Устройство управления высокочастотным нагревом

 

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом стыковой сварки с индукционным нагревом и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - повышение качества сварных соединений за счет обеспечения равномерного нагрева свариваемых поверхностей. Устройство содержит высокочастотный индуктор 3 с источником 11 высокочастотной энергии, связанный с ним регулятор 7 и фотоприемник 1, который оптически связан с регулируемым стабилизированным источником 4 света. Фотоприемник 1 соединен через регулируемый аттенюатор 5 с входом регулятора 7 и входом схемы 8 сравнения. Второй вход регулятора связан с задающим устройством 9, второй вход схемы 8 сравнения соединен с источником опорного напряжения, а выход - с входом запоминающего устройства 6, выход которого подан на управляющий вход регулируемого аттенюатора 5. В устройстве предусмотрена возможность калибровки фотоприемника. В процессе калибровки автоматически устраняется влияние нестабильности фотоприемника на результаты регулирования температуры. Таким образом, обеспечивается управление температурой нагрева с необходимой точностью, а следовательно, повышается качество сварки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 В 23 К 13 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

"lao пвлЕ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4222321/24-27

{22) 06.04.87 (46) 23.05.89. Бiол. ¹ l9 (71) Научно-производственное объединение

«Атомкотлома ш» (72) А. A. Карташев, A. P. Устименко и E. И. Едемский (53) 621.791.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 733919, кл. В 23 К 13/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 570469, кл. В 23 К 13/00, 1975.

„„SU„„1481005 А 1 (54) УСТРОИСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНБ1М НАГРЕВОМ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению процессом стыковой сварки с индукционным нагревом, и может быть использовано в различных отр зол я; машиностроения. Цель изобретения -- повышение качества сварных соединений за c÷Ãò обеспечения равномерного нагрева сваривасмых поверхностей. Устройство содержит высокочастотный индуктор 3 с исто ником 11. высокочастотной энергии. связа нный с

1481005 ним регулятор 7 и фотоприемник 1, который оптически связан с регулируемым стабилизированным источником 4 света. Фотоприемник 1 соединен через регулируемый аттенюатор 5 с входом регулятора 7 и входом схемы 8 сравнения. Второй вход регулятора связан с задающим устройством 9. Второй вход схемы 8 сравнения соединен с источником опорного напряжения, а выход — с входом запо минающего устройства 6, выход которого

Изобретение относится к автоматическому управлению процессом стыковой сварки с индукционным нагревом и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности в атомном машиностроении и котлостроении при стыко вой сварке котельных труб индукционным нагревом.

Целью изобретения является повышение качества сварных соединений путем обеспечения равномерного нагрева свариваемых поверхностей.

На фиг. 1 представлена диаграмма термического цикла нагрева; на фиг. 2 функциональная схема устройства; на фиг. 3диаграммы работы устройства.

Устройство содержит фотоприемник 1, оптически связанный с нагреваемым изделием 2, находящимся в высокочастотном кольцевом индукторе 3, и регулируемым стабилизированным источником 4 света.

Выход фотоприемника 1 связан с входом регулируемого аттенюатора 5, управляющий вход которого соединен с выходом запоминающего устройства 6. Выход регулируемого аттенюатора 5 подключен к входам регулятора 7 и схемы 8 сравнения, причем второй вход регулятра 7 связан с выходом задающего устройства 9, а выход— с усилителем 10 мощности, нагрузкой которого служит источник 11ВЧ-энергии, соединенный с индуктором 3. В устройстве имеется также регулируемый источник 12 опорного напряжения, связанный с регулируемым стабилизированным источником 4 света через ключ 13, с вторым входом схемы 8 сравнения и входом задающего устройства 9. Выход схемы 8 сравнения связан через ключ 14 с входом запоминающего устройства 6. Задающее устройство 9 выполнено в виде преобразователя 15 напряжение — ток, потенциометра 16, диода 17 и конденсатора 18, причем вход преобразователя 15 подключен к движку потенциометра 16, а выход— к конденсатору 18, аноду диода 17 и выходу задающего устройства 9. Катод диода подключен к входу задающего устройства 9. Выход задающего устройст5

ЗО

40 подан на управляющий вход регулируемого аттенюатора 5. В устройстве предусмотрена возможность калибровки фотоприемника. В процессе калибровки автоматически устраняется влияние нестабильности фотоприемника на результаты регулирования температуры. Таким образом, обеспечивается управление температурой нагрева с необходимой точностью, а следовательно, повышается качество сварки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

2 ва 9 через ключ 19 связан с общим проводом устройства управления.

Термический цикл индукционного нагрева при стыковой сварке (фиг. 1) состоит из двух этапов: нагрева изделий до заданной температуры за период (tp — ti) и выдержки изделия при заданной температуре в течение периода (ii — tz), необходимого для выравнивания температуры внешней и внутренней поверхностей изделия (например, трубы). Если в процессе нагрева произойдет увеличение времени (to — ti ) и соответственно уменьшение времени (t —

4), внешняя и внутренняя поверхности трубы будут иметь разные температуры, что приводит к ухудшению качества сварного соединения за счет слипания внутренних поверхностей труб. В случае если увеличивается время (ti — 4), то происходят нежелательное изменение в структуре металла сварного соединения и нежелательное распределение температурного поля внутри трубы, что также ухудшает качество сварного соединения. Таким образом, для обеспечения качественного сварного соединения необходимо строго выдерживать соотношение отрезков времени (1 — 1i) и (ti — t ), т. е. стабильность изменения температуры во времени (стабильность временных параметров процесса). Обычно общее время нагрева (tp — tp) является фиксированной величиной, а передача изделию необходимого количества тепла для условий получения оптимальной структуры металла сварного соединения определяется стабильностью кривой нагрева.

Устройство работает в двух режимах— калибровки и регулирования.

В режиме калибровки ключи 13, 14 и 19 замкнуты (фиг. 2). Выходной сигнал задающего устройства 9 равен нулю.

Регулируемый стабильный источник 4 света преобразует напряжение регулируемого источника 12 опорного напряжения в световой поток, величина которого соответствует температуре, до которой необходимо нагреть изделие. Этим потоком засвечивается фотоприемник 1.

1481005

Форму.га изобретения

Электрический сигнал с фотоприемника 1 поступает через регулируемый аттенюатор 5 на вход схемы 8 сравнения, к другому входу которой приложено напряжение регулируемого источника 12 опорного напряжения. Сигнал с выхода схемы 8 сравнения через замкнутый ключ 14 и запоминающее устройство 6 поступает на вход регулируемого аттенюатора 5 и изменяет

его коэффициент передачи таким образом, что разница между опорным напряжением и напряжением на выходе регулируемого аттенюатора 5 стремится к нулю.

В установившемся режиме эти величины равны между собой. Чувствительность фотоприемника 1 зависит от его температуры и срока службы (старение) . Таким образом, при стабильном световом потоке сигнал на выходе фотоприемника 1 является нестабильной величиной, но при любом изменении выходного напряжения фотоприемника 1 (при стабильном световом потоке) коэффициент передачи регулируемого аттенюатора 5 изменяется так, что напряжение на его выходе равно опорному.

Величина светового потока, следовательно, и температуры нагрева изделия определяется величиной опорного напряжения, а изменение коэффициента передачи регулируемого аттенюатора 5 позволяет поддерживать напряжение на выходе равным опорному при изменении возмущающих факторов, воздействующих на фотоприемник 1.

В режиме калибровки нагрева изделия не происходит.

Режим регулирования начинается при. подаче команды «Нагрев» от органов управления стыкосварочной машины, которая размыкает ключи 13, 14 и 19.

При этом источник 4 света отключается и сигнал с фотоприемника 1 становится равным нулю, выход схемы 8 сравнения отключается от запоминающего устройства 6, выход задающего устройства 9 отключается от общего провода, и начинается заряд конденсатора 18. Коэффициент передачи регулируемого аттенюатора 5 определяется величиной выходного сигнала запоминающего устройства 6, установленной в режиме калибровки. Напряжение на конденсаторе 18 растет линейно во времени в силу того, что преобразователь 15 представляет собой преобразователь напряжение — ток, причем его выходной ток зависит от положения движка потенциометра 16. В момент времени 1г (фиг. 1), когда напряжение на конденсаторе 18 достигает напряжения источника 12 опорного напряжения, диод 17 открывается, выходной ток преобразователя 15 течет через открытый диод к источнику 12 опорного напряжения, заряд емкости прекращается, а напряжение на ней стабилизируются на уровне опорного напряжения.

Меняя положение движка потенциометра 16, можно изменить время нагрева изделия (to — (г ) до требуемой температуры (фи г. За) .

Изменяя величину выходного напряжения источника 12 опорного напряжения, можно менять величину напряжения U z, которое определяет температуру нагрева изделия. при этом время достижения заданной температуры (to — (г) остается постоянным (фиг. Зб).

Сигнал с выхода задающего устройства 9 является опорным сигналом для регулятора 7, а сигнал с выхода регулируемого аттенюатора 5 — регулируемым.

По соотношению этих двух сигналов регулятор 7 вырабатывает управляющий сигнал, который через усилитель 10 мощности поступает на вход источника 11 энергии. Последний изменяет мощность подводимую к индуктору 3, что обеспечивает нагрев изделия по закону изменения температуры, определяемому выходным сигналом задающего устройства 9.

Предлагаемое устройство позволяет повысить стабильность качества сварных соединений за счет обеспечения стабильных временных параметров нагрева.

1. Устройство управления высокочастотным нагревом, содержащее кольцевой индуктор, подключенный к источнику энергии, фотоприемник, оптически связанный с нагреваемым изделием, схему сравнения и источник опорного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений путем обеспечения стабилизации параметров процесса нагрева свариваемых изделий, оно снабжено регулируемым стабилизированным источником света, оптически связанным с фотоприемником, выход которого подключен к регулируемому аттенюатору, к управляющему входу которого подключено запоминающее устройство, а выход соединен с регулятором и первым входом схемы сравнения, выход которой через первый ключ связан с запоминающим устройством, причем второй вход регулятора соединен с выходом задающего устройства и через второй ключ с общим проводом устройства управления, а выход регулятора связан с источником энергии, причем выход источника опорного напряжения подан на вход задающего устройства, второй вход схемы сравнения и через третий ключ на регулируемый стабилизированный источник света.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что задающее устройство выполнено в виде преобразователя напряжения в ток, потенциометра, диода и конденсатора, при!

48(005

То

- Ю. 2 crn1 (Ъл)) С:

3«кои 26! 61! 2 Тирикк 8<15 1IoJ,ииеиое

В11ИИ11И Г ое<,гиретиеииого к<><;!!»его !!

113П35, Мо I

1 (p<»I 8B «!<< ори<, . l. 1 << < <

I cmS) преобразователя и выходу задающего устройства, а катод — к потенциометру и входу задающего устройства.

1, г р