Установка для управления процессом сварки неповоротных стыков труб

 

Изобретение относится к сварочной технике, предназначено для программного управления процессом дуговой сварки неповоротных стыков труб и может быть использовано в машиностроении при изготовлении ответственных изделий и магистральных трубопроводов. Цель изобретения - повышение надежности, расширение функциональных возможностей установки и повышение качества сварных соединений неповоротных стыков труб. Установка содержит блоки стабилизации, защиты от перегрузки, логического контроля параметров режима сварки, блок управления электродвигателем. Осуществляется стабилизация скорости вращения сварочной головки на каждом участке сварки. Наличие программного блока позволяет производить программное регулирование и решить проблему комплексной автоматизации сварки неповоротных стыков труб на изделиях в монтажных условиях. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) {И) (51)4 В 23 К 9/10

lb

ГОСУДАРС ГВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4207878/25 — 27 (22) 12,03.87 (46) 23.06.89.Бюл. № 23 (71) В.С.Хаустов, А.П.Смирнов, И.М.Троянов и Н.А.Маркачев (53) 621. 791. 75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР №. 903013, кл. В 23 К 9/10, 1982, (54) УСТАНОВКА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРО—

ЦЕССОМ СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ

ТРУБ (57) Изобретение относится к свароч— ной технике, предназначено для программного управления процессом дуговой сварки неповоротных стыков труб и может быть использовано в машиностроении при изготовлении ответствен-Изобретение относится к сварочной технике и предназначено для комплексной автоматизации и программного управления процессом газоэлектрической сварки неповоротных стыков труб (НСТ) неплавящимся вольфрамовым электродом.

Целью изобретения является повышение надежности установки и качества сварочных соединений НСТ.

На фиг.1 представлена функциональная схема установки; на фиг,2 функциональная схема программного блока; на фиг,3 — функциональная схема блока допускового логического контроля подачи газа, воды и перегрузки .электродвигателя; на фиг,4 — блок управления с указанием входов и выходов; на фиг,5 — временные диаграммы работы блока управления. ных изделия и агистральг "х трубопроводов. Цель изобретения — повышение н ацежности, расшир ение функциональных возможностей устанnò:êï л повышение качества сварньгс соединений неповоротных стыков труб. Установка содержит блоки стабилиз ции, зашиты от перегрузки, логического контроля па— о раметров режима сварки, блок управления электродвигателем. Осуществляется стаб|тлизация скорости вращения сварочной головки на каждом участке сварки, Наличие программного блока позволяет производить программное регулирование и решить проблему комплексной автоматизации сьарки неново- Я ротных стыков труб па изделиях в монтажных условиях, 5 ил, В установку входят (Лиг,1) программный блок 1, блок 2 функционально изменяющегося : напряжения, блок 3 допускового логического контроля подачи газа, воды и перегрузки электродвигателя, блок 4 управления скоростью двигателя и параметрами тока и напряжения источника питания, универсальный источник 5 питания сварочной дуги, блок 6 стабилизации напряжения на электродвигателе, навесная сварочная головка 7, блок 8 защиты от перегрузок и пропадания напряжения, электродвигатель 9 постоянного тока.

Основным блоком установки является программный блок 1, в котором происходит задание длительности цикла сварки НСТ и разбивка его на четыре временных участка, в каждом из которых

1488149

4 постепенно увеличивается скорость вращения сварочной головки.

Этот блок связан с блоком 2 функционально изменяющегося напряжения,который в момент перехода сварочной го5 ловки от участка к участку плавно изменяет ее скорость и устраняет прожоги на трубе, Выходное линейно изменяющееся напряжение с этого блока через ключевые элементы блока 4 управления поступает на блок 6 стабилизации напряжения на электродвигателе. С этого блока напряжение поступает на блок 8 15 защиты от перегрузок и пропадания напряжения, Блок 8 по цепи обратной связи соединен с блоком 6, блоком 3 логического контроля.и источником 5 питания сварочной дуги, Блок 8 защи- 20 ты выдает управляющий сигнал в случае аварийной ситуации на отключение источника 5 питания дуги и выключение блока 6 стабилизации. Через блок 8 поступает напряжение на электродвига- 25 тель 9, а с него — на сварочную го— ловку 7, куда подается напряжение дуги от источника 5 питания.

Блок 3 допускового логического контроля связан с блоком 4 управле- 30 ния и блоком 8 защиты и контролирует подачу газа, воды в сварочную головку и перегрузку электродвигателя по сигналам от датчиков, Программный блок 1 (фиг.2) вклю — 35 чает мостовой выпрямитель (МБ), сглаживающий фильтр (ФС), параметрический стабилизатор напряжения (ПС), составной компенсационный стабилизатор напряжения (КС), тиристорный ком- 4О мутатор (ТК) и реле времени (PB).

Блок 1 является программно-временным устройством и задает необходимую жесткую программу цикла сварки НСТ, Блок 2 функционально изменяющегося g5 напряжения включает резистивные делители напряжения, генератор линейно изменяющегося напряжения и эмиттерный повторитель с обратной связью, С помощью делителей напряжения устанавливается необходимая скорость сварки на каждом программируемом участке в зависимости от диаметра труб. . Блок 3 допускового логического контроля подачи газа, воды и перегрузки электродвигателя (фиг ° 3) сосТо ит из устройства допускового контроля подачи защитнoro rаза, содержащего фотодатчик (ФД) и мостовой выпрямитель (ИВ), сглаживающий фильтр (ФС), полупроводниковый стабилизатор напряжения (ПС), усилитель напряжения (УН), инвертирующий каскад (ИК), ждущий мультивибратор (ИЖ), симметричный триггер (СТ). В устройство перегрузки входят логическая схема совпадения (СС) и релейный усилитель (РУ) с индикацией выходных параметров °

При подаче защитного газа поплавок ротаметра пересекает световой поток, идущий от лампочки к фотодиоду датчика. На выходе усилителя напряжения появляется импульс с плавными передним и задним фронтами нарастания, который подается на вход инвертора, а с него — на ждущий мультивибратор.

Иультивибратор преобразует входной сигнал в прямоугольный импульс и перебрасывает триггер. Последний подает управляющий сигнал на один из входов схемы совпадения, на два других входа которой также поступают управляющие сигналы.от герконового датчика и блока 8 защиты. Схема совпадения включает релейный усилитель, который подает разрешающий сигнал в блок 4 управления

Блок 4 управления скоростью двигателя и параметрами тока и напряжения источника питания содержит мостовой выпрямитель, фильтр, ключевые элементы для подачи управляющего напряжения с блока 2 на блок 6 стабилизации напряжения на электродвигателе, коммутирующие реле для управления источником 5 питания дуги и переключения режима работы электродвигателя, Универсальный источник питания сварочной дуги содержит понижающий трансформатор, тиристорный коммутатор тока,дроссель насыщения, генератор импульсов, стабилизатор. Источник питания обеспечивает сварку НСТ постоянным и переменным током в импульсном и непрерывном режимах, горения сварочной дуги.

Блок 6 стабилизации входного напряжения электродвигателя представляет собой транзисторный компенсационный стабилизатор с последовательно включенным составным регулирующим элементом, однокаскадным УПТ, сравнивающим .элементом и источником опорного напряжения, выполненным по схеме параметрического стабилизатора напряжения. БС обладает значительным

1488149

КПД, имеет высокий коэффициент стабилизации и компенсирует воздействия различных дестабилизирующих факторов.

Навесная сварочная головка 7 сос5 тоит из съемного электропривода вращения, водоохлаждаемой горелки и планшайбы.

Коллекторный токо- и газоподвод и минимальные размеры вращающихся частей сварочной головки, позволяют выполнять автоматическую сварку НСТ в монтажных условиях при любом положении изделия в пространстве.

Блок 8 защиты от перегрузок и 15 пропадания напряжения состоит из электронной схемы с быстродействием

10 мкс, выполненной на датчике сигнала перегрузки и усилителе, а также релейного усилителя с бь1стродей- 20 ствием 500 мс. БЗ исключает недопустимые перегрузки элементов схемы и запирает регулирующий транзистор блока 6 стабилизации при достижении током предельной величины нагрузки. 25

Установка работает следующим образом.

При подаче на установку напряжения 220 В поступает питание на все функциональные блоки схемы, за исклю- Зо чением сварочной головки 7 и электродвигателя 9 (фиг.1).

При наличии воды в системе охлаждения сварочной горелки срабатывает герконовый датчик, который через нор- 35 мально открытые контакты подает разрешающий сигнал управления на один из входов схемы совпадения блока 3 контроля, Наличие защитного газа в сварочной горелке контролирует фото- 4О электрический датчик блока 2, с выхода которого управляющий сигнал поступает на второй вход схемы совпадения. Третий вход схемы совпадения является открытым, и через контакты реле перегрузки блока 8 защиты на нее подается постоянный уровень .напряжения. Такое состояние схемы совпадения разрешает запуск и включение блока 4 управления электродвигателем.

При нажатии кнопки "Пуск", расположенной на пульте управления включается программный блок 1„ представляющий собой временное устройство с ключевыми элементарны, который запускает блок 2 функционально изменяющегося напряжения. В этом блоке происходит интегрирование изменяющегося управляющего напряжения, уровень которого задается переменными резисторами в зависимости от необходимой скорости сварки, это напряжение через ключевые элементы блока 4 управления поступает на управляющий вход блока 6 стабилизации напряжения электродвигателя, с выхода которого напряжение, стабилизированное на временном участке, поступает на блок 8 защиты от перегрузок электродвигателя. В случае заклинивания электропривода и перегрузки блок 8 защиты вьдает необходимый уровень управляющего напряжения и по цепи обратной связи запирает регулирующий транзистор блока 6 стабилизации, а также вьдает сигнал с релейного усилителя на аварийное отключение источника питания 5 сварочной дуги, Кроме того, блок 8 защиты снимает управляющий сигнал в схеме совпадения блока 3 контроля. Этот блок вьдает запрещающий сигнал на блок 4 управления, который останавливает процесс, т.е, движение сварочной головки вокруг стыка трубы, и выключает источник питания дуги.

При отсутствии перегрузки сварочная горелка вращается от электродвигателя вокруг трубы с заданной Н2 каждом участке скоростью, определяемой программным блоком 1 и блоком 2 функционально изменяющегося напряже- . ния.

Технологический процесс сварки неповоротных стыков труб осуществляется в следующей последовательности.

На свариваемую трубу устанавлива- . ется сварочная головка так, чтобы сварка НСТ начиналась в зените. От сети включается установка, источник питания дуги, на дистанционном пульте управления задается необходимый сварочный ток °

В соответствии с картой режимов сварки НСТ на программном блоке устанавливается необходимое время сварки для каждого участка трубы, От водопроводной сети через гидравлический герконовый датчик подается вода для охлаждения сварочной горелки.

По ротаметру с помощью фотодатчика устанавливается необходимый расход защитного газа для сварки НСТ, о наличии которого свидетельствует световая индикация. Нажимается кнопка

"Пуск", расположенная на дистанционном пульте управления установки. Загорается сварочная дуга, и после за1488149 держки 3-5 с плавно начинает вращаться сварочная головка вокруг трубы с необходимой скоростью, После перекрытия шва на НСТ по истечении определенного времени автоматически сни5 жается сварочный ток и головка останавливается: процесс сварки закончен, Рассмотрим функционирование блока управления (фиг,4).

При подаче защитного газа в зону сварки и воды в систему охлажедния сварочной головки на 3-м входе блока управления (фиг ° 4) управления появляется разрешающий сигнал длительностью t „ (фиг.5 ), поступающий с блока 3 логического контроля установки, Автоматический запуск цикла сварки труб осуществляется при нажатии кнопки

"Пуск", расположенной на дистанционном пульте управления. В этом случае на 1-й вход блока 4 поступает управляющий сигнал от блока 1 (блок 1 зада— ния программы определяет длительность всего цикла t сварки трубы и условно разбивает периметр стыка на четыре временных регулируемых участка I-IV). От совместного воздействия двух сигналов U в„,и U z„„ Hà

1-м выходе блока 4 появляется сигнал для управления источником 5 и включения сварочной дуги, Зажигается дуга, ток которой задается сварщиком на дистанционном пульте блока 4.

На 2-й вход блока 4 поступает от блока 2 управляющее напряжение, уровень которого задается переменными резисторами в зависимости от необходимой скорости сварки труб. Это функционально изменяющееся напряже40 ние длительностью t через транзисторный ключ, который управляется от блока 3, и линию задержки появляется на 2-м выходе блока управления с временной задержкой Г после зажигания сварочной дуги, Напряжение

Бц„,„ подается на блок 6 для регулирования опорного напряжения (уставки) компенсационного стабилизатора и вращения электродвигателя 9.Электродвигатель набирает обороты, и сварочная головка 7 начинает вращаться вокруг трубы с заданной скоростью, После того, как блок 1 перестает выдавать управляющее напряжение длительностью t автоматически снижается ток и сварочная головка постепенно замедляет свое движение за время

t „вокруг трубопровода, процесс сварки заканчивается.

При отсутствии защитного газа или воды в системе охлаждения сварочной головки управляющее напряжение на

3-м входе блока управления отсутствует, и по этой причине невключается сварочная дуга от источника 5 и электродвигатель от блока 6, Таким образом, блок управления циклом сварки является командным устройством и воздействует на работу источника питания сварочной дуги и электропривод головки, В блок управления входят выпрямителя, выполненные по мостовой схеме, транзисторный фильтр, снижающий уровень пульсаций тока для.питания блока б стабилизации, линия задержки, транзисторный ключевой элемент, схема совпадения, быстродействую|цие электромагнитные реле, сигнальные элементы, позволяющие оператору визуально наблюдать последовательность прохождения команд при сварке трубопровода.

Формула изобретения

Установка для управления процессом сварки неповоротных стыков труб, содержащая последовательно соединенные программный блок, блок функционально изменяющегося направления, блок управления электродвигателем и параметрами сварочной дуги, вход которого соединен с выходом программного блока, и источник питания., о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью.повышения надежности установки и качества сварочных соединений труб, она содержит. последовательно соединенные блок стабилизации напряжения электродвигателя, блок защиты от перегрузки и пропадания напряжения, блок логического контроля и блок управления электродвигателем, второй выход которого соединен с первым входом блока стабилизации напряжения электродвигателя, второй вход которого подключен к первому выходу блока защиты от перегрузки.

1488! 49

Фиа 7

И-7

dm гертиа 0а Я И- Ю

Фж Ю.

l 488 1 49

ФхГ

Угыяг

Составитель В. Пучинский

Техред Л.Олийнык Корректор H.Êîðîëü

Редактор В. Петраш

Заказ 3497/17 Тираж 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101