Способ управления и контроля процесса контактной сварки

 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам управления процессами контактной сварки давлением, и может быть использовано в оборудовании контактной сварки для изготовления ответственных сварных конструкций из легких сплавов сталей и цветных металлов. Изобретение позволяет повысить качество сварного соединения. В качестве управляющего параметра используется напряжение, действующее на сварочном контуре машины, что позволяет вычислить по результатам измерения электрических параметров сварочного контура , в частности, напряжения U между электродами, обладающего прямой связью с качеством сварки. Такой метод получения информации не требует применения ненадежных в эксплуатации датчиков, измеряющих напряжение , что упрощает наладку системы управления и контроля, повьш1ает точность вычислений и качество сварки. 1 ил, 1 табл. СО ND О О со со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОцИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„.1 320033

А1 (5ц 4 В 23 К !1/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / „", . ц/

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3836361/25-27 (22) 04.01.85 (46) 30,06.87. Бюл. ¹ 24 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт электросварочного оборудования (72) М.П .Зайцев (53) 621. 791.762 (088.8) (56) Патон Б.Е,, Лебедев В.К, Энергооборудование для контактной сварки. М.: Машиностроение, 1969, с, 140, Орлов В.Д. и др. Контроль точечной и роликовой сварки. N.: Машиностроение, 1973, с. 15.

Archer G,R. New System for auto matic feedbock control for resistans roelding. Welding Journal,1960, ¹ 4, р. 25. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ

ПРОЦЕССОМ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам управления процессами контактной сварки давлением, и может быть использовано в оборудовании контактной сварки для изготовления ответственных сварных конструкций из легких сплавов сталей и цветных металлов. Изобретение позволяет повысить качество сварного соединения. В качестве управляющего параметра используется на пряжение, действующее на сварочном контуре машины, что позволяет вычислить по результатам измерения электрических параметров сварочного контура, в частности, напряжения U между электродами, обладающего прямой связью с качеством сварки. Такой метод получения информации не требует применения ненадежных в эксплуатации датчиков, измеряющих напряжение U, что упрощает наладку системы управления и контроля, повышает точность вычислений и качество сварки, 1 ил, 1 табл.

t 132003

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам управления процессами контактной свар-.. ки давлением, и может быть использовано в оборудовании контактной свар5 ки для изготовления ответственных ,сварных конструкций из легких сплавов, сталей и цветных металлов.

Цепью изобретения является повышение качества сварного соединения, На чертеже показана блок-схема устройства для управления и контроля процессом контактной сварки.

В современном сварочном производ-" стве для изготовления ответственных сварных конструкций применяются сварочные машины с системами управления, основанными на использовании способов жесткого программного управления процессом сварки с автоматической 29 компенсацией, при воздействии внешних возмущений, отдельных параметров установленного режима сварки, Известно применение математических моделей для прогнозирования качества сварных соединений. Наиболее эффективны детерминированные модели, отображающие физическую сущность сварочного процесса, построения с использованием дифференциальных уравнений теплопро- ЗО водности и электрического потенциала, а также учитывающие впияние ,цистабилизирующих факторов, имеющих место при эксплуатации сварочного оборудования в промышленности, 35

Обычно качество сварного соединения оценивается по размерам сварного ядра. Результирующая ошибка предсказания этого параметра определяется погрешностью вычисления, обусловлен- Щ ной не полным соответствием математического описания модели реальному процессу, ошибками измерений параметров режима сварки и электросварочного оборудования, погрешностью вычиспений.

При использовании в качестве управляющего параметра напряжения, действующего на сварочном контуре, результирующая ошибка сводится к мини- 0 муму °

Действительно напряжение U „ может быть измерено с точностью до пятого знака. Современные датчики тока, например с использованием эффекта Холла, обеспечивают погрешность измерений около одного процента. Большинства параметров, необходимых для йостроения детерминированной модели, 3 2 вычисляются с использованием U u

Ск по точным математическим формулам, например сопротивление свароч1- ск ного контура R „= —., индуктивск ность сварочного контура . „ =К „С где — время нарастания тока i „ до величины 0,632 его установившегося значения, напряжения электрод — элекd c rPott Uzz ="с сн Рс Lt: противление электрод — электрод r>> = оээ — — энергия, выделяемая в зоне ск сварка — сварка (тепловлажение)

t C8

0 ° 24 „ц гэ 1 ск с с и др.

Важным параметром математической модели является отношение полного сопротивления сварочной машины к сопротивлению свариваемой детали. П % так как оно определяет устойчи ээ вость сварочного процесса при износе рабочих поверхностей электродов и изменениях величины сварного давления

Р за счет проявления эффекта саморегулирования процесса сварки,т.е. автоматического возрастания сварочного тока за счет увеличения площади контактов электродов с изделием, Однако для большинства сварочных машин этот эффект проявляется недостаz точно, так как — больше необходи99 мого.

Этот недостаток сварочных машин можно исправить за счет применения систем управления с обратными связями, однако такие системы работают неустойчиво из-за нестабильности эквивалентного значения z сварочной цепи машины.

При использовании в качестве управляющего параметра Цээ эта проблема решается, так как вместо z используются z сварочного контура, параметры которого зависят только от температуры его нагрева, что под- дается контролю и учитывается изменением уставки U, Рассмотренные особенности получения исходных данных для построения математической модели обеспечивают ей высокую адаптичность с реальным процессом.

В качестве конструкций для реализации способа приняты машина для

3 1320033

4 точечной сварки постоянным током ти- томатического изменения установки па MTB-4802 и микроЭВМ типа В7. U „ . После завершения этой операции

Установка состоит из микроЭВМ 1 микроЭВМ каждый раз выдает программу с ее пультом 2 управления, пульта 3 на рабочий режим и контролирует раАоуправления сварочной машины, дисплея ту сварочной установки выдачей нуж4 и печатающего устройства 5, ной информации на дисплей и печать, Сварочная машина содержит управ- сигнализирует о недоступных отклонеляемый угол включения тиристоров Ы ниях в ее работе и диагностирует rrx контактов 6, трехфазный сварочный причины. трансформатор 7, силовой выпрями- 10 Основные технические данные сватель 8 с его внутренним сопротивле- рочной машины следующие. Силовой вынием R 9, сварочный контур с сопро- прямитель шестифазный, выполнен из тивлением R« 10, сопротивление де- шести диодов Д253-4000. Выпрямительтали R 11,,индуктивность 1. 12, ск ный блок расположен непосредственно датчик 13 тока, датчик 14 усилия сжа-15 на трансформаторе, Сварочный контур тия электродов, датчик 15 температу- имеет номинальный вынет и раствор ры охлаждающей сварочный контур воды соответственно 500 и 150 мм. Сопро1 о и датчик 16 педали. тивление сварочного контура при 29 С

Дпя работы системы в микроЭВМ вво- 33,5 Мк Ом. Токи короткого замыкания дятся следующие параметры: напряже- 20 по ступеням трансформатора составляние, пропорциональное напряжению се- ют соответственно 14 кА, 20 кА, 27 кА ти, питающей сварочную машину, напря- и 39 кА. Эквивалентное сопротивление жение установки сварочного контура по ступеням трансформатора 92; 91;

U Ä, напряжение с датчика тока 99 и 85 Мк Ом. Мощность машины при ожидаемые значения напряжения и со- 25 сварке жаропрочной стали толщиной противления электрод — электрод Кд 2,5+2,5 мм íà IV ступени состави U (находятся из технологических ээ ляет 45 кВА. Кратковременная протаблиц или из эксперимента), напря- изводительность 90 сварок в минуту. жения с датчиков на электродах F z Данные по сварке образцов привеи температуры охлаждающей воды T<>rr, 30 дены в таблице (толщина, мм, 2,0+ данные регулировочных и нагрузочных + 2,0). характеристик выпрямителя 8 по сту- Сварка производится на стандартпеням сварочного трансформатора 7, ных образцах при воздействии на пропараметры необходимого режима свар- цесс сварки следующих дистабилизики и допустимые их отклонения, ко-.

35 рующих факторов: изменение напряторые выбираются из памяти ЭВМ или жения в питающей сети на +10 и -157., набираются с пульта 1. изменение сварочного усилия на <.20Х, МикроЭВМ обрабатывают введенные изменении радиуса электродов на данные и фиксируют их в программе, +257, шунтирование с постановкой в том числе и начальные углы I вклю- 40, второй точки на расстоянии 20 мм. чения тиристоров силового выпрями- Управление процессом сварки осутеля. Ступень трансформатора вклю- ществляется по напряжению на свароччается вручную. При первом включении ном контуре, которое устанавливается сварочной машины -микроЭВМ выдает про- в соответствии с параметрами свариваграмму для вычисления параметров сва- 45 емого материала и экспериментальными рочного контура. Для этого сварочная данными, Заданное значение Ч „ подмашина включается в режиме короткого держивается системой обратной связи замыкания электродов. по отклонению микроЭВМ машины с точС целью предупреждения смятия ра- ностью +1K. Качество сварных соедибочих поверхностей электродов про- 50 нений определяется по величине разграмма предусматривает уменьшение рушающего усилия. усилия электродов, времени включения Разброс результатов механических сварочного тока и напряжения на сва- испытаний на срез, характеризующих рочном контуре в определенных со- стабильность процесса сварки, опреотношениях к рабочему режиму. В про- 5> деляется из серии по 10 образцов для цессе работы эта программа периоди- каждого сочетания материалов. чески повторяется с целью исключения По существующим нормам разброс погрешностей измерений от нагрева ма- прочности должен удовлетворять устериала сварочного контура путем ав- ловию

1320033 6

R и 33 обеспечивают получение сварного соединения с заданными размерами ядра.

Тесная связь между этими параметрами сохраняется для разных металлов и сплавов при воздействии возмущающих факторов, таких как колебание напряжения в сети, усилие сжатия электродов, изменение их рабочих поверхностей, шунтирование от ранее сваренных точек.

Контроль качества каждой сварной точки при новом способе сварки, а не выборочный, как это делается сейчас, увеличивает запас прочности сварной конструкции, что позволяет уменьшить количество сварных точек в узле или уменьшить их сечение, что дает возможность уменьшить энергоемкость процесса сварки, увеличить производительность оборудования и уменьшить затраты на электроды.

Надежность средств контроля при оснащении сварочной машины манипуляторами для подачи и съема изделий в процессе сварки позволяет перейти на безлюдную технологию, что обеспечит дополнительный техникоэкономический эффект.

Стабильность качества сварных соединений позволяет уменьшить объем контроля эа счет исключения механических испытаний сварных образцов на срез. Устранение этой операции дает большой экономический эффект. (0 3

Э 9

Материалы

Показатели

Х18 Н9 Титан ОТУ Алюминиевый Латунь

1,ЬО

1,90

8,0

39 кА

Ь,8

0,27

0,76

1,20

1,30 где максимальное, минимальное и среднее разрушение усилия по результатам испытаний К=О, 19 < 0,3.

Таким образом, способ сварки по напряжению на сварном контуре обеспечивает высокое качество сварных соединений при воздействии на процесс сварки дестабилизирующих факторов, имеющих место при эксплуатации сварочных машин в производственных условиях.

В качестве дополнительных критери- 15 ев процесса сварки фиксируются величины Б и R к концу цикла сварки.

Разброс этих величин ограничивается третьим знаком.

Использование способа дает тех20 нологические преимущества по сравнению с известными способами сварки, поэтому создает существенный техникоэкономический эффект. Так, управление процессом сварки по напряжению на вторичном контуре и контроль его параметров стимулирует развитие эффекта саморегулирования процесса, стабилизирует процесс сварки и способствует получению сварных соединений с заданными прочностными характеристиками.

Как известно, сопротивление электрод — электрод r» в процессе сварки уменьшается. Это связано с увеличением площади контакта вследствие нагрева металла и увеличения его пластичности.

Динамика этого процесса определяется плотностью тока в зоне сварки, При неизменной плотности тока, равной заданной, температура плавления металла за время сварки будет достигнута обязательно, Между плотностью тока и напряжением электрод — электрод имеется тесная связь. Таким образом, контроль в процессе сварки формула изобретения

Способ управления и контроля процессом контактной сварки, при котором ведут управление и контроль процесса по управляющему параметру, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, в качестве управляющего параметра используют напряжение, действующее на сварочном контуре машины, 1320033- 8

Продолжение таблицы

Материалы

Показатели

Х18 Н9 Титан ОТУ Алюминиевый Латунь

0,70

0,30

0,90

0,96

10

120

133

Ик OM

0,18

0,08

0,26

0,30

700

350

500

900 даН

100

100

100 мм

7,5

5,5

7,5

СЕль

Составитель В. Грибова

Редактор Э.Слиган Техред М.Ходанич Корректор С.Шекмар

Заказ 256 1/ 13 Тираж 975 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4