Способ управления процессом зонального отжига

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 С 21 D 11 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /" :.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3700292/22-02 (22) 08.02.84 (46) 07.04.86. Бюл. 9 13 (72) А.Г.Бутковский, Е.П.Чубаров, В.А.Кубьппкин, А.Г.Смирнов, Г.А.Ильченко, УЗ.В.Полоскин, Л.Б.Коц и В.Е.Соколов (53) 621,365.52(088.8) (56) Васильев А.В., Энго И.К. Автоматизация пламенных печей в машиностроении. М.: Металлургия, 1970, с. 24, 46, 55, 198, 200. (54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ . ЗОНАЛЬНОГО ОТЖИГА, заключающийся в равномерном перемещении объекта отжига относительно трех источников нагрева, измерении температуры и скорости изменения температуры поверхности объекта в зоне каждого источника нагрева, сравнении измеренных значений температуры с заданным значением температуры и изменении мощности нагрева, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повьппения качества отжига, мощность каждого из трех источников изменяют пропорционально разности измеренной и заданной температур объекта в начале зоны нагрева, скорости изменения этой разности и текущей величине изменения мощности данного источника, причем указанные изменения мощности производят с запаздыванием, равным времени прохождения каждой точкой объекта расстояния, равного длине источника, мощность которого, изменяют.

1722691

Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано при управлении процессами зонального отжига металлоизделий при помощи индукционных, элЕктронно- «8) лучевых и других термических установок, в частности для отжига протяженных объектов, перемещаемых в процессе отжига относительно источника меньших размеров, чем отжигаемый объ- 10 ект.

Целью изобретения является повышение качества отжига.

На фиг.1 приведена схема устройства, реализующего способ управления; на фиг.2 — распределение мощностей трех последовательно расположенных источников F, F и У и распределение температуры Я,(х) в зоне нагрева О, создаваемой этими источниками; на фиг.З вЂ” изменение уклонения температуры ЬЯ в зоне первого источника при ступенчатом возмущении по температуре в начале первого источника. 25

Способ рассматривается на примере зонального отжига кольцевого объекта (фиг, 1).

При отжиге кольцевых объектов необходимо корректировать мощность источника, так как начиная с некоторого момента времени в зону нагрева приходят точки объекта с отличной от нуля и оприорно неизвестной температурой. 35

Кольцевая тонкостенная деталь 1 отжигается при помощи последовательно расположенных источников 2-4. Деталь

1 вращается в процессе отжига с постоянной угловой скорос.гью и таким 4Î образом, чтобы все ее точки последовательно проходили зону нагрева OS.

Температура в точках О, 1,, 1,, и

1> измеряется пирометром 5 со сканируюшим зеркалом 6, приводимым во вра- 45 щение приводом 7.

Информация о положении контролируемой точки со сканирующего привода 7 подается в блок 8 синхронизации и дешифратор 9, а оттуда — на вход блока 10 задания температуры и в вычислительное устроиство 11.

В блоке 12 сравнения сигналы с пирометра, соответствующие текущему значению температуры в контролиру- >> емых точках, сравниваются с сигналами, соответствующими требуемому значению температуры. Сигналы, соF, =F, +tF,, Jf где F, программная составляющая, обеспечивающая иагрев объФ екта до температуры Я, при ago = О; ь F — переменная составляющая, компенсирующая уклонение о

Величина лУ,, формируется следующим образом.

В установившемся режиме p (t)

p, ь p, (t) = 0 и программное управление F, обеспечивает в точке

М х=1 температуру О . При этом h F,(t)=

= О.

Предположим, что в момент времени

0 изменилась скачком температура материала, входящего в зону нагреответствующие разности температур, с блока 12 сравнения подаются на вход вычислительного устройства 11, в котором вырабатываются сигнаЛы, соответствующие значениям управляющего воздействия каждого из трех источников.

На выходах блоков 13-15 управления формируются сигналы, пропорциональные величинам мощности соответствующих источников 2-4.

Сущность изобретения состоит в следующем.

При отжиге требуется нагреть каждую точку изделия до заданной температуры Я и выдержать ее при этой температуре в течение заданного времени Т . Причем в зону нагрева иэделие поступает с температурой, ш, которая может отличаться от расчетного значения р на некоторую неизвестную заранее величину ь p,(t, = ф,(t) — foal

Объект при его равномерном перемещении последовательно без пауз нагревается при помощи трех источников интенсивности F, У и Р

Первый источник интенсивности F предназначен для компенсации потерь тепла вследствие теплопроводности на участок Х < О и для нагрева точек объекта от температурыfu, до заданной температуры А,. При этом по из% меренным значениям ц, (ь) формируются сигналы ьр, (t ) и д р,(t), а величина

F,(т,) изменяется таким образом, чтобы температура в точке х=1 достигала всегда одного и того же значения

Величина F1 задается в виде суммы!

22269) 10

20

0

К,К - коэффициенты пропорциональности, Управление, пропорциональное производной от возмущения, компенсирует скачок температуры в точке x=1

30 а управление, пропорциональное возмущению уменьшает уклонение температуры до нуля за время

Поскольку управлений aF< (t) распределено на всем отрезке (0,1,), то в момент t = c температура скачком изменится не только в точке х=

=1, а на всем отрезке 0,$ и в точке х=0 появится скачок температуры, величина которого равна К, (фиг.Зв).

После того, как этот скачок, перемещаясь вдоль отрезка (0,1<3 (фиг.Зг), подойдет к точке x=ll, величина его вследствие теплоотдачи станет равной

К, (фиг.Зд). Для его компенсации

45 потребуется новая комбинация сигналов 4 ро, ь р сдвинутых. на 27.

В результате:, qt)= x,(x, („,(t-;)+,üð,,(t:) (- (к*, (х, ь р, (t-2;I i K, i р, (Л - 2 I)

04ф сЯ где К -К

При использовании предлагаемого способа снижается процент брака за счет контроля температурного режима с помощью оптического пирометра и гибкого управления "введением" энергии в зону отялта, а также снижается расход материалов за счет обеспечения требуемых прочностных свойств при повышенной пластичности сварных соединений. ва, т.е. изменилась скачком величина ь(п, от нуля до единицы (фиг.За).

Тогда к моменту времени 1=1 /V (где V — линейная скорость движения источников относительно изделия) уклонение температуры и Q в точке х=

=1, равно дД = К,ьp, = К,, где К,(1— коэффициент, учитывающий остывание материала за время его прохода от точки x=0 до точки x=1((фиг ° Зб). Для того, чтобы компенсировать это возмущение в точке x=1 управление

F (t) формируется пропорционально сумме возмущений температуры в точке x=1 и производной по времени от ! возмущения в точке x=1

at,ill=-к,(к,r y,(с=l ° к,kpr. (t.-".1); ф

В момент t = 27: образуется новый меньший скачок температуры в точ2 ке x=0, равный К, (фиг.Зе). Дляоего компенсации потребуются сигналы b p и и ш,, сдвинутые на З . Получаем управление d F,(t)a следующем общем виде: ь

aF,(Ö*-k,IK,ь(п,(t- )+К с,(п,(t-")j+

ittqK ikl" (ê,o er.(t-(v.slåiikqiiy,it-iv °

Ч=f

Из полученного выражения следует, что второе слагаемое представляет собой величину F<(t- ).

Таким образом, выражение для

kF,(t) можно записать.в виде Г г по(")+К pä(4-"<.))ФК ьР,(-(,), (3)

Аналогичным образом для второго и третьего источников: х(М= (К е (t-"Л+Кгп е (А +KehFz(t "Д (4) Ю ГК7пРР (t 4 8 Р6 (" ) 9 (Л р д 2 (12 1)ч Л Ы вЂ” коэффициенты пропорциональности; — скорость. движения объекта.

Предлагаемый способ повьппает качество отжига путем обеспечения заданного температурного режима с более высокой точностью. Например, при отжиге тонкостенных сварных соединений иэ термоупрочняемого сплава ВТ-9 обеспечивается точность поддержания температуры в зоне отжига 900+l5 С.

)222691

Фие 2

Составитель Т,Наумова

Редактор A.Åàíäîð Техред Г.Гербер Корректор С.Черни

Закаэ 1670/25 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4