Устройство для стабилизации сквозного проплавления неповоротных стыков труб

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 23 К 9 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3709773/25-27 (22) 15.03.84 (46) 15.03.86. Бюл. №- 10 (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.П.Черныш, В.А.Пахаренко, П.В.Кандауров и В.П.Игумнов (53) 621.791.75.03(088.8) (56) Сварочное производство, 1961, № 6, с. 5-9.

Авторское свидетельство СССР № 727365, кл. В 23 К 9/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 331857, кл. В 23 К 9/10, 1972. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ СКВОЗНОГО ПРОПЛАВЛЕНИЯ НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБ, содержащее источник сварочного тока, блок принудительных колебаний сварочной ванны, блок измерения напряжения на дуге, блок прерывания длительности сварочного импульса, блок формирования длительности паузы и блок задержки выключения тока сварочного импульса, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварки путем точной фиксации момента сквозного проплавления, устройство снабжено блоком синхронизации и цифровым дискриминатором, при этом первый

„„SU„„1217600 А выхо; блока синхронизации подключен к блоку принудительных колебаний, а второй — к первому входу блока измерения напряжения на дуге, выход которого через цифровой дискриминатор подключен к первому входу блока задержки выключения тока сварочного импульса, причем блок измерения напряжения на дуге выполнен в виде последовательно соединенных дифференцирующего звена триггера Шмитта, амплитудного модулятора и реверсивного счетчика, а также генератора опорной частоты, выход реверсивного счетчика и первый вход являются соответственно выходом и первым входом блока измерения напряжения на дуге, вторым входом которого является вход дифференцирующего звена, второй вход амплитудного модулятора соединен с выходом генератора опорной часточы.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я чем, чч о, с целью . повышения надежности работы, в устройство введен блок формирования длительности гарантированного импульса, вход которого подключен к второму выходу блока формирования длительности паузы, а вьгход — к второму ,входу блока задержки выключения тока сварочного импульса.

1217600

Изобретение относится к сварке и может быть использовано при электродугювой сварке со сквозным проплавлением при применении в качестве источников питания сварочных трансформаторов или сварочных выпрямителей тока промышленной частоты.

Цель изобретения — повышение качества сварки путем точной фиксации момента сквозного проплавления, а также повышение надежности работы устройства при сварке модулированным током (импульсной дугой).

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы в характерных точках блока измерения напряжения на дуге.

Устройство содержит блок 1 измерения напряжения на дуге, состоящий из последовательно соединенных дкф— ференцирующего блока 2, триггера 3

Шмитта, амплитудного мбдулятора 4 . и реверсивного счетчика 5, причем к второму входу амплитудного модулятора подключен генератор 6 прямоугольных импульсов опорной частоты.

Вход блока 1 измерения напряжения подключен к сварочному электроду, а выход через цифровой дискриминатор 7 и блок 8 задержки выключения тока сварочного импульса — блоку 9 фор мирования длительности паузы, выход которого соединен с входом блока 10 прерывания длительности сварочного импульса, подключенного к источнику

11 сварочного тока.

Второй выход блока 9 формирования длительности паузы подключен к входу блока 12 формирования длительности гарантированного импульса, выход которого соединен с вторым входом блока 8 задержки выключения тока сварочного импульса. Выходы блока 13 синхронизации подключены к блоку 14 принудительных колебаний сварочной ванны и к реверсивному счетчику 5 блока 1 измерения напряжения на дуге.

В качестве элементной базы блоков устройства могут быть приняты стандартные транзисторно-транзисторные логические (ТТЛ) микросхемы, генератор 6 может быть стабилизирован кварцевым резонатором. Для осуществt ления гальванической развязки блок

10, управляющий источником сварочного тока, можно выполнить на реле, подключенном к микросхеме через

5Q

55 транзисторный ключ. Блок 14 принудительных колебаний сварочной ванны мбжет быть выполнен в виде диафрагменного устройства с электромагнитным приводом, вход герметизированной полости которого соединен с магистралью защитного газа, а выход — с ,внутренней полостью свариваемых трубок.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение 01 с дуги (фиг. 2) поступает на дкфференцирующий блок 2 блока 1 измерения напряжения, выде— ляющий переменную составляющую сигнала . Блок 2 работает в режиме частотного фильтра, пропуская сигнал частоты колебаний сварочной ванны и выше и отсекая сигнал низкой частоты, появляющийся при налички эксцентриситета между осью вращения «орелки и осью свариваемых труб. Сигнал с выхода блока 2 (U ) подается на триггер 3 Шмктта, формирующий на выходе логические. "0" илк "1" (tie), в зависимости от присутствия на его входе отрицательного либо положительного потенциала соответственно. При налички на выходе триггера 3 Шмитта логической "1" или логического "0 амплитудный модулятор 4 пропускает

"игнал от генератора 6 импульсов опоркой частоты на счетный вход реверсивного счетчика 5 либо устанавливает на этом же входе счетчика логический "0"/(L/4) °

Блок 13 синхронизации выдает иэ синусоидального напряжения питающей сети положительные прямоугольные импульсы промышленной частоты и в дальнейшем формирует меандр 05 причем периоды длительности импульса

Т„ и паузы 1 равны между собой и кратны периоду сетевого напряжения.

В момент появления логической 1" из блока 13 синхронизации реверсивный счетчик 5 устанавливается в исходное положение, а затем в течение времени ее действия суммирует количество импульсов, пришедших с амплитудного модулятора 4. Таким образом, в течение времени существования логической "1" на выходе блока 13 синхронизации реверсивным счетчиком 5 будет просуммировано количество импульсов генератора опорной частоты, которое пропорционально общему времени нахождения логических

3 1

"1" на счетном входе счетчика

5(4, + t ), т.е. соответствует продолжительности положительных импульнапряжения У . При наличии HB выходе блока 13 синхронизации логического "0" реверсивный счетчик 5 осуществляет последовательное вычитание количества импульсов, проходящих в этот период с амплитудного модулятора 4 и пропорциональных отрезку времени tp + tq, из общей суммы импульсов, накопленной за время нахождения логической "1", на выходе блока 13 синхронизации.

Таким образом, определяется разность количества импульсов, сосчитанных реверсивным счетчиком в течение первого (T ) и BTopolo (Т )

1 периодов времени, которая соответствует разности сумм отрезков времени (+ + у ) — (t + t<) . В момент появления следующей логической "1" на выходе блока 13 синхронизации состояние реверсивного счетчика 5 сравнивается с заданным в числовом дискриминаторе 7, после чего счетчик 5 устанавливается в исходное состояние, а цикл определения разности длительностей положительных импульсов напряжения Uq в двух смежных полупериодах сигнала с блока 13 синхронизации повторяется.

Если в результате вычитания состояние реверсивного счетчика 5 при поступлении сигнала опроса (появление логической "1" с блока 13 синхронизации) окажется меньше числа, задаваемого числовым дискриминатором 7, логическое состояние его выхода "0" не изменяется. При этом сварочный импульс продолжает существовать, проплавляя свариваемые кромки труб.

Такой случай будет иметь место при отсутствии колебаний напряжения на дуге с частотой и фазой, совпадающими с сигналом от %лока 13 синхронизации.

При достижении момента сквозного проплавления колебания давления газа, воздействуя на поверхность зоны расплавленного металла со стороны корня шва, создают колебания поверхности зеркала ванны, обращенной к электроду. Это приводит к колебаниям длины сварочной дуги, а следовательно и напряжения на ней с частотой и фазой, соответствующего колебаниям давления газа во

217600 4

55 внутренней полости трубы. Причем кривая U в течение времени Т> поднимается, а в промежутке Т> опускается относительно среднего значения напряжения, существовавшего до момента проплавления. За счет этого разница отрезков времени (t.> + t )— †(4у +

На выходе дискриминатора 7 появится логическая "1", которая разрешает начать отсчет заданного программой отрезка времени в блоке 8 задержки выключения тока сварочного импульса. Задержкой отключения сварочного импульса обеспечивается регулирование зоны проплавления в корне шва. По завершении отсчета времени задержки в блоке 8 сварочный импульс прерывается по цепи: блок 9 форми рования длительности паузы . — блок 10 прерывания длительности сварочного импульса — источник 11 сварочного тока.

Одновременно с окончанием отсчета времени в блоке 8 начинается отсчет времени паузы в блоке 9. В период существования паузы (горения дежурной дуги) происходит кристаллизация сварочной ванны и перемещение сварочной горелки вдоль стыка. После завершения отсчета длительности паузы блок 9 выдает команду на включение импульса сварочного тока, и цикл повторяется.

Одновременно блоком 9 включается отсчет времени формирования длительности гарантированного импульса в блоке 12. В течение отсчета этого времени прохождение разрешающего сигнала через блок 8 задержки выключения тока сварочного импульса блокируется. Этим обеспечивается предотвращение отключения сварочного импульса в период переходного процесса.

Возбуждение дуги в начале процесса сварки осуществляется осциллятором либо контактным методом. При этом в момент резкого изменения напряжения со значения холостого хода источника питания до уровня, соответствующего напряжению горения дуги, обеспечивается прохождение сигнала (подобного сигналу о наличии проплавления) к блоку формирования длительности паузы. Это обеспечивает гарантированное возбуждение дуги в паузе, после отсчета длительности которой включа1217600

ВНИИПИ Заказ 1039/17 Тираж 1000 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектйая, 4 ется импульс сварочного тока, и процесс смены импульса на паузу осуЩествляется согласно описанной ранее схеме.

Возможный фазовый сдвиг (запаздывание) колебаний расплава ванны относительно колебаний напряжения на

Исполнительном органе блока 14 принудительных колебаний сварочной ванны может быть компенсирован обрат-! ным фазовым смещением (упреждением} управляющего сигнала, устанавливаемым в блоке 14.

В устройстве может быть предусмотрено регулирование частоты синхрони, зации, что позволит выбрать оптимальную частоту колебаний сварочной ванны в зависимости о ее объема, массы и конфигурации.

Устройство обеспечивает высокую надежность и точность определения момента сквозного проплавления, так как фиксирует колебания напряжения, вызываемые только колебаниями давления газа .со стороны корня шва. Устройство исключает интерпретацию случайных и вызванных переходным про10 цессом изменений напряжения на дуге в качестве сигнала о сквозном проплавлении, что обеспечивается введением блока формирования длительности гарантированного импульса, а также

15 применением числового дискриминатора.

Швы, сваренные с применением предлагаемого устройства, имеют неравномерность провисания корня

2б шва в пределах 0,15-0,20 мм и удовлетворяют требованиям ло качеству формирования °