Способ автоматического управления термическим циклом контактной сварки и устройство для его осуществления
Изобретение относится к сварочной технике, в частности к области технологии контактной точечной сварки и найки, и может быть исно. 1ьзовано в различных отраслях нромьипленности. Цель изобретения - повышение качества соединения. В способе унравления носле прохождения первого импульса сварочногч) тока определяется средняя теплоемкость зоны сварки. В последующем определяют ко.чичество энергии, необходимой для нагрева соединения до заданной в этом импульсе температуры зоны соединения с учетом полученной в предыдущем чикле средней теплоемкости и необходимого прирапдения температуры в этом цикле. Исходя из этих значепи11, определяют необходимое значение импульса сварочного тока. В устройстве для реализации такого способа унравления но первому импу.тьсу с тактового генератора I запускаются задатчик термопикла 2, источник сварочного тока 4 (через схему задержки 3) и блок вычисления 5 параметров управления, а также формируется управляющий сигнал на выходе блока 13 управления ключом 9. Величина первого импульса сварочного тока задается задатчиком 6. В блок вычисления 5 поступает информация о мгновенных значениях тока и напряжения сварочного импу.чьса. В момент включения ключа 9 значение те.мнературы. измеренное тёрмонарой электрод 10 - шуп П, регистрируется в блоке вычисления 5, который производит вычисление средней теплоемкости и величины управляюшего сигнала. Полученный сигнал через блок коммутации 7 поступает на унравляюший вход источника сварочного тока 4. Способ позволяет стабилизировать термоцикл и тем самым улучшить повторяемость параметров соединения. 2 с. и 3 з.и. ф-лы, 5 ил. I (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51) 4 В 23 K 11 !О
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4139538/25-27 (22) 28.10.86 (46) 30.07.88. Бюл. ¹ 28 (72) 1О. А. Мишунин и С. Н. Смелков (53) 621.791.763.1.037(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 888492, кл. В 23 К 11/10, 1981.
Авторское свидетельство СССР
¹ 432992, кл. В 23 К 11/10, 1973. (54) С11ОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВ,/!ЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИМ ЦИКЛОМ
КОНТАКТНОЙ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО
Д.)Я ЕГО ОСУ1ЦЕСТВЛЕНИЯ (57) 11зобретепие относится к сварочной технике, в частности к области технологии контактной точечной сварки и пайки, и может быть использовано в различных отрас;IHx промышленности. Цель изобретения повышение качества соединения. B способе управления после прохождения первого импульса сварочного тока определяется средняя теплоемко Tb зоны сварки. В последующем определяют количество энергии, необходимой !ля нагрева соединения до заданной вэтом импульсе температуры зоны соединения с учетом полученной в предыдущем
„„SU„„1412908 А1 цикле средней теплоемкости и необходимого приращения температуры в этом цикле. Исходя из этих значений, определяют необходимое значение импульса сварочного тока.
В устройстве для реализации такого способа управления по первом) импульсу с тактового генератора запускаются задатчик термоцпкла 2, источник сварочного тока 4 (через схему задержки 3) и блок вычисления 5 параметров управления, а также формируется управляющий сигнал Hd выходе блока 13 управления ключом 9. Величина первого импульса сварочного тока задается задатчиком 6. В блок вычисления 5 поступает информация о мгновеHHblx значениях тока и напряжения сварочного и.мпульса. В момент включения ключа 9 значение температуры. измеренное термопарой электрод
10 — щуп 11, регистрируется в блоке вычисления 5, который производит вычисление средней теплоемкости и величины управляющего сигнала. Полученный сигнал через блок коммутации 7 поступает Hd управляющий вход источника сварочного тока 4. Способ позволяет стабилизировать термоцикл и тем самым улучшить повторяемость параметров соединения. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
1412908
15
30
Изобретение относится к сварочной технике, в частности к технологии контактной точечной сварки, преимущественно деталей малой толщины, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.
Целью изобретения является повышение качества соединения путем более точного контролирования процесса его нагрева импульсныM током.
На фиг. 1 представлена блок-схема уст ройства; на фиг. 2 — — зависимосп температуры (Т) и сварочного тока (1) в зоне сварки; на фиг. 3 — — диаграммы входных и выходных сигналов блоков устройства; на фиг. 4 и 5 — структурные схемы блока упр ав.ll IIHH ключом и задатчика тер IoIIHKëd соответственно.
Устройство содержит тактовый генера1 ! ор 1, задатчик 2 термоцикла, схему 3 за. держки, источник 4 сварочш>го тока, блок 5 вычисления параметра управления. задатчик 6 первого импульса, блок 7 коммутации, датчик 8 тока, ключ 9, элекз роды 10, измерительные щупы 11, усилитель 12 постоянного гока, блок 13 управления ключом. (.пособ осуществляют следующим образом.
I1o первому импульсу с тактового генеpdlop I 1, частота импульсов которого определяет частоту сварочного тока, запускается задатчик 2 термоцикла (программное устройство).
Задатчик 2 термоцикла формирует функцию заданной температуры для момента
O oI«la»IIII импульса сварочного тока. ОдноЬре., енно с за.датчика 2 термоцикла через схему 3 задержки запуска|огся источник 4 сварочного тoKd и олок 5 вычисления параметра управления.
Блок 5 вычисления параметра управления выполнен на основе микроЭВМ и содержит следукгшие устройства: аналого-цифровые преобразователи (ЛЦГ!) для преобразования аналоговых сигналов, поступающих «а входы блока 5, в цифрозой код; цифроаналоговый преобразователь (ЦЛГ1), осуществляющий преобразование цифровых сигналов из микроЭВМ в аналоговые; устройство сопряжения вышеперечисленных устройств и генератора 1 с микроЭВМ.
Величина первого импульса сварочного тока задается задатчиком 6 первого импульса (источник опорного напряжения), выход которого соединен с блоком 7 коммутации, который при отсутствии сигнала с блока 5 вычисления параметра управления пропускает сигнал с задатчика 6 первого импульса на управляющий вход источника 4 сварочного тока. Величина первого импульса ollpp;låляется опытным путем. При формировании источником 4 сварочного тока импульса сварочного тока информация о мгновенных значениях тока и напряжения в зоне сварки начинает поступать с датчика 8 тока и измерительных щупов 11 в блок 5 вычисления параметра управления. Г!о сигналу с тактового генератора 1 формируется управляющий сигнал на выходе блока 13 управления ключом, по которому ключ 9 размыкается и безынерционная термопара, образованная электродом 10 и измерительным щупом 11, отключается от усилителя 12 постоянного тока. При отсутствии сварочного тока по сигналу с датчика 8 тока формируется противоположный предыдущему сигнал на выхо<е блока 13 управления ключом, по которому ключ 9 замыкается. Значения температуры в момент включения и выключения ключа регистрируются в блоке 5 вычисления параметра управления.
При этом производится вычисление средней теплоемкости зоны сварки из выражения х, Г = S ua т, — T„ где 1 — мгновенное значение сварочного тока; !
7 — м гновенное значение напряжения между электродами;
1н„— время начала импульса сварочного тока;
1», — время окончания импульса сварочного тока;
Т, — температура в момент времени, соответствующий началу импульса; г»,-температура в момент времени, соответствующий окончанию импульса.
При поступлении второго импульса с тактового генератора 1 в блок 5 вычисления параметра управления с выхода задатчика
2 термоцикла поступает информация о значении заданной температуры, соответствуюгцей концу импульса сварочного тока, и регистрируется значение температуры в зоне сварки в это же время. Затем производится вычисление величины управляющего сигнала, исходя из количества тепловой энергии, которое необходимо затратить для того, чтобы разогреть зону сварки к моменту окс нчания импульса тока до заданной температ ы уp
Q=-С, (Т», — T„,). где Т„„,д — тем пература, заданная в момент времени, соответствующий концу 2-го импульса;
Т,, — температура в момент времени, соответствующий началу 2-го импульса;
С, — средняя теплоемкость зоны сварки, вычисленная при прохождении предыдущего импульса сварочного тока.
Теплоемкость зоны сварки при прохождении двуx следующих друг за другом импуль1412908 сов сварочного тока практически не изменяется из-за малого времени между ними (0,1 — 2 мс) и незначительного увеличения температуры зоны сварки при прохождении одного импульса сварочного тока, равного
1 — 5 С. Полученный таким образом на выходе блока 5 сигнал через блок 7 коммутации поступает на управляющий вход источника 4 сварочного тока.
Второй тактовый импульс поступает также на вход схемы 3 задержки, а затем на вход источника 4 сварочного тока, который начинает формировать второй импульс сварочного тока. Задержка тактового импульса происходит на время, вычисленное в блоке
5 выражением: !
q =- С„(Т„, — T„).
В случае отсутствйя сигнала с выхода блока 5 вычисления параметра управления на управляющий вход источника 4 сварочного тока поступает сигнал с задатчика первого импульса (фиг. 3 III), что необходимо в.случае отказа блока 5 вычисления параметра управления, а при наличии сигнала (фиг. 3 VIII) блок 7 коммутации подключает выход блока 5 к входу источника 4.
Учитывая, что время задержки на несколько порядков меньше постоянной времени проводимого теплового процесса, погрешность измерения температуры в каждом цикле, связанная с этим, незначительна.
При появлении второго импульса сварочного тока, как и при первом, определяется средняя теплоемкость зоны сварки, и по следующему тактовому импульсу рассчитывается величина управляющего сигнала, и так далее.
Достижение в какой-то определенный момент времени в процессе сварки заданного значения температуры не означает прекращение процесса, длительность которого задана.
На фиг. 2 (вверху) показаны зависимости температуры в зоне сварки (пайки), внизу — осцилограмма сварочного тока, проходящего через соединение. Обе осцилограммы совмещены во времени. На. диаграмме
Т= f(t+ х.„„„) — функция заданной температуры, которую нужно получить в зоне пай- 45 ки в результате автоматического управления процессом, смещенная во времени на длительность импульса сварочного тока х.„„
Значения температур Т», и Т», соответствуют началу т„„ и концу 1„, второго импульса, Т, соответствует началу третьего им- 50 пульса, t„, . Т»„щ соответствует заданной температуре, которая должна быть достигнута после прохождения третьего импульса.
На осцилограмме сварочный ток имеет разнополярные импульсы. Для работы устройства датчиком тока сигнал преобразуется в однополярный.
Структурная схема блока 13 управления ключом представлена на фиг. 4.
В состав блока 13 управления ключом входят триггеры 14 и 15, клк>ч 16, компаратор 17, инвертор 18.
Схема работает следующим образом.
В исходный момент триггеры 14 и 15 установлены в нуль сигналом с генератора l.
При этом ключ 9 разомкнут и сигнал с термопары, образованной электродом !О и измерительным щупом 11, на вход усилителя постоянного тока не поступает. На выходе компаратора 17 в этот момент присутствует сигнал логического нуля, а на выходе инвертора 18 — логической единицы.
В момент прихода импульса тока с датчика 8 сигнал на выходе компаратора 17 становится равным логической единице, и в то же время триггер 15 переключается и открывает ключ 16. На выходе инвертора 18 в это время присутствует сигнал логического нуля, по которому триггер 14 не меняет
ceoeIo состояния.
При уменьшении импульса тока до нуля на выходе компаратора 17 появляется логический нуль, а на выходе инвертора 18— логическая единица, которая, пройдя через открытый ключ 16, переключает триггер !4, сигнал с выхода которого, в свою очередь, замыкает ключ 9, разрешая тем самым прохождение термоЭДС от термопары на вход усилителя 12 постоянного тока.
Очередной импульс с генератора l иереводит оба триггера 14 и 15 в состояние логического нуля. ключ 16 закрывается и eveма переводится в исходное состояние.
Блок-схема задатчика 2 термоцикла представлена на фиг. 5.
Задатчик термоцикла содержит сглаживающий фильтр 19, инвертор 20, кл «чи 21, 22 и 23, резисторы 24 и 25, конденсатор 26, сумматор 27, источник 28 опорного напряжения.
Задатчик термоцикла работает следуI«щим образом.
Сглаживающий фильтр 19 преобразует им пульсы. поступающие с тактового генератора 1, в постоянное напряжение. При отсутствии импульсов с тактового генератора 1 на выходе фильтра 19 сигнал отсутствует. В этом случае ключ 22 замкнут, а ключ 2! разомкнут. При поступлении сигналов с тактового генератора 1 на выходе фильтра 19 появляется сигнал. Ключ 21 замыкается, ключ 22 размыкается. Конденсатор 26 начинает заряжаться через резистор
24 от источника 28 опорного напряжения. ( источника 28 опорного напряжения на другой вход суммагора 27 поступает также начальное напряжение, равное значению функIIHH заданной температуры в момент времени „„„. Напряжение на конденсаторе 26 и
IIà÷àëüí«å напряжение с источника 28 опорного напряжения складываются на сумма14!2908
Формула изобретения
Кл,оч 23 по каждому импульсу так,о "««! : "и ы <)!)à 1 открывается, формируя им;;у:II., „дания значения температуры.
Бели;ппы резистора 24, конденсатора
26 и опорных напряжений источника 28 устанавливаются, исходя из обеспечения соответствия выходного напряжения с задатчика
:термоцикла 2 требованиям функции задан,ной температуры.
При прекращении поступления импульсов с тактового генератора 1 ключ 2! размыкается, а ключ 22 замыкается. При этом конденсатор 26 разряжается через резистор 25.
Способ автоматического управления термоциклом проверен в лабораторных условиях.
Проводилась пайка предварительно об,lh жепных припоем ПОС 61 медных npo,io,гов ПЭВТЛК диаметрами О, 1; 0,15; 0,2 мм к копгыктным площадкам печатных плат с покрытием ОС вЂ” 61 толщиной 10; 20; 30; () м км. Контактные площадки печатных
:плат имели площадь 5; 10; !5 мм . В качестве флюса использовался флюс ФКТ, предварительно нанесенный на поверхность конi ыктных площадок.
Время пайки выбрано равным 500 мс,,длительность импульса тока пайки — 0,3 мс ((„ ), частота импульсов тока пайки 800 Гц
Регулирование температуры в зоне пайки проводилось по закону где Т. — константа. равная 270 С; — константы, равная 80 мс.
В результате проверки установлено, что отклонение максимальной температуры при прохождении импульса тока от заданной на данный момент не превышало 5ого.
Применение способа автоматического управления термоциклом, учитывающего изменение теплоемкости зоны сварки, позволяет стабилизировать термоцикл, и тем самым улучшить повторяемость параметров соединения.
1. Способ автоматического управления термическим циклом контактной сварки импульсным током, при котором реп стрируют температуру. зоны соединения путем изм рения термоЗДС в моменты прохождения импульса сварочного тока, вычисляют разность полученных значений температуры и сравнивают с заданной, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединения путем более точного контролирования процесса его нагрева импульсным током, определяют среднюю теплоемкость зоны соединения за время прохождения импульса и регулируют количество энергии, подводимой в
55 зону соединения, до достижения максимальной заданной температуры.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что среднюю теплоемкость вычисляют после прохождения каждого импульса сварочного тока по количеству выделенной энергии и разности температур, соответствующих времени окончания и начала импульса, затем в следующем импульсе сварочного тока определяют количество энергии, необходимой для нагрева до заданной в конце этого цик;Ià температуры с учетом полученного в предыдуще.й цикле значения средней теплоемкости зоны соединения, и управляют сварочным током, при этом величина первого импульса задается.
3. Устройство для автоматического управления термическим циклом контактной сварки и пайки импульсным током, содержащее датчики тока и напряжения, безынерционную термопару, соединенную через ключ с усилителем постоянного тока, задатчик термоцикла, блок коммутации, блок вычисления параметров управления, выход которого соединен с первым входом блока коммутации, источник сварочного тока, управляющий вход которого соединен с выходом блока коммутации, отличающееся тем, что, с целью получения качественного соединения путем учета i.ðcëíåé теплоемкости зоны сварки, в него дополнительно введены задатчик первого импульса, блок управления ключом, тактовый генератор и схема задержки, причем выход датчика тока соединен с первыми входами блока вычисления параметров управления и блока управления ключом, второй вход последнего соединен с первым выходом тактового генератора, а выход — с управляющим входом ключа, второй выход тактового генератора через схему задержки соединен с вторым входом источника сварочного тока, а третий выход через задатчик термоцикла — — с вторым входом блока вычисления параметров управления, третий вход которого подключен к выходу усилителя постоянного тока, четвертыи и пятый входы -- к выходу датчика напряжения. а шестой — — к четвертому выходу тактового генератора, кроме того, выход задатчика первого импульса подключен и второму входу блока коммутации.
4. Устройство по и. 3, от гичающееся тем, гго блок управления ключом выполнен в виде компыратора, двух RS-триггеров, инвертора и ключа, при этом первым входом блока является вход компарытора, вторым входом блока — первые входы RS-триггеров, а выходом блока — выход первого Ютриггера, второй вход которого через инвертор и ключ соединен с выходом компаратора и вторым входом второго RS-триггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа.
7 !
T>(;y зад
Тк2
Тн5
Те2
Ту
1 тгад =гк г-,„1.г; . :УЛ .:„, . ..... !
"А К Х !
1т 7)>,1 ! ! ! й. à — Врек)я задержки сигнала Е 5ын- дрема быиисаения (аиг з
5. Устройство но и. 3, отличающееся те)I, что задатчик термоцикла состоит из источника опорного напряжения, сумматора, сглаживающего фильтра, треx клк>(ей, инвертора, RC-пеночки и резистора, нри этом входом задатчика термоцикла является íе(н>сре.ьственно управляющий вход первого ключа и подключенный через сглажива(г>щий фильтр управляющий вход второго ключа, соединенный через инвертор с управляющим входом третьего ключа, выход сумматора через пер«ый кл,Оч, o(IIII(lt с «ы лодом зада г !ики т(пмопикл;1. 11(. !)13ыи «ыхо,(источник;1 oilopного llclllРЯжении пI)<. 3 «тo()(>ll h.IK)÷ соединен с выводом резистор.(R(..-цеllочки, вы>и>д к<н(денсатоnа ко горО)) !(одк.(ю (е к 1>торо)(х
«Ь! ОДХ l(<:1 ОЧ II II V« OIIOP IIO(О и<1 !(Р ЯЖЕН И Я II
О()«(ей т(>яке задатчика, а через резилгор ll третий ключ к o(>l((o т<>чке R(.-цепочки и
l1(р«О)1 \ Бходх <:x м )111тopll, HTopoll вхо,(ко10 торого соединен с третьим 1)ыходо)! исTo÷llè> cI Опорного на((ряжения.
1412908 (î 1авитель 13. Грибова
Редактор .!. 11овкан Техреду И. Верее Корректор т<. Обру >ар
Заказ 3703/!6 Г ир<»к 2 !1отнисное (5!1Иг((1И 1 <><:i.(<рс< вен>и>го кочитета (:(.С.Р по;нь> и и и>бретс<шй и открытий
I I:5():5<>, Москва, >К;55, Раушскан наб.. л. 4 5 (1роиаво (ств< нно- н>лигр»финеско< «;!<«<«ðè>
