Устройство автоматического управления положением сварочной головки

 

Изобретения относится к области автоматизации сварочных процессов и может найти применение при сварке в среде защитных газов и под флюсом швов с разделкой кромок и угловых швов. Первый канал управления положением сварочной головки включает в себя последовательно соединенные шунт (2) сварочной цепи, датчик (3) величины сварочного тока, полосовой фильтр (4), настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор (5), фильтр низкой частоты (6). Второй вход синхронного детектора (5) подключен к выходу датчика (7) фазы сканирования, вход которого соединен с колебателем (8). Усилитель (10) и привод (11) перемещения головки поперек стыка соединены последовательно. Второй канал управления положением сварочной головки содержит последовательно соединенные датчик (12) сварочного напряжения, триггер Шмитта (13), аналоговый ключ (14), вход управления которого подключен к выходу датчика (7) фазы сканирования. Два выхода аналогового ключа (14) подключены к соответствующим входам первого (15) и второго (16) инерционных звеньев первого порядка, выходы которых подключены к соответствующим входам устройства (17) сравнения аналоговых сигналов, выход которого подключен через сглаживающий фильтр (18) ко второму усилителю (19), выход которого подключен к приводу (20) перпендикулярной коррекции к стыку. Такое выполнение устройства позволяет повысить качество сварного соединения при сварке короткими замыканиями. 2 ил.

Изобретение относится к области автоматизации сварочных процессов, более точно - к автоматизации электродуговой сварки разделанных и угловых швов в среде защитных газов и под флюсом. Оно может найти применение в машиностроении и приборостроении.

До настоящего времени большинство процессов электродуговой сварки ведется вручную, требует высокой квалификации сварщика и поддается автоматизации на массовом производстве лишь при условии качественной разделки швов и высокой точности установки деталей по отношению к сварочному стенду. Это связано с тем, что для получения качественного шва при прочих равных условиях необходимо непрерывное совмещение оси горелки с серединой стыка при неплоских стыках (выпуклых или вогнутых). Таким образом, указанное совмещение является основным условием автоматизации электросварочного процесса.

Известен ряд устройств для наведения электрода на стык свариваемых кромок с использованием дуги в качестве чувствительного элемента (см. Тимченко В.А. и др. Системы автоматического наведения электрода на линию соединения с использованием дуги в качестве датчика. //Автоматическая сварка. - 1981. - 6. - с.59-64).

Известно устройство управления движением сварочной головки относительно оси стыка при механизированном процессе сварки, содержащее датчик сварочного тока (или напряжения), датчик знака отклонения дуги, аналоговые интеграторы, схему управления, привод перемещения сварочной горелки поперек стыка и схему управления этим приводом (патент ФРГ 2533448, МПК В 23 К 9/10, опубликованный 27.01.77).

Недостатком данного устройства является то, что измерение электрических параметров дуги производят в течение одного периода ее качания поперек стыка и, следовательно, результат его зависит от флуктуации тока или напряжения, характерных для процесса электросварки, что снижает качество получаемого шва.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, синхронный детектор, фильтр низкой частоты, усилитель, колебатель, датчик фазы сканирования и привод перемещения сварочной головки относительно стыка (а.с. СССР 1087283, МПК В 23 К 9/10, опубл. в 1982 г.).

Недостаток этого устройства состоит в том, что при сварке стыков с искривленной геометрией и с учетом коротких замыканий при каплепереносе металла оно не обеспечивает требуемого качества.

Задачей изобретения является повышение качества сварного соединения.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее первый канал управления положением сварочной головки, включающий в себя последовательно соединенные шунт сварочной цепи, датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор, фильтр низкой частоты, второй вход синхронного детектора подключен к выходу датчика фазы сканирования, вход которого соединен с колебателем, последовательно соединенные усилитель и привод перемещения головки поперек стыка, дополнительно введены второй канал управления положением сварочной головки, содержащий последовательно соединенные датчик сварочного напряжения, триггер Шмитта, аналоговый ключ, вход управления которого подключен к выходу датчика фазы сканирования, два выхода аналогового ключа подключены к соответствующим входам первого и второго инерционных звеньев первого порядка, выходы которых подключены к соответствующим входам устройства сравнения аналоговых сигналов, выход которого подключен через сглаживающий фильтр ко второму усилителю, выход которого подключен к приводу перпендикулярной коррекции к стыку.

В устройстве автоматического управления положением сварочной головки полосовой фильтр, фильтр низкой частоты, синхронный детектор, усилитель, привод, датчик фазы сканирования, датчик сварочного тока, датчик сварочного напряжения, устройство сравнения аналоговых сигналов, сглаживающий фильтр, триггер Шмитта, инерционные звенья первого порядка, аналоговый ключ используются по своему прямому назначению и широко известны в электротехнике. Однако совокупность соединений, указанная выше, в патентной и научно-технической литературе не обнаружены.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства автоматического управления положением сварочной головки, на фиг.2 - осциллограммы работы устройства.

Устройство автоматического управления положением сварочной головки содержит первый канал управления положением сварочной головки, включающий в себя последовательно соединенные источник питания дуги 1, шунт сварочной цепи 2, датчик величины сварочного тока 3, полосовой фильтр 4, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор 5, фильтр низкой частоты 6, второй вход синхронного детектора подключен к выходу датчика фазы сканирования 7, вход которого соединен с колебателем 8, подсоединенным к сварочной головке 9, последовательно соединенные усилитель 10 и привод перемещения головки поперек стыка 11, второй канал управления положением сварочной головки, содержащий последовательно соединенные датчик сварочного напряжения 12, триггер Шмитта 13, аналоговый ключ 14, вход управления которого подключен к выходу датчика фазы сканирования 7, два выхода аналогового ключа подключены к соответствующим входам первого 15 и второго 16 инерционных звеньев первого порядка, выходы которых подключены к соответствующим входам устройства сравнения аналоговых сигналов 17, выход которого подключен через сглаживающий фильтр 18 ко второму усилителю 19, выход которого подключен к приводу перпендикулярной коррекции к стыку 20.

Устройство автоматического управления положением сварочной головки работает следующим образом.

Колебатель 8, соединенный со сварочной головкой 9, колеблет электрод относительно линии стыка свариваемых деталей. При отклонении сварочной головки 9 от стыка в сварочном токе появляются гармоническая составляющая на частоте колебаний электрода. Эта гармоническая составляющая, пройдя шунт сварочной цепи 2 и датчик величины сварочного тока 3, выделяется полосовым фильтром 4, выпрямляется синхронным детектором 5 с учетом сигнала, поступающего с датчика 7 фазы сканирования. В результате на выходе синхронного детектора 5 формируется выпрямленный сигнал определенной полярности, зависящий от направления отклонения головки 9 от стыка. Этот сигнал сглаживается фильтром низкой частоты 6 и поступает через усилитель 10 на привод перемещения головки поперек стыка 11. С источника питания дуги 1 через датчик сварочного напряжения 12 и триггер Шмитта 13 подается сигнал коротких замыканий прямоугольной формы (фиг. 2, в, г) на вход аналогового ключа 14. В соответствии с сигналом датчика фазы сканирования 7 (фиг.2, б) аналоговый ключ переключается либо на вход первого инерционного звена первого порядка 15, либо на вход второго инерционного звена первого порядка 16. В устройстве сравнения аналоговых сигналов 17 из сигнала с выхода первого инерционного звена первого порядка 15 и сигнала с выхода второго инерционного звена первого порядка 16 вырабатывается сигнал ошибки и, пройдя сглаживающий фильтр 18 (фиг.2, д, е), подается через второй усилитель 19 на привод перпендикулярной коррекции к стыку 20. В результате сварочная головка начинает перемещаться к линии стыка и одновременно производится перпендикулярная коррекция траектории стыка по отношению к траектории движения электрода (фиг.2 а в точках 1 и 2).

При движении электрода точно по стыку (фиг.2, а до точки 1 и после точки 2) число коротких замыканий на обоих стенках стыка будет приблизительно одинаково и сигнал перпендикулярной коррекции будет иметь значение, близкое к нулю. При отклонении траектории стыка от траектории движения электрода (фиг. 2 а в точках 1 и 2) число коротких замыканий на одной из стенок будет намного больше, чем на другой стенке (фиг.2, в, г), и сигнал ошибки будет иметь вид (фиг.2, д, е), который будет стремиться повернуть траекторию к траектории движения электрода в сторону меньшего числа коротких замыканий до перпендикулярности траектории движения электрода к траектории линии стыка.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает большую точность слежения по стыку при учете геометрического искривления линии стыка и коротких замыканий при каплепереносе металла, чем достигается повышение качества сварного соединения.

Формула изобретения

Устройство автоматического управления положением сварочной головки, содержащее первый канал управления положением сварочной головки, включающий в себя последовательно соединенные шунт сварочной цепи, датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор, фильтр низкой частоты, второй вход синхронного детектора подключен к выходу датчика фазы сканирования, вход которого соединен с колебателем, последовательно соединенные усилитель и привод перемещения головки поперек стыка, отличающееся тем, что в устройство введен второй канал управления положением сварочной головки, содержащий последовательно соединенные датчик сварочного напряжения, триггер Шмитта, аналоговый ключ, вход управления которого подключен к выходу датчика фазы сканирования, два выхода аналогового ключа подключены к соответствующим входам первого и второго инерционных звеньев первого порядка, выходы которых подключены к соответствующим входам устройства сравнения аналоговых сигналов, выход которого подключен через сглаживающий фильтр ко второму усилителю, выход которого подключен к приводу перпендикулярной коррекции к стыку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2