Способ управления положением электросварочной горелки относительно стыка и устройство для его осуществления (его варианты)

 

1. Способ управления положением электросварочной, горелки относительно стыка, при котором дуге сообщают колебательные перемещения поперек стыка , измеряют сварочный ток, формируют сигнал рассогласования и используют его для коррекции положения оси горелки относительно середины стыка, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки, для формирования сигнала рассогласования вьделяют гармоническую составляющую сварочного тока с частотой вынужденных колебаний дуги, по фазе этой гаи -мониыеской ссютавляющей определяют $ знак, а по амплитуде - величину от (О клонения оси горелки от середины стыка .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) В 23 К 9 10 (1

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ т

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3491517/25-27 (22) 20.09.82 (46) 23. 04.84.Бюл. )) 1 5 (72) В.М.Мазуров, В.С.Карпов, А .А .Ма. лютин, В.Н .Шестаков, В.Е.Войницкий, П .И.Чинарев и В.М.Панарин (71) Тульский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт и Всесоюзный проектно-. технологический институт тяжелого и транспорт ного машиностроения (53) 621.791.75(088.8) (56) 1. Патент ФРГ )) 2533448,, кл. В 23 К 9/10, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 797564, кл. В 23 К 9/10, 1978 (про. тотип). (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛО)1сЕНИЕМ

ЭЛЕКТРОСВАРОЧНОЙ ГОРЕЛКИ ОТНОСИТЕЛЬНО СТЫКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ (ЕГО BAP1(AHTH). (57) 1. Способ управления положением электросварочной, горелки относительно стыка, при котором дуге сообщают колебательные перемещения поперек стыка., измеряют сварочный ток, формируют сигнал рассогласования и используют его для коррекции положения оси горелки относительно середины стыка, .отличающийся тем, что, с целью пс>вью.ения качества сварки, для формирования сигнала рассогласования вьделяют гармоническую составляющую сварочного тока с частотой вынужденных колебаний дуги, по фазе этой гарФ ионической составляющей определяют ф знак, а по амплитуде — величину отклонения оси горелки от середины сты. ка.

1087283

2. Устройство управления положением электросварочной горелки относительно стыка, содержащее датчик величины сварочного тока, датчик направления отклонения дуги, фильтр нижних. частот, включенный последонательно с усилителем и приводом поперечного перемещения сварочной горелки, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварки, в него дополнительно внедены синхронный детектор и полосовой Фильтр, причем к первому входу синхронного детектора подключеи через полосовой фильтр датчик величины сварочного тока, к второму вХРду синхронного детектора подключен выход датчика направления отклонения дуги, а выход синхронного детектора соединен с фильтре.м нижних частот.

3. Устройство управления положени ем электросварочной горелки относиИзобретение относится к автоматизации сварочных процессов, а именно к автоматизации электродуговой сварки разделанных и угловы< швов и среде защитного газа и под флюсом, и может найти применение в машиностроении и кораблестроении.

Известен способ управления движением сварочной горелки относительно оси стыка при механизированной дуго- )Ц вой сварке, характеризующейся тем, что в качестве датчика положения используют сварочную дугу, а в качестве информации о положении — величину сварочного тока или напряжения дуги, причем дуге задают колебания поперек стыка, непрерывно измеряют величину тока или напряжения, а затем Формируют сигнал рассогласования путем нахождения интеграла от измеренной, величины за один период колебаний дуги поперек стыка и используют полученный сигнал для коррекции полох<ения сварочной горелки относительно середины стыка (lj

Недостатком этого способа явля- 25 ется невысокое качество сварного шна. вследствие малой достоверности информации о полох<ении горелки относительно середины стыка, из-за большой дисперсии значений измеряе- ЗО мых параметров сварочной дуги:наблюдаются случайные уходы горелки от середины стыка.

Этот способ осуществлен с помощью устройства для управления дви><ением электросварочной горелки относительно стыка, содержащего датчик тельно стыка, содержащее датчик неличины сварочного тока, датчик на.правления отклонения дуги, Фкльтр нижних частот, усилитель с приводом поперечного перемещения сварочной горелки и молебатель, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварки, в него дополнительно введены синхронный детектор, долосовой фильтр, ключ и блок управления колебаымем дуги, причем датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, синхронный детектор, фильтр нижних частот и усилитель с приводом поперечного перемещения сварочной горелки связаны последовательно, вход блока управления колебанием дуги связан с выходом фильтра нижних частот, первый его выход связан с колебателем, а второй выход - с управляющим входом ключа . величины сварочного тока или напряжения, датчик знака отклонения дуги, аналоговые интеграторы, схему сравненияя, привод перемещения сна рочной горелки поперек стыка и схему управления этим приводом fl) .

Иедостатком устройства является то, что измерение электрических параметров дуги производят в течение одного периода ее качания поперек шна и, следовательно, результат его зависит от флуктуаций тока или напряжения, характерных для процесса электросварки, что снижает качество получаемого шва. наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления положением электросварочной горелки относительно стыка, при котором для слежения за стьп<ом в качестве датчика положения используют сварочную дугу, а в качестве информации о положении — величину сварочного тока, причем дуге сообщают колебания поперек стыка и измеряют величину сварочного тока в моменты наибольшего отклонения дуги от середины стыка, а затем фор. мируют сихнал рассогласования путем нахождения разности амплитудных зна. чений тока за один период поперечных колебаний дуги и используют полученный сигнал для коррекции положения сварочной горелки относительно середины стыка j2) .

Иедостатком иэнестного способа является невысокое качество сварного шна вследствие случайных отклоне1087283 нкй горелки оТ середины стыка, иэ-за дисперсии -значений сварочного тока от периода к периоду поперечных колебаний дуги.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, реализующее укаэанный способ, содержащее датчик величины сварочного тока, фильтр, усилитель,. датчик знака отклонения дуги и привод перемещения сварочной горелки 1О относительно стыка j2) .

Недостатком известного устройства является использование в качестве информации об отклонении горелки от середины сварного шва величины 15 сварочного тока, измеренного в моменты предельных отклонений дуги в ее колебательном перемещении поперек стыка, которая обладает большой дисперсией, а потому не обеспечивает получение качественного шва.

Цель изобретения — повышение качества сварного шва путем повышения достоверности информации о положении сварочной горелки относительно оси стыка.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления положением электросварочной горелки относительно стыка, при котором дуге сообщают колебатель- 3() ные перемещения поперек стыка, измеряют сварочный ток, формируют сигнал рассогласования и используют его для коррекции положения горелки относительно середины стыка, для 35 формирования сигнала рассогласования, выделяют гармоническую составлякшую сварочного тока с частотой вынужденных колебаний дуги, по фазе этой гар. монической составлякщей определяют знак, а по амплитуде — величину отклонения оси горелки от середины стыка.

Для осуществления способа в уст ройство управления положением электросварочной горелки относительно стыка,45 содержащее датчик величины сварочного тока, датчик направления отклонения дуги, фильтр нижних частот, вклю. ченный последовательно с усилителем и приводом поперечного перемещения 50 сварочной горелки, дополнительно введены синхронный детектор и полосовой фильтр, причем к первому входу синхронного детектора подключен через полосовой фильтр датчик величины сва- 55 рочного тока, к второму входу синхронного детектора подключен выход датчика направления отклонения дуги, а выход синхронного детектора соединен с фильтром нижних частот.

В другой вариант устройства управления положением электросварочной горелки относительно стыка, содержащего датчик величины сварочного тока, датчик направления отклонения 65 дуги, фильтр нижних частот, усилитель с приводом поперечного перемещения сварочной горелки и колебатель дополнителъно введены синхронный детектор, полосовой фильтр, ключ и блок управления колебанием дуги, причем датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, синхронный детек; тор, фильтр нижних частот и усилитель с приводом поперечного перемещения сварочной горелки связаны последовательно, вход блока управления колебанием дуги связан с выходом фильтра нижних частот, первый его выход связан с колебателем, а второй выход — с управляющим входом ключа.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства управления по. ложением сварочной горелки относительно стыка, первый вариант; на фиг. 2 — то же, второй вариант на фиг. 3 — кривые сварочного тока на входе и выходе синхронного детекто. ра (а - отображает напряжение датчика знака отклонения дуги;.б закон колебаний электрической дуги (функция работы колебателя); в сигнал на выходе датчика величины сварочного тока при отсутствии отклонения оси сварочной горелки от середины стыка; г — выходное напряжение фильтра нижних частот д — сигнал на выходе датчика величины сварочного тока при уходе оси сварочной горелки в сторону от середины стыкау е— выходное напряжение фильтра нижних частот при уходе оси сварочной горелки в одну сторону от середины стыка; ж — сигнал на выходе датчика величины сварочного тока при уходе оси сварочной горелки в другую сторону от середины стыка; э — выходное напряжение фильтра нижних частот при уходе оси сварочной горелки в другую сто. рону от середины стыка).

В основу способа управления поло жением сварочной горелкой положена однозначная зависимость величины сва

O рочного тока от длины дуги.

При качании дуги (электрода) поперек стыка свариваемых деталей изменяется длина дуги относительно кромок шва (или стенок при угловом стыке) и, следовательно, величина сварочно,го тока.

Экспериментально установлено, что при удалении сварочной горелки от се-. редины разделанного стыка, в кривой сварочного тока появляется гармоническая составлякщая на частоте вынуж.денных колебаний дуги. В том случае, когда горелка совмещена с серединой стыка, в сварочном токе эта гармоническая составлякщая отсутствует, а появляется гармоническая составляющая .двойной частоты.

1087283

Амплитуда гармонической составляющей на частоте вынужденных колебаний дуги растет по мере увеличения смещения среднего положения горелки от ce" редины стра. Таким образом, для обеспечения рабочего движения электросварочной горелки вдоль середины стыка необходимо минимизировать гармоническую составляющую сварочного тока с частотой вынужденных колебаний дуги. 10

Устройство для управления положением электросварочной горелки относительно стыка по первому варианту содержит датчик 1 величины сварочного тока, подключенный к шунту 2, включенному в цепь тока сварочной дуги, выход датчика 1 величины сварочного тока подключен к входу полосового фильтра.3, синхронный детектор 4, один из входов которого соединен с выходом полосового фильтра

3, а другой — с выходом датчика 5 знака отклонения дуги, выход синх- ронного детектора 4 соединен через фильтр б нижних частот с усилителем

7 привода 8 перемещения сварочной горелки 9 поперек стыка. Кроме то го, устройство содержит колебатель

10 дуги. !

Устройство для управления Положением элек тросварочной горелк и относи ЗО тельно стыка по первому варианту работает следунщим образом.

Колебатель 10 дуги электросварочной горелки 9 работает непрерывно.

Полная величина сварочного тока, про35 текающего через шунт 2, преобразуется датчиком 1 величины сварочного тока в сигнал, поступающий через помехозащитный полосовой фильтр 3, настроенный на частоту вынужденных коле о баний дуги, возбуждаемых с постоянными частотой и амплитудой колебателем

10, на сигнальный вход синхронного детектора 4. ala управляющий вход синхронного детектора 4 подается напряжение прямоугольной формы (Фиг.3, график Q ) от датчика 5 знака отклонения дуги. 3а период колебаний дуги (фиг. 3, график о ) сварочный ток вследствие изменения ее длины дважды возрастает и убывает, поэтому сигнал 50 на выходе датчика 1 величины сварочного тока имеет симметричную форму с частотой, вдвое большей, чем частота колебаний дуги, если колебания дуги симметричны относительно середины 55 стыка (фиг. 3, график В ) . Ла выходе синхронного детектора 4 и, соответственно, фильтра б нижних час тот выходное напряжение в этом случае равнулю (фиг. 3, график 1 ) °

Сигнал на выходе датчика 1 свароч ного тока ириобретает несимметричную форму с преобразованием той или иной полярности в случаях ухода оси электросварочной горелки 9 от середины стыка — из биссектриаль ной плоскости углового стыка. Соответствукщне формы сигнала на выходе датчика 1 сварочного тока в идеализированном виде йоказаны на графиках н З (фиг.3) . В обоих последних случаях в сигнале на выходе датчика 1 величины сварочного тока появляется переменная составлянщая с частотой колебаний дуги, отсутствулцая при движении горелки 9 точно над серединой стыка, Синхронный детектор 4 выделяет эту составляющую и на выходе фильтра б нижних частот в идеальном случае появляется постоянное, точнее медленно изменяицееся, напряжение, полярность которого отображает направление ухода электросварочной горелки от середины стыка, а величина — величину этого ухода (фиг.3 графики е и ).

Это,напряжение является сигналом рассогласования в устройстве автоматического управления и подается на вход усилителя 7 привода 8 перемещения электросварочной горелки 9 поперек стыка. При появлении сигнала рассогласования привод 8 поперечного перемещения горелки 9 устраняет зто рассогласование, обеспечивая совпадение оси сварочной горелки с серединой стыка свариваемых деталей. Этот вариант предпочтителен при сложных конфигурациях стыка.

Устройство для управления положением электросварочной горелки относи-. тельно стыка по второму варианту (Фиг.2) содержит датчик 1 величины сварочного тока, подключенный к шуиту 2, включенному в цепь тока сварочной дуги, выход датчика 1 величины сварочного тока подключен к входу полосового фильтра 3, синхронный детектор 4, один из входов которого соединен с выходом полосового фильтра

3, другой — с выходом датчика 5 знака отклонения дуги; а выход подключен к входу Фильтра б нижних частот, усилитель 7 привода 8 перемещения сварочной горелки 9 поперек стыка, коле. батель 10 дуги, соединенный с первым выходом блока 11 управления, содержа. щего датчик времени и логическую схему, вход блока 11 управления подключен к выходу фильтра б нижних частот, а второй выход блока 11 управления подсоединен с управляющему входу ключа 12, включенному между фильтром б нижних частот ar усилителем 7.

Устройство управления положением сварочной горелки относительно стыка по второму варианту работает следующим образом.

Постоянные поперечные колебания дуги относительно середины стыка не возбуждаются Кх возбуждают сериями с заранее установленной периодичностью моментов запуска. Эту функцию

1087283. выполняет блок 11 управления колебателем 10 дуги, который с заданной периодичностью, имея в своем составе датчик времени, запускает колебатель

10 дуги и открывает ключ 12. При отсутствии отклонения оси сварочной го. релки 9 от середины стыка на выходе фильтра б нижних частот напряжение рано нулю (фиг. 3, график 2 ), что служит для блока 11 управления сигналом к прекращению колебаний дуги. Ес- 10 ли ось сварочной горелки 9 смещена относительно середины стыка, то на выходе синхронного детектора 4 и фильтра б нижних частот появляется управляющий сигнал (фиг. 3, графики или ж ), который через открытый ключ 12 поступает на вход усилителя

7 привода 8,а последний перемещает сварочную горелку 9,совместив ее ось с серединой стыка.При этом управлякилий сигнал уменьшится, блок

11 управления остановит колебатель

10 дуги (обязательно в среднем поло:жении относительно оси горелки) и закроет ключ 12. Наступит пауза до того момента, когда содержащийся в блоке 11 управления датчик времени повторно не включит этот блок, и цикл повторится. Длительность паузы устанавливается при настройке устройства в зависимости от сложности конфигурации стыка. Второй вариант. устройства предпочтительнее при прос. той конфигурации стыка и обеспечивает повышенную скорость сварки.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его реализации (его варианты) обеспечивают получе) ние более достоверной информации о положении электросварочной горелки относительно середины стыка в условиях случайного распределения величин сварочного тока и/или напряжения во времени в процессе сварки. В связи с этим предлагаемый способ и соответ. ствующие варианты устройства дают возможность улучшить качество сварочного шва в условиях автоматизации процесса сварки, позволяя одновременно понизить требования к разделке стыков и точность позиционирования,а также ваоить стыки сложной концигурации.

1087283

Составитель В.Покровский

Техред С.Легеза Корректор А, Ильин

Редактор H.Áîáêîâà

Заказ 254 3/1 0 Тираж 1037

ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 303 5, Москва, T-35, Раушская наб ., д. 4/5

Подписное Филиал ППП Патент- ., г. Ужгород, ул, Проектная, 4