Способ управления сварочной горелки относительно стыка

 

Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения при сварке пространственных швов за счет слежения как за серединой стыка, так и за расстоянием до стыка. Электроду задают сложные колебания в плоскости, перпендикулярной направлению сварки, состоящие из основных колебаний, повторяющих по форме профиль разделки стыка (для коррекции положения горелки по горизонтали), и дополнительных колебаний относительно конечной точки расчетного вылета электрода (для коррекции по вертикали). Измеряют сварочный ток. Выделяют гармоническую составляющую сварочного тока на частоте основных колебаний и на частоте дополнительных колебаний. По их фазе и амплитуде определяют знак и величину отклонения электрода от середины стыка и отклонение вылета электрода от расчетной длины. 5 ил.

СОКИ COBtTCHHX

СОЦИАЛИСТ1ИЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU„„159 2

Ai (1) в 23 к9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к лато скамъ саидьтальствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

00 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

flPH ГКНТ СССР (21) 4608616/25-27 (22) 24.11.88 (46) 23.09.90. Бюл. ll 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования (72) В.П. Гарбусенок (53) 621.791.75(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 1087283, кл. В 23. К 9/10, 1982. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ

СВАРОЧНОД ГОРЕЛКИ ОТНОСИТЕЛЬНО CTtlKA (57) Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов. Цель изобретения — повышение качества сварного соединения при сварке пространственHbN швов за счет слежения как за сеИзобретение относится к автоматизации сварочных процессов, а именно к способам автоматического направления электрода по стыку с использованием дуги в качестве датчика при электродуговой сварке угловых швов и швов с разделкой с колебаниями электрода, и может найти применение в машиностроительной, судостроительной и других отраслях промышленности, Целью изобретения является повышение качества сварного соединения при сварке пространственных швов за счет слежения как за серединой стыка, так и за расстоянием до стыка.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления поло2 рединой стыка, так и за расстоянием до стыка. Электроду задают сложные колебания в плоскости, перпендикулярной направлению сварки, состоящие из основных колебаний, повторяющих по форме профиль разделки стыка (для коррекции положения горелки по горизонтали), и дополнительных колебаний относительно конечной точки расчетного вылета электрода (для коррекции по вертикали). Измеряют сварочный ток.

Выделяют гармоническую составляющую сварочного тока на частоте основных колебаний и на частоте дополнительных колебаний. По их фазе и амплитуде определяют знак и величину отклонения электрода от середины стыка и отклонение вылета электрода от оасчетной длины. 5 ил. жением сварочной горелки относительно стыка, при котором электроду 3адают колебания, измеряют сварочный ток, выделяют гармоническую составляющую сварочного тока на частоте колебаний электрода, по фазе этой гармонической составляющей определяют знак, а по амплитуде - величину отклонения горелки от Стыка и формируют сигнал управления приводом коррекции положения горелки относительно середины стыка, электроду задают сложные колебания в плоскости, перпендикулярной направлению сварки, состоящие из основных колебаний (для слежения по горизонтали), повторяющих по форме профиль разделки стыка, и дополнитель"

1593823 ных колебаний относительно конечной точки вылета электрода (для слежения по вертикали), при этом совмещение (электрода с центром разделки при кор5 рекции положения горелки по горизонтали осуществляют по известному способу на частоте основных колебаний электрода, а стабилизацию расстояния от токоподвода горелки до поверхности изделия - на частоте дополнительных колебаний электрода.

На фиг. 1 приведена схема, поясняющая предлагаемый способ; на фиг ° 2Функциональная схема устройства, осу- 55 ществляющего способ; на фиг. 3 и 4графики, поясняющие способ при отсутствии смещения стыка по горизонтали, но со смещением по вертикали (соответ-. ственно с положительным и отрицатель- 2О ным смещением g Z); на Фиг. 5 - графики при смещении стыка одновременно по вертикали и горизонтали.

На фиг. 3-5 приняты следующие обозначения: I(l- осциллограмма сварочного15 тока; Бк(- сигнал на выходе датчика дополнительных колебаний электрода;

U - сигнал на выходе датчика основных колебаний электрода; U« — преоб-. разованный сигнал U„„ U„« - кривая на выходе первого полосового фильтра;

U (— сигнал на выходе первого синхронного детектора; U> — сигнал на управление приводом перемещения горелки по вертикали; П„(>> - сигнал на выхо-35 де второго полосового фильтра; Uz<— сигнал на выходе второго синхронного детектора; U(- — сигнал на управление перемещением горелки по горизонтали,.

Согласно способу основные колеба- 40 ния эле(<трода 1 задают вдоль кромок 2 стыка и одновременно электроду 1 задают дополнительные колебания вокруг точки 0 расчетного вылета на угол P,, При отсутствии смещения стыка от ис- 45 ходного положения (положение 2) точка 0 электрода движется по кромке и при этом сохраняется постоянство расчетного вылета электрода. В этом случае гармоническая составляющая свароч-50 ного тока на частоте дополнительных колебаний электрода относительно точки 0 отсутствует. При смещении стыка бт исходного положения .(положения 2, 2 ) вылет электрода в процессе колеба-55

Э ний меняется на величину 51. Это вызывает изменение сварочного тока и появление гар(4онической составляющей сварочного тока на частоте дополнительных колебаний электрода относительно точки О, фаза которой зависит от знака смещения стыка от исходного положения и при смене знака меняется на 180О. Зависимость фазы гармонической составляющей от знака смещения стыка объясняется тем, что в случае положительного смещения стыка (положение 2 )! при перемещении электрода (( из положения 1 в положение 1 его вылет уменьшается, что вызывает увеличение сварочного тока, в: то время как при отрицательном смещении стыка (попо>кение 2 ) перемещение электрода в

1ом же направлении из положения 1 в положение 1 вызывает увеличение вылета электрода и, следовательно, уменьшение сварочного тока.

Амплитуда гармонической составляющей сварочного тока зависит от величины изменения вылета электрода Ь1, которая определяется величиной смещения Ь Z стыка от исходного положения, углом (3 колебаний электрода и углом 2 О раскрытия кромок стыка.

Устройство, осуществляющее способ, содержит датчик 3 (фиг. 2) величины сварочного тока, первый полосовой фильтр 4, настроенный на частоту дополнительных колебаний электрсда относительно конца вылета, вход которого соединен с выходом датчика 3 сварочного тока через ключ 5, первый синхронный детектор 6, сигнальный вход которого подключен к выходу полосового фильтра 4, а управляющий - к выходу преобразоватепя 7, первый вход которого соединен с выходом датчика 8 дополнительных колебаний электрода относительно конца вылета, а второй с выходом датчика 9 основных колебаний электрода по профилю стыка, привод 10 управления положением горелки по вертикали, вход которого через фильтр 11 низкой частоты подключен к выходу первого синхронного детектора б, второй полосовой фильтр 12, настроенный на частоту сканирования электрода по профилю стыка, вход которого соединен с датчиком 3 сварочного тока, а выход — с сигнальным входом второго синхронного детектора 13, управляющий вход которого подключен к выходу датчика 9 основных колебаний электрода, а выход — к входу фильтра

14 низкой частоты, выход которого

93823

6 выходе второго полосового фильтра 10 (график Un <).

После синхронного детектирования сигнал U „характеризующий величину

1 и знак смещения электрода от центра стыка, с выхода фильтра 14 подают на привод 16 управления перемещением сварочной горелки по горизонтали, который

10 осуществляет совмещение электрода 1 с центром стыка. Одновременно сигнал с выхода фильтра 14 низкой частоты после преобразования в элементе 15 управляет ключом 3, который отключает

15 первый полосовой фильтр 4 от измерителя 3 сварочного тока, снимая тем самым управляющее воздействие с привода 10 перемещения горелки по вертикали. При совмещении горелки с центром разделки сигнал на выходе фильтра 14 низкой частоты равен нулю и, следовательно, ключ 5 переключается в исходное состояние, соединяя тем самым первый полосовой фильтр 4 с датчиком

3 сварочного тока.

При практической реализации спосо35 ба параметры основных колебаний электрода задают исходя из требований технологии сварочного процесса. При выборе параметров дополнительных <олебаний электрода 1 необходимо учитывать следующее. Информативность сигнала, выдаваемого из сварочного то" ка на частоте дополнительных колебаний, зависит от изменения расстояния от токоподвода горелки до изделия, 45 которое зависит от амплитуды колебаний. Кроме того, информативность сигнала зависит от частоты колебаний электрода 1 что обьясняется наличием явления саморегулирования длины дуги.

На практике не всегда представляг ется удобным задавать большие амплитуды дополнительных колебаний электрода 1, так как при этом усложняется подвод горелки к труднодоступным швам, например, при роботизированной сварке. В связи с этим для повышения информативности сигнала на частоте дополнительных колебаний целесообразно повышать частоту колебаний элект5

1 через элемент 15 управления ключом соединен с управляющим входом ключа

5, привод 16 управления положением горелки по горизонтали, на вход которого подается сигнал с выхода фильтра

14 низкой частоты. Основные колебания электрода по профилю стыка и дополнительные колебания относительно конечной точки вылета осуществляет сканатор 7. Питание дуги осуществляет источник 18 сварочного тока.

Устройство работает следующим образом.

Сканатор 17 работает непрерывно.

При смещении стыка от исходного положения по вертикали в сварочном токе присутствует гармоническая составляющая на частоте дополнительных колебаний электрода 1 относительно конечной точки вылета (фиг. 3 и 4). Эта составляющая выделяется на выходе первого полосового фильтра,2 (фиг. 3 и 4, график U и,,,) ° фаза гармонической составляющей о меняется на 180 при переходе электрода 1 с одной кромки стыка на другую в процессе сканирования. В связи с этим для обеспечения соответствия floslApHoc Tl> сигнала на выходе первого синхронного детектора 6 знаку отклонения стыка от исходного положения, сигнал UK с датчика 8 дополнительных колебаний горелки инвертируют в преобразователе 7 в соответствии с сигналом U „ выхода датчика 9 основных колебаний электрода. Полученный в процессе этого преобразования сигнал U „ используют при синхронном детектировании гармонической составляющей сварочного .тока на частоте дополнительных колебаний электрода 1 вокруг конечной точки расчетного вылета. В результате на выходе первого синхронного детектора 6 получают сигнал Uci знак и амплитуда которого характеризует, соответственно, знак и величину смещения стыка по вертикали.

После фильтрации фильтром 11 низкой частоты этот сигнал подают на привод 10 управления положением горелки по вертикали, осуществляющий коррекцию положения электрода до восстановления расчетного вылета.

При смещении стыка по горизонтали в сварочном токе появляется гармоническая составляющая на частоте основных колебаний электрода по профилю стыка. Эту составляющую выделяют на

Таким образом, при смещении стыка одновременно по вертикали и горизонтали корректировка положения горелки начинается с наведения электрода на середину стыка, после чего осуществляется стабилизация вылета электрода.

93823

7 15 рода, что также повышает быстродействие отработки сигнаЛа рассогласования

Испытания способа проводились при сварке угловых соединений в положении "в лодочку" на роботизированном технологическом комплексе типа РТКД-1

Испытания показали, что использование способа позволяет осуществить слежение за серединой стыка с точностью +0,5 мм и поддержание заданного вылета электрода с точностью +0,5мм, что является достаточным для получения качественного сварного шва.

Техническая эффективность от использования способа заключается в расширении круга изделий, свариваемых на автоматических установках сварочными роботами, за счет возможности слежения за пространственным швом с под. держанием постоянства вылета электрода и повышения качества сварного соединения.

Зкономическая эффективность от использования способа заключается в снижении затрат на подготвительносборочные операции за счет. возможности. сварки иэделий при наличии погрешностей сборки и установки, ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я

Способ управления положением сварочной горелки относительно стыка, г при котором электроду задают колебания в плоскости, перпендикулярной стыку, измеряют, сварочный ток, выделяют гармоническую составляющую сва5 рочного тока на частоте колебаний электрода, по фазе этой гармонической составляющей определяют знак, а по амплитуде - величину отклонения горепки от середины стыка и формируют сигнал управления приводом коррекции положения горелки относительно середины стыка, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения при сварке прост5 ранственных швов за счет слежения как за серединой стыка, так и за расстоянием до стыка, электроду задают сложные колебания, состоящие из основных колебаний, повторяющих. по форме профиль разделки стыка и дополнительных . колебаний, осуществляемых относительно конечной точки расчетного вылета электрода, на частоте дополнительных

25 . колебаний выделяют дополнительную гармоническую составляющую сварочного тока, по фазе и амплитуде которой формируют сигнал на коррекцию расстояния сварочной горелки до стыка, причем дополнительные колебания электрода производят на частоте, кратной .частоте основных колебаний, не ниже двух.

l593823

1593823

l

Составитель В. Покровским

Редактор Л. Гратилло Техред Л.Олийнык Корректор Н ° Ревская

Заказ 2794 Тираж 650 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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