Способ измерения активного сопротивления сварочного контура в процессе сварки

 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к шовной контактной сварке и может быть использовано в системе автоматического регулирования процесса шовной контактной сварки тонколистовых материалов толщиной 5-10 мкм. Цель изобретения - упрощение способа измерения сопротивления и повышение точности измерения. Измеряют величины напряжения, тока и времени сварки. Выбирают интервал длительности одного из участков цикла сварки, на котором определяют число переключений тока. Задают величину тока, равную величине амплитуд высокочастотных импульсов тока, на этом же участке цикла сварки и изменяют полярность тока сварки при достижении им заданного значения. По измеренному числу переключений вычисляют по расчетной зависимости величину активного сопротивления сварочного контура. Качество сварных соединений при шовной контактной сварке повышается путем автоматизации процесса управления формой сварочного импульса в процессе сварки при изменении напряжения питания и сопротивления зоны сварки. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

eg В 23 К 11/24

ГОсудАРстВенный нОмитет

fl0 ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4135760/31-27 (22) 20. 10.86 (46) 23,06.89. Бюл, Р 23 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) Ю,И.Драбович, И.О,Слесаревский, 3.В.Демиденко, В,И.Бабиков и С.В.Салко (53) 621, 791 ° 763 (088.8) (56) Орлов Б.Д, и др. Контроль точечной и роликовой электросварки, — И.:

Машиностроение, 19 73, с. 1 70-1 71 .

Гинзбург С.Г. Иетоды решения задач по переходным процессам в электрических цепях. — М.: Советское радио, 1959, с. 34, (54) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СВАРОЧНОГО КОНТУРА В ПРОЦЕССЕ СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварочному производству, а именно к шовной контактной сварке, и может быть иснольэовано в системе автоматического

Изобретение относится к области сварочного производства, а именно к шовной контактной сварке, и может быть использовано в системе автоматического регулирования процесса.шовной контактной сварки тонколистовых материалов толщиной 5-10 мкм.

Целью изобретения является упрощение способа измерения сопротивления и повышение точности измерения.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для реализации спо„„Я0„, 14881 О А1 регулирования процесса шовной контактной сварки тонколистовых материалов толщиной 5-10 мкм. Цель изобретения упрощение способа измерения сопротивления и повышение точности измерения.

Измеряют величины напряжения, тока и времени сварки, Выбирают интервал длительности одного из участков цикла сварки, на котором определяют число переключений тока. Задают величину тока, равную величине амплитуд высокочастотных импульсов тока, на этом же участке цикла сварки и изменяют полярность тока сварки при достижении им заданного значения. IIo измеренному числу переключений вычисляют по рас- Я четной зависимости величину активного сопротивления сварочного контура.Качество сварных соединений при шовной контактной сварке повышается путем автоматизации процесса управления формой сварочного импульса в процессе сварки при изменении напряжения питания и сопротивления зоны сварки. уфг

2 ил. Q0 соба; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие способ измерения активного сопротивления сварочного контура.

Устройство содержит источник питания, силовой выпрямитель 2, транзисторный преобразователь 3, времязадающий блок 4,задатчики 5-10 амплитуд тока сварки, сварочный контур 11, схему 12 управления, схему 13 измерения, триггеры 14 и 15, цифроаналоговый преобразователь 16, блок 17 запоминания, блбк 18 хранения и индиз

14881 кации, источник 19 стабилизированного питания, полуобмотку 20 трансформатора 21 раскачки, усилитель 22 мощности, сварочный трансформатор 23, транзисторные ключи 24 и 25, датчик 26 тока, компараторы 27-32, разделительный диод 33, элементы И 34 и 35, полуобмотку 36 трансформатора 21 раскачки, разделительный диод 37, транзисторные ключи 38 и 39, формирователь 40 импульсов, элемент И 41, квадратор 42, второй квадратор 43, первый блок 44 деления, блок 45 умножения, второй блок 46 деления,тре- 15 тий блок 47 деления, датчик 48 напряжения, второй блок 49 умножения, третий блок 50 умножения, сумматор 51, транзисторные ключи 52 и 53, разделительные диоды 54-57. 20

На диаграммах фиг.2 использованы следующие обозначения: 58 — заданное значение положительной амплитуды тока сварки; 59 — заданное значение отрицательной амплитуды тока 25 сварки; 60 — длительность участка цикла сварки (участка подогрева);

61 — длительность сварочного цикла;

62 — импульсы напряжения, соответствующие моменту коммутации напряже- 30 ния на первичной обмотке сварочного трансформатора; 63 — переменное прямоугольное напряжение на вторичной обмотке (в сварочном контуре); 64 импульсы напряжения при уменьшении сопротивления сварочного контура;

65 — переменное прямоугольное напряжение в сварЬчном контуре при уменьшении сопротивления сварочного контура. 40

Способ осуществляют следующим образом, Подключают источник 1 питания через силовой выпрямитель 2 к транзисторному преобразователю 3. С помощью времязадаюшего блока 4 задают длительность каждого, например, из трех интервалов сварочного импульса и частоту следования сварочных импульсов. Задатчиками 5 и 6 задают ампли-туды тока сварки на первом интервале, задатчиками 7 и 8 — на втором интервале и задатчиками 9 и 10 — на третьем,интервале сварочного импульса.

При определенной величине усилия сжатия токоподводящих электродов в сварочном контуре 11 подают питание в схему 12 управления и в схему 13 измерения. Устанавливают в начальное

60 состояние триггеры 14 и 15, цифроаналоговый преобразователь 16, блок 17 запоминания и блок 18 хранения индикации.

Подают постоянное напряжение источника 19 стабилизированного питания на полуобмотку 20 трансформатора 21 раскачки усилителя 22 мощности.Открывают транзисторы двух плеч мостовой схемы транзисторного преобразователя 3 и подают постоянное напряжение с силового выпрямителя 2 на первичную обмотку сварочного трансформатора 23. Замыкают трансзисторные ключи 24 и 25 .с помощью времязадающего блока 4 и отсчитывают время Т, равное длительности первого интервала сварочного импульса, Измеряют амплитуду тока сварки в сварочном контуре 11 и подают сигнал, поступающий с датчика 26 тока, на входы компараторов 27-32, на второй вход компаратора 27 подают сигнал с задатчика 5 положительной амплитуды тока сварки через транзисторный ключ 24, 1

В момент равенства сигналов, поступающих с задатчика 5 положительной амплитуды тока сварки и с датчика 26 тока сварки, переключают через разделительный диод 33 триггеры 14 и 15 и с помощью элементов И 34 и 35 соответственно отключают от источни-. ка 19 полуобмотку 20 и подключают к источнику 19 полуобмотку 36 трансформатора 21 раскачки, Сигналом с полуобмотки 36 трансформатора 21 раскачки управляют усилителем 22 мощности и коммутируют силовые транзисторы преобразователя 3, Изменяют полярность постоянного напряжения на первичной обмотке сварочного трансформатора 23 и реверсируют ток сварки.

Переключают через разделительный диод 37 триггеры 14 и 15 в момент равенства сигналов, поступающих с задатчика б отрицательный амплитуды тока сварки и с датчика 26 тока сварки. Подключают к источнику 19 полуобмотку 20 и отключают от источника 19 полуобмотку 36 трансформатора 21 раскачки, Сигналом с полуобмотки 20 трансформатора 21 раскачки управляют усилителем 22 мощности и вновь коммутируют силовые транзисторы преобразователя 3. Изменяют полярность постоянного напряжения на

5 14881 первичной обмотке сварочного трансформатора 23 и реверсируют ток сварки.

По истечении времени, заданного

3 времязадающим блоком 4 для первого интервала сварочного импульса, размыкают транзисторные ключи 24 и 25 и замыкают транзисторные ключи 38 и 39, С помощью формирователя 40 импуль- 10 сов >элемента И 41 и цифроаналогового преобразователя 16 формируют сигнал, пропорциональный количеству переключений постоянного напряжения на первичной обмотке сварочного трансформа-15 тора 23 в течение времени Т.

Определяют квадратичное значение сигнала, пропорционального количеству переключений постоянного напряжения на первичной обмотке сварочного транс->О форматора 23 в течение времени T c помощью квадратора 42.

Запоминают сигнал, пропорциональный длительности времени Т, в блоке 17 запоминания и определяют квад- 25 ратичное значение этого сигнала с помощью второго квадратора 43. На выходе первого блока 44 деления определяют сигнал, равный частному от деления сигнала, пропорционального величине 2Ь, на сигнал, пропорциональный времени Т, поступающий с выхода

» блока 17 запоминания, где L — индуктивность рассеяния сварочного трансформатора 23, приведенная к вторичной обмотке, На выходе блока 45 умножения формируют сигнал, пропорциональный произведению двух постоянных сигналов: первого, пропорционального заданному 40 значению амплитуды тока сварки на первом интервале сварочного импульса, и второго, пропорционального постоянной величине 4LW<, где W — число витков первичной обмотки сварочного трансформатора 23.

На выходе второго блока 46 деления определяют сигнал; равный частному от деления сигнала, пропорцио2 нального произведению 4L. W» на I»>, поступающий с выхода квадратора 43.

Определяют сигнал на выходе третьего блока 47 деления, равный частному от деления сигнала, пропорционального постоянной величине

4L W1 Е»дД

2 55 поступающего, с выхода да» второго блока 46 деления, на сигнал, пропорциональный постоянному напряt (t — е ) Есв где I. — амплитуда тока сварки, равная сумме заданных значений положительных и отрицательных амплитуц трка сварки, Есв Езм++ I *

ОбЫЧНО I.с>д= Едад ЕсВ =

= 2 ° Е

U — напряжение, индуктируемое в сварочном контуре 11 U =

U= K«U= — - Е1

1» а

2. 1,>

1 где W - число витков вторичной обй мотки сварочного трансформатора, W = 1; W, — число витков первичной обмотки сварочного трансформатора;

60 6 жению U, поступающий = датчика 48 напряжения.

Вычисляют с помощью второго блока 49 умножения произведение двух сигналов: первого, пропорциональz

W„ I », ного величине - — и второго

Т2 U, » пропорционального величине Р, поступающих соответственно с выходов третьего блока 47 деления и квадратора 42, где P — количество переключений постоянного напряжения на первичной обмотке сварочного трансформато.ра 23 на интервале Т. Формируют с помощью третьего блока 50 умножения сигнал, пропорциональный произведе- нию двух сигналов: первого, пропорционального величине Р, и второго, пропорционального величине 2L/Т, поступающих соответственно с выходов цифроаналогового преобразователя 16 и первого блока 44 деления, Определяют среднее значение активного сопротивления R путем алгебраического суммирования сигналов в сумматоре 51, пропорциональных величи . г

4L W < T1 нам 2Ь/Т и и,и постут1. U

° » пающих соответственно с выходов второго 49 и третьего 50 блоков умножения, В блоке 17 запоминания и блоке 18 хранения и индикации осуществляют хранения и индикацию измеряемой величины сопротивления R

Ток в сварочном койтуре 11 изменяется от одного заданного значения до другого по экспоненциальному закону

ВР

R = А P ср:U

I св R тсь

t2,U

2L

R =

t (3) на

45 2

В и

R =An — — —— ср rU

55

7 14881 — постоянная времени цепи сварочного контура с = L/R, где L — индук тивност

I ность рассеяния сварочного трансформатора, приведенная к вторичной обмотке, определяется конструктивными параметрами сварочного трансформатора; R — активное сопротивление сварочного трансформатора, приведенное к вторичной обмотке. 10

Заменяя в выражении (1) i на Е/R и раскладывая в ряд е ограничива- (ь ясь тремя членами, получим

tR t R

1 — (1 — -- + — — -)) (2)

2I2 J °

Заменяя в выражении (3) I

2I, и U íà U3 /W„, получим

2L 4L ° W<. Iga, R

R t

Полагая, что сопротивление сварочного контура в общем случае изменяется за время интервала Т, определим среднее за время Т значение активного сопротивления R 30

2L 4L W i I ць.

R "Ь ср Т Т2

U п

2 где n — количество измерений сопро35 тивления R на интервале Т, Так как величина индуктивности рассеяния сварочного трансформатора

L êîëè÷åñòâî витков первичной обмотки W заданное значение амплитуды (Э тока сварки I и время Т первого интервала сварочного импульса в процессе сварки не изменяются, то можно записать где

2L 4L W, Таад 2

А = — - = const В = - — - — - const

Т Т2

Причем количество измерений п на интервале Т равно количеству переключений Р: постоянного напряжения на первичной обмотке сварочного трансформатора n=P. Отсюда следует, что величина активного сопротивления сварочного контура пропорциональна величине P:

В конце периода формирования сварочного импульса при размыкании транзисторных ключей 52 и 53 обнуляют цифроаналоговый преобразователь 16 и блок 17 запоминания.

В зависимости от величины активноro сопротивления сварочного контура изменяется время, в течение которого ток сварки нарастает от заданного значения 58 до заданного значения 59 (фиг,2),При одном значении сопротивления сварочного контура на интервале 60 измерения, составляющем часть сварочного цикла длительностью 61,производится некоторое количества 62 переключений постоянного напряжения на первичной обмотке сварочного трансформатора 23, в результате чего на .вторичной обмотке (в сварочном контуре) появляется переменное прямоугольное напряжение 63 с вполне определенной длительностью кажного полупериода, При другом значении сопротивления сварочного контура на интервале 60 произвбдится иное количество переключений постоянного напряжения на первичной обмоте сварочного трансформатора 23, в результате чего на вторичной обмотке появляется переменное прямоугольное напряжение 65.

Пример, Для измерения активного сопротивления сварочного контура в процессе шовной сварки деталей малой толщины, например, из материала 1Х18Н10Т толщиной 0,1 + 0,1 мм (длина. лент 100 мм), задают длительность Т участка подогрева цикла сварки и амплитуду тока сварки I на зад этом же участке.

При определенной величине усилия сжатия токопроводящих электродов в сварочном контуре подают питание в схему управления и в схему измерения. Ведут процесс сварки и измерения активного сопротивления сварочного контура, Измерения проводят в начале каждого цикла сварки.

При апробации способа приняты следующие исходные данные, характеризующие параметры устройства и режим сварки: индуктивность рассеяния сварочного трансформатора, приведенная к вторичной цепи, L = 7,5.10 Гн, d количество витков в первичной обмот1 488 I 60

10 ке сварочного трансформатора N = 20, напряжение на первичной обмотке сварочного трансформатора 1) < = 40 В, интервал измерения Т = З.t0 с эаУ 5 данная амплитуда тока сварки на участке измерения I „= 600 А.

В результате осуществления предлагаемого способа получены следующие значения величин активного сопротивления сварочного контура в процессе сварки: в начале сварки R = 350 х б х 10 йм; в конце сварки R = 390 х х 0 AM.

Результаты измерений показали, что ввиду простоты и надежности устройство для измерения активного сопротивления сварочного контура в процессе сварки может быть применено в составе системы автоматического ,управления сварочным процессом с целью повышения стабильности качества сварного соединения.

Технико-экономический эффект достигается за счет упрощения процес- 25 са измерения и повышения достовер ности результатов измерения вследствие введения операции определения числа переключений тока на интервале, что значительно сокращает затраты рабочего времени и материалов и позволяет решить вопрос об оснащении устройства для шовной контактной сварки блоком измерения активного сопротивления сварочного контура в процессе сварки.

Формула из обретения

В P

U<

R=AP число переключений на выбранном интервале; где P

А и

В постоянные коэффициенты, характеризующие параметры сварочного .трансформатора ! и режим процесса сварки; напряжение источника питания е

Способ измерения активного сопротивления сварочного контура в процессе сварки, при котором измеряют величины напряжения, тока и времени сварки, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа измерения сопротивления и повышения точности измерения, выбирают интервал, равный длительности одного иэ участков цикла сварки, на котором определяют число переключений тока, задают величину тока, равную величине амплитуд высокочастотных импульсов тока на этом же участке цикла сварки,изменяют полярность тока сварки при достижении им заданного значения и по измеренному числу переключений вычисляют величину R активного сопротивления сварочного контура по формуле

1488160 фиг.!

Составитель В.Грибова

Техред Л.Олийнык Корректор Н. Король

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