуд колебаний электродов первоначального значения.

Эффективность данного способа автоматического управления обусловле . на тем, что в качестве интегрального йараметра, имеющего прямую связь с качеством соединения, принята относительная разность амплитуд механических колебаний противоположных электродов, которая характеризует изменение механического импеданса зоны сварки, зависящего от геометрических размеров литого ядра точки. Изменение амплитуды колебаний А2 только пассивного электрода при сварке не может служить критерием качества, так как в реальных условиях из-за непостоянства усилия. сжатия электродов в процессе сварки наблюдается отклонение частот генератора и преобразователя и, как следствие, изменение величины амплитуды колебаний А активного электрода-концентратора.

Технологический процесс сварки в ультразвуковом поле .включает обработку свариваемых деталей колебаниями. высокой интенсивности в течение всего цикла сварки Это дает воэможность использовать в качестве контролирующих . рабочие колебания с получением дополнительного эффекта за счет отсутствия вспомогательного ультразвукового генератора.

На фиг.1 показана схема устройства, реализующего предлагаемый способу на фиг.2 — график изменения относительной разности 1А амплитуд колебаний в течение цикла сварки образцов из малоуглеродистой горячекатаной стали B Ст. 3 толщиной 4,0+4,0 мм.

Способ реализуется с помощью устройства, содержащего идентичные вибродатчики 1 и 2, установленные на противоположных электродах — активном 3 и пассивном 4, аналого-цифровые преобразователи 5 и 6, выходы которых соединены с входами вычислительного устройства 7, блок, уставок

8, связанный с вычислительным устрой.ством 7, прерыватель тока 9 и ультразвуковой генератор 10.

Способ осуществляЕтся следующим образом.

После сжатия электродами 3 и 4 свариваемых деталей в зону сварки подаются продольные колебания для подготовки контактных поверхностей к соединению. В момент включения сварочного тока включается схема управления. При этом текущие сигналы пропорциональные амплитудам механических колебаний электродов, поступают с вибродатчиков 1 и 2 на входы аналого-цифровых преобразователей 5 и 6, 1016110

Величина уставки, Ауст.

Усилие сжатия

Р,н/ммг

Сварочный ток

1св., кА .

Изменени времени сварки св в с

Амплитуда колебаний активного электрода в режиме, х.х

Ai мкм

Изменение времени обработки, toft ю

0,35

14

0,3

0,55 с выходов которых сигналы в цифровом коде подаются в вычислительное устройство 7, где определяется текущее значение относительной разности

ДА. Вычисление производится по формуле дл= —.

А г

Аj где A(и A2 — амплитуды колебаний активного и пассивного10 электродов соответственно.

Текущее значение величины йА срав= нивается с величиной уставки, поступающей на вход вичислительного уст- 15 ройства 7 с блока уставок 8, и в случае их сравнения подается команда на прерыватель 9 для отключения сва. Рочного тока.

Длительность последующей ультра-. звуковой обработки соединения регулируется .автоматнчески следующим образом. Алгоритм управления предусматривает запись в момент включения сва рочного тока начального значения . относительной разности амплитуд Ко.— лебаний 4ЯО в регистр памяти вычислительного устройства 7. Команда иа отключение ультразвукового гене-. ратора 10 для снятия копебаний подается-в том случае, когда текущая ве.личина dA достигает первоначального значения, записанного в памяти устройства .7. На этом процесс сварки заканчивается.

Непрерывный контроль амплитуд З5 мехайических колебаний:электродов производится с момента начала нагрева соприкасающихся поверхностей свариваемых деталей. При этом наблюдается возрастание относительной раз- 4Q ности dA (фиг.2) за счет размягчения металла н увеличения геометрических размеров звуконепроницаемого: расплавленного металла сварной точки. Прекращение процесса сварки, т.е. от" ключение сварочного тока, осуществляется при достижении величиныАЛ заданного значения, соответствуницего оптимальным размерам литого ядра ..

Как правило, оптимальные размеры Ли- того ядра достигаются в момент ста-: билизации величины ЬА. Последующее формирование сварного ядра точки сой-. ровождается затвердеванием металла и уменьшением механического импеданса зоны контакта .и, как следствие,,уменьшением текущего значения отно- I сительной разности амплитуды йА.

Достижение этой величины первоначального значения означает, что формирование точки закончилось, и дальней" шая ультразвуковая обработка соеди нения не дает существенных качествейных изменений.

Таким образом, управление точечной сваркой в ультразвуковом поле по. принятому критерию лА позволяет.оптимизировать длительность протека". ння сварочного тока и длительность последующей ультразвуковой обработкИ соединения с обеспечением заданных прочностных характеристик.

Данный способ автоматического управления опробован при .соединении образцов иэ малоуглеродистой горячекатаной стали марки В Ст. 3 в состоянии поставки. Сварка произво-: дится на сварочной машине ИТП-300, в комплект установки которой входят: ультразвуковой генератор типа УЗГ-1-4 и магнитострикционный преобразователь типа ПИС-15А-18 с частотой -кодббаний 18 кГц.

При сварке образцов толщиной 4,0-4,0 мм в зону контакта вводят продольные- ультразвуковые колебаний в течение всего цикла сварки.

В таблице, приведены основные усредненные параметры режима сварки для 30-ти идентичных образцов, причем длительность протекания сварочного тока tea колеблется в пределах 1,9-2,25 с, а длительность последующей ультразвуковой обработки мр. в пределах 0,6+ 0,9 с.

1016110

Яттюькость цикла, ь.

Фее. 8

Составитель В.Катин

Редактор Н.Швыдкая Техрад O.Ëåãåçà Корректор М.Демчик

Заказ 3283/14 Тираж 1106 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4

Величина уставки значения ВАуст, определяется эмпирически при сварке эталонных образцов. После сварки проводят механические испытания образцов на срез, которые показали высокие прочностные характеристики соединений..

Применение данного способа. автоматического управления процессом .контактной точечной сварки в ультра-, 10

Ф,7

0,Ф

3 ЗАусм

Ф ю,р

Ф уу

М

4 os

М

Ч

Og ъ Р ф ф звуковом поле при соединении деталей из материалов в состоянии поставки

:в сравнении с известными спосо-! бами управления позволяет повысить. производительность процесса за счет оптимизации длительности пропускания сварочного тока и дли, тельности последующей ультразвуковой обработки Соединения при гарантии

:качества сварки.