Способ управления процессом контактной точечной сварки и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к устройствам для управления процессом контактной точечной сварки. Целью изобретения является повышение качества сварного соединения. Цель достигается тем, что в процессе увеличения межэлектродного напряжения (МН) определяют текущее значение динамического сопротивления между электродами. По достижении им установленного эталонного значения МН стабилизируют. При этом качество сварки автоматически контролируют, сравнением достигнутой величины МН с заданной эталонной величиной . Устройство содержит источник сварочного тока с регулятором, датчики сварочного тока и напряжения между электродами, соединенные с входами блоков деления и умножения, блок управления , три интегратора, три компаратора и четьфе задатчика. Изобретение позволяет осуществить автоматический контроль и -регулирование процесса контактной микросварки, что повьшает выход годных изделий. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. § (Л со о ts5 СЛ (Г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1362591

А1 др 4 В 23 К 11/24

l;

° 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К АВТОРСКОМУ . СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4128198/31-27 (22) 27.06.86 (46) 30.12.87. Бюл. № 48 (71) Рижский политехнический институт им. А.Я.Пельше (72) В.Е.Атауш, В.П.Леонов, З.В.Бумбиерис, E.È.Æåëòoâñêàÿ и А.P.Ãåéстард (53) 621.791.763.1.037(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 761194, кл. В 23 К 11/24, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1058738, кл. В 23 К 11/24, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1214368, кл. В 23 К 11/24, 1984. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КОН.—

ТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к сварочному производству, а именно к устройствам для управления процессом контактной точечной сварки. Целью изобретения является повышение качества сварного соединения. Цель достигается тем, что в процессе увеличения межэлектродного напряжения (MH) определяют текущее значение динамического сопротивления между электродами. По достижении им установленного эталонного значения МН стабилизируют. При этом качество сварки автоматически контролируют сравнением достигнутой величины МН с заданной эталонной величиной. Устройство содержит источник сварочного тока с регулятором, датчики сварочного тока и напряжения между электродами, соединенные с входами блоков 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.

1362591

Изобретение 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 динамического сопротивления 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 ключа 11.

Электронный ключ 11 последовательно соединен с первым интегратором 12 с ключом 13. Заданное значение -Hepгии 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 последовательно соединен с блоком 23 управления, к входу которого подсоединен также выход компаратора 15. Один выход блока 23 управления соединен с. электронным ключом 11, а второй и третий выходы соединены с ключами 19 и 21. Выход третьего интегратора 20 соединен с входом первого блока 24 сравнения. к второму входу которого . подсоединен третий выход датчика 8 напряжения между электродами. Задатчик 25 эталонного значения динамичес. кого сопротивления между электродами

1г соединен с входом второго компаратора 26, к другим двум входам которого подсоединены выход блока 10 деления и четвертый выход блока 23 управления, а выход соединен с входом электронного ключа 17. Второй выход блока

23 управления и выход блока 24 сравнения подсоединены к входам буферного

1 усилителя 27, выход которого соединен с транзисторами 3 регулятора 2 сварочного тока. Четвертый выход датчика 8 напряжения между электродами соединен 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 I a и межэлектродного напряжения U . .Блок 9 умножения перемножает I<> и U> выдавая мгновенное значение (текущее) мощности сварочного тока через электронный ключ 11 на вход интегратора 12. Последний формирует сигнал, пропорциональный введенной энергии между электродами, и подает его на компаратор 15, который сравнивае его с заданным значением энергии сварки, поступающим из задатВб чика 14. Блок 10 деления делит межэлектродное напряжение U на сварочHblA ток 1:, выдавая мгновенное (текущее) зна-.ение динамического сопротивления между электродами на вход компаратора 26, который сравнивает его с заданным эталонным значением динамического сопротивления между электродами из задатчика 25 и л достижении которого электронный ключ 17

1362591 размыкается, и с выхода интегратора

20 с этого момента времени снимается постоянный сигнал, пропорциональный достигнутому значению межэлектродного Б напряжения U . .Последовательно соединенные задатчик 16 скорости нарастания межэлектродного напряжения (через электронный ключ 17) и интеграторы

18 и 20 задают закон квадратичного 10 нарастания межэлектродного напряжения на участке I зависимости U> = f(t) (фиг.2). При этом задатчиком 16 задается скорость нарастания межэлек-. тродного напряжения U . При этом дли- 15 тельность t фронта нарастания межэлектродного йапряжения может принимать значение t,, если динамическое сопротивление R между электродами достигает эталонного значения К. 20 раньше t,,и t, если динамическое сопротйвление достигает эталонного значения позже t . Длительность t„ определяется пропорционально разности между общей энергией V и выделенной энергией за время фронта нарастания t межэлектродного напряжения до U „ „ . В блоке 28 сравнения величина межэлектродного напряжения

U из датчика 8 сравнивается с сиг- 30 налом из задатчика 29 заданной эталонной величины межэлектродного напряжения U и 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

1i, i3, 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, Б0 задающий закон изменения межэлектродного напряжения U . .Буферный усилитель 27 предназначен для усиления сигнала рассогласования по межэлектродному напряжению, снимаемого с блб- Б5 ка 24 сравнения до уровня, потребляемого входными цепями регулятора 2 .сварочного тока, выполненного на управляемых транзисторах 3, коммутирующих сварочный ток от источника 1 тания.

Устройство работает следующим образом (фиг.1 и 2).

От педали механизма сжатия через релейный элемент (не показаны) 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 разрядные ключи 13, 19 и 21 и электронный ключ 11. При этом включаются интеграторы 12, 18 и 20. После этого с задатчика 16 подается сигнал через электронный ключ 17 (исходное состояние ключа замкнутое) на последовательно соединенные интеграторы 18 и

20 и с выхода интегратора 20 на блок

24.-,сравнения. Далее с блока 24 сравнения подается сигнал на буферный усилитель 27, а с него — на регуля-тор 2 сварочного тока. При этом в сварочный (силовой) цепи 4 начинает протекать сварочный ток. Величина сварочного тока I в сварочной цепи

4 и напряжение U между электродами

5 измеряются датчиками 7 и 8, соответственно. После включения сварочного тока блок 9. умножения, входными сигналами ко брого являй+ся сварочный ток Т с датчика 7 и напряжение U 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 R . 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 U подается на один из входов в блок 24 сравнения. С момента включения сварочного тока с задатчика 16 подается опорное напряжение U через 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 U »> dt подается на второй вход блока 24 сравнения. лий. При этом в зависимости от характера возмущающих воздействий в зоне контакта свариваемых деталей (изменение состояния рабочих поверхностей

5 электродов, перекосы электродов, нестабильность работы механизма сжатия и др.) текущее динамическое сопротивление К может достигнуть эталонного заданного значения R за время т.е. раньше какого-то среднего значения tq,или наоборот позже, за время

t, Эталонное задаййое значение динамического сопротивления R» 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, пропорционального текущему значению мощности сварочного тока, о чем поступает сигнала с блока 9 умножения. Интегрирование производится в течение времени, равного длительности сварочного импульса, т.е. <в 1„ с св RC св о о

ЗО где V — энергия, выделившаяся между электродами;

Nñ Uý Iсв текущее мгновенной мощности

RC — постоянная времени время35 зарядной цепи интегратора.

Таким образом, на выходе интегратора 12 формируется сигнал, пропорциональный выделенной энергии между электродами, который подается на пер5 1362591

Таким 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 со.бой 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 I зависимости

f(t) на фиг.2). При достижении текущим значением динамического сопротивления между электродами R в блоке

10 деления установленного заданного эталонного значения динамического сопротивления R из задатчика 25 KQM паратор 26 подает сигнал на размыкание электронного ключа 17. После этого интеграторы 18 и 20 запоминают и поддерживают (стабилизируют) до конца сварки (участок II зависимости U

= f(t) на фиг.2) уровень сигнала, достигнутого с задатчика 16, т.е. далее напряжение между электродами П выдерживается время !:,„ (или

t ) на уровне, достигнутом к моменту совпадения сигналов в компараторе

26 с задатчика 25 и с блока 10 деления, т,е. к моменту размыкания элек- 40 тронного ключа 17. В известном способе (и устройстве) жестко задавались

1 время t q фронта нарастания межэлектродного напряжения и его максимальное значение Б, что довольно, Ъ макс часто в зависимости от возмущающих воздействий в зоне контакта свариваемых деталей приводило или к недогреву свариваемых деталей или к их перегреву, т.е. к нестабильной прочности сварных соединений. Так как динамическое сопротивление между электродами R> характеризует состояние зоны сварки, то автоматическая стабилизация межэлектродного напряжения U в зависимости от достигнутого значения R позволяет повысить стабильность качества сварных соединений и процент выхода годных издевый вход компаратора 15. Второй сигнал на компаратор 15 подается с задатчика 14, которым задается величина энергии, необхоцимой для сварки

W . При достижении сигналом с выхода

c8 интегратора 12 заданного значения с задатчика 14 компаратор 15 подает сигнал в блок 23 управления, который подает команду запрета работы на буферный усилитель 27 и сварочный ток выключателя. При этом в зависимости от времени достижения (момента) текущим К эталонного заданного значеэ ния R межэлектродное напряжение U достигает соответственно при быстром достижении Кэ эталона R значения

U,, a при более медленном — значения

Поэтому при достигнутом значении (. .:,, процесс растягивается во времени

t q, (из-за необходимости выделения

7 136 заданной энергии V ), а при повышенном значении П соответственно процесс сварки более короткий (tö ).

В связи с этим может оказаться, что в зависимости от возбуждающих воздействий текущее межэлектродное напряжение U может выходить за пределы меньше U, или больше U . Поэтому способом и в устройстве предусмотрен контроль качества сварных соединений путем сравнения в блоке 28 в конце сварки перед выключением сварочного тока достигнутого значения U из датчика 8 с эталонным заданным значением из задатчика 29. Результат срав.нения из блока 28 сравнения поступает в блок 30 индикации. Эталонное значение П э (интервал U>, -Пэ определяется для каждого сочетания свариваемых материалов на основе экспериментальных данных. Одновременно с тем, что энергия для сварки M достигает сь 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, 1

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 перекрещио вающихся под углом 80-90 никелевых проволок 0,3-0,5 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„ = 10Н, энергия сварочного импульса И = 1 Дж, стабилизация межэлектродного напряжения U 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 t принимало значения 1-3 мс, длительность tö

1-3 мс, а межэлектродное напряжение

П = 1,6-1,8 В (эталонное значение).

2591

35 тродного напряжения по величине текущего динамического сопротивления между электродами и автоматически осуществить контроль качества сварных соединений путем сравнения достигнутого значения межэлектродного напряжения к моменту стабилизации с эталонным заданным значением. Это позволяет стабилизировать. процесс сварки и исключить выборочный контроль сварных соединений.

Формула изобретения

1. Способ управления процессом контактной точечной сварки, при кото40 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 энергию с заданной величиной, о т л и ч а юшийся тем,.что, с целью повьппения качества сварного соединения, в процессе увеличения межэлектродного

50 напряжения вычисляют текущее значение динамического сопротивления между электродами и при достижении им эталонного значения межэлектродное напряжение далее поддерживают постоян55 ным, полученное значение межэлектродного напряжения сравнивают с заданной эталоннЬй величиной и по результату сравнения судят о качестве сварного соединения.

При этом оптимальной прочностью на срез крестообразного соединения никелевых проволок 0,3-0 5 мм является Р, = 24,8 Н.

Результаты сварки 50 образцов по способу следующие: 45 сваренных образцов показали при испытании на срез положительные результаты P = 27 Н, 10 5 остальных образцов были забракованы, и показаны в блоке индикации и при испытании 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 можно

2р исправить повторной сваркой.

Итак, предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют осуществить автоматическое регулирование (стабилизацию) межэлек9 1362

2. Устройство для управления процессом контактной точечной сварки, содержащее источник сварочного тока, регулятор сварочного тока, датчики сварочного тока и напряжения между электродами, 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 10 пятый и.шестой входы которого — с управляющими входами буферного усилителя, третьего интегратора, первого электронного ключа и второго компара5 тора, 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 вхоgr, дом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом четвертого задатчика, а выход - с входом блока индикации.

1362591

Составитель В.Грибова

Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Редактор Т.Парфенова

Тираж 970 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6339/10

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4