Задатчик угла наклона сварочной головки
Владельцы патента RU 2597847:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области электродуговой сварки и может быть использовано в конструкциях задатчиков угла наклона сварочной головки. Задатчик содержит корпус, гравитационно-чувствительный элемент, выполненный в виде маятника, преобразователь угла поворота в напряжение, выполненный в виде потенциометра, регулируемое сопротивление и цепь формирования выходного напряжения, отражающего зависимость угла наклона сварочной головки от положения сварочной ванны на линии шва, включающая в себя сопротивление и стабилитрон, при этом упомянутый маятник закреплен на оси преобразователя угла поворота в напряжение. Сопротивление и стабилитрон упомянутой цепи последовательно включены между средней точкой потенциометра и его движком, причем потенциометр одним концом непосредственно, а другим через упомянутое регулируемое сопротивление соединен с плюсовым выводом задатчика, средняя точка потенциометра соединена с минусовым выводом задатчика, а выводы стабилитрона подключены к выходным выводам задатчика. Использование изобретения позволяет упростить устройство задатчика и его настройку, а также повысить качество сварных соединений. 6 ил.
ЗАДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА СВАРОЧНОЙ ГОЛОВКИ
Изобретение относится к области электродуговой сварки, а именно к маятниковым датчикам пространственного положения ванны, и может найти применение для сварки неповоротных трубопроводных стыков, расположенных в вертикальной плоскости.
Известно устройство для определения углов наклона объектов (SU 1760318 А1, МПК 5 G01C 9/12, опубл. 07.09.1992), содержащее неподвижный корпус, гравитационно-чувствительный элемент, закрепленный на горизонтальной оси вращения, связанной с преобразователем угла поворота, груз и поплавок, связанные с чувствительным элементом симметрично относительно оси вращения.
Конструкция датчика сложна, ввиду чего он не может быть изготовлен без специального оборудования, требующего специальных комплектующих материалов.
Известно устройство, относящееся к области электродуговой сварки, а именно к маятниковым датчикам пространственного положения сварочной ванны. Датчик содержит корпус, неподвижно закрепленный на механизме передвижения сварочной головки, гравитационно-чувствительный элемент, выполненный в виде маятника, преобразователь угла поворота в напряжение потенциометрического типа, блок электрического преобразования сигнала. К выводу преобразователя угла поворота в напряжение, которым являются средняя точка потенциометра и его движок, подключен делитель напряжения, состоящий из последовательно включенных в сопротивления и трех параллельных цепей, одна из которых состоит из диода и нерегулируемого сопротивления, вторая - из диода и регулируемого сопротивления, третья - из стабилитрона, регулируемого сопротивления и диода. Параллельно цепи, состоящей из трех параллельных цепей, подключена мостовая выпрямительная схема, с вывода которой снимается напряжение, предоставляющее закон управления углом наклона сварочной головки в функции пространственного положения сварочной ванны (RU 2241207 С1, МПК7 G01C 9/12, опубл. 27.11.2004 - прототип).
Недостатком является наличие трех параллельных цепей, сочетание которых существенно снижает выходное напряжение и усложняет задачу настройки датчика на необходимый режим.
Задача - повысить чувствительность датчика, модернизировать схему для упрощения настройки режима.
Задатчик угла наклона сварочной головки, закрепленной в механизме передвижения сварочной головки вдоль линии сварного шва неповоротных трубопроводных стыков, также как в прототипе, содержит корпус, гравитационно-чувствительный элемент, выполненный в виде маятника, преобразователь угла поворота в напряжение, выполненный в виде потенциометра, регулируемое сопротивление и цепь формирования выходного напряжения, отражающего зависимость угла наклона сварочной головки от положения сварочной ванны на линии шва, включающая в себя сопротивление и стабилитрон, при этом упомянутый маятник закреплен на оси преобразователя угла поворота в напряжение.
Согласно изобретению сопротивление и стабилитрон упомянутой цепи последовательно включены между средней точкой потенциометра и его движком, при этом потенциометр одним концом непосредственно, а другим через упомянутое регулируемое сопротивление соединен с плюсовым выводом задатчика. Средняя точка потенциометра соединена с минусовым выводом задатчика, а выводы стабилитрона подключены к выходным выводам задатчика.
На фиг. 1 и 2 изображен задатчик угла наклона сварочной головки.
На фиг. 3 представлена электрическая схема задатчика угла наклона сварочной головки, состоящая из регулируемого сопротивления R1 и стабилитрона VD.
На фиг. 4 изображена схема сварки.
На фиг. 5 показан график зависимости угла наклона нормали, проведенной к поверхности стыка через центр сварочной ванны.
На фиг. 6 представлен график зависимости напряжения на выходе от положения движка ПУП, выражающий требуемый закон изменения напряжения на выходе со стороны стабилитрона VD.
Задатчик угла наклона сварочной головки содержит корпус 1, служащий одновременно для закрепления задатчика на корпусе устройства перемещения сварочной головки вдоль линии стыка, преобразователь угла поворота (ПУП) потенциометрического типа 2, гравитационно-чувствительный элемент 3, выполненный в виде маятника, закрепленного на оси преобразователя угла поворота потенциометрического типа 2 с помощью крепежного устройства 4, а также блок электрического преобразования сигнала 5 (БЭПС).
Известно, что при дуговой сварке неповоротных орбитальных стыков «на спуск», расположенных в вертикальной плоскости, необходимо корректировать угол β наклона оси электрода относительно нормали, проведенной к поверхности стыка через центр тяжести сварочной ванны в плоскости стыка. Для этого угол β наклона оси электрода необходимо изменять в зависимости от того, как в данный момент сварочная ванна ориентирована относительно линии действия силы тяжести. Указанное ориентирование шва выражается углом а наклона нормали (проведенной к поверхности стыка и проходящей через центр тяжести сварочной ванны) к вертикали (фиг. 4). Определение пространственного положения сварочной ванны посредством задатчика, установленного на механизме перемещения сварочной головки вдоль линии стыка (сварочной тележке), возможно благодаря тому, что сварочная ванна и сварочная тележка в пространстве жестко связаны друг с другом. Корректировка угла наклона оси электрода в плоскости стыка обеспечивает управление процессом формирования сварного шва, необходимое для удерживания сварочной ванны от вытекания. Согласно проведенным исследованиям одним из оптимальных вариантов зависимости угла β от угла α является зависимость, представленная на фиг. 5. Эта зависимость состоит из трех характерных участков (I, II, III), на каждом из которых характер изменения угла β различен. Для того чтобы осуществить управление углом β, как функцией угла α (в соответствии с представленной на фиг. 5 зависимостью), необходимо получить сигнал, который изменялся бы в функции угла а и отражал бы при этом указанную зависимость.
Следовательно, чтобы качественно выполнить сварной шов, необходимо получить на выходе задатчика требуемую функциональную зависимость напряжения от пространственного положения сварочной ванны при его непрерывном изменении. Использование этой зависимости для управления процессом сварки обеспечивает удерживание сварочной ванны от вытекания во всех пространственных положениях.
Устройство работает следующим образом.
В момент начала движения механизма изменения угла наклона сварочной головки, на котором закреплен корпус преобразователя угла поворота 2 (ПУП) задатчика, движок ПУП находится в точке «b», находящейся на диаметральной плоскости. При движении механизма изменения угла наклона сварочной головки вдоль сварного стыка движок ПУП осуществляет перемещение от положения «b», в котором центр сварочной ванны расположен в самой верхней точке сварного стыка, к положению «е», в котором центр сварочной ванны расположен в самой нижней точке сварного стыка, отстоящему от положения «b» на 180°. Когда движок ПУП находится в положении «с», потенциалы контакта движка ПУП и средней точки потенциометрического преобразователя равны, а напряжение на выходе отсутствует.
При перемещении движка ПУП из положения «b» в положение «с» разность потенциалов между клеммами С и G монотонно убывает до 0, а клемма G является плюсом по отношению к клемме С (фиг. 3).
Когда движок ПУП находится в положении «d», напряжение на выходе БЭПС, обусловленное функцией самого БЭПС, равно напряжению, соответствующему положению движка в точке «b» (фиг. 3).
При дальнейшем движении движка ПУП от точки «d» к точке «е» напряжение возрастает и в точке «е» будет несколько большим, чем в точке «b». В точке «е» открывается стабилитрон VD, имеющий соответствующее напряжение стабилизации, и дальнейший рост напряжения прекращается.
Таким образом, предлагаемая схема существенно проще, надежнее и содержит меньшее количество элементов, осуществляет необходимый закон управления углом наклона и существенно проще в настройке.
Задатчик угла наклона сварочной головки, закрепленной в механизме передвижения сварочной головки вдоль линии сварного шва неповоротных трубопроводных стыков, содержащий корпус, гравитационно-чувствительный элемент, выполненный в виде маятника, преобразователь угла поворота в напряжение, выполненный в виде потенциометра, регулируемое сопротивление и цепь формирования выходного напряжения, отражающего зависимость угла наклона сварочной головки от положения сварочной ванны на линии шва, включающая в себя сопротивление и стабилитрон, при этом упомянутый маятник закреплен на оси преобразователя угла поворота в напряжение, отличающийся тем, что сопротивление и стабилитрон упомянутой цепи последовательно включены между средней точкой потенциометра и его движком, при этом потенциометр одним концом непосредственно, а другим через упомянутое регулируемое сопротивление соединен с плюсовым выводом задатчика, средняя точка потенциометра соединена с минусовым выводом задатчика, а выводы стабилитрона подключены к выходным выводам задатчика.
