Устройство автоматического управления термическим циклом контактной сварки

 

Изобретение относится к сварочной технике, в частности к технологии контактной сварки преимущественно деталей малой толщины, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение точности управления термическим циклом. Устройство автоматического управления термическим циклом контактной сварки содержит датчик тока, электроды и измерительные щупы, образующие датчик напряжения и безынерционную термопару, соединенную через ключ с усилителем постоянного тока, блок управления ключом, задатчик термоцикла, блок коммутации, блок вычисления параметра управления, схему задержки, источник сварочного тока, задатчик величины первого импульса. Задатчик термоцикла содержит источник опорных напряжений, три ключа, интегрирующую RC-цепь, резистор, сумматор. В устройство введены датчик начала цикла сварки, одновибратор и блок сравнения. На входы последнего поступают значение температуры в зоне сварки и значение заданной минимальной температуры. Одновибратор формирует запускающий импульс для формирования импульса сварочного тока. В задатчик термоцикла введен RC-триггер, таймер и сумматор, на выходе которого формируется заданная минимальная температура. Устройство позволяет управлять термическим циклом контактной сварки как с учетом заданной максимальной так и минимальной температур. Соединения, получаемые с помощью устройства, имеют большую надежность и лучшее качество, так как их формирование происходит при оптимальном термоцикле. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gy)5 В 23 К 11/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4409589/25-27 .(22) 15.04.88 (46) 07.09.90. Вюл. N- 33 (72) Ю.А.Мишунин и С.Н.Смелков (53) 621,791.763.1.037(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

432992, кл. В 23 К 11/10, 1973.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1412908, кл. В 23 К 11/10, 1986. (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИМ ЦИКЛОМ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ (57) Изобретение относитс к сварочной технике, в частности к технологии контактной сварки преимущественно ,деталей малой толщины, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Цель изобретения— повышение точности управления термическим циклом. Устройство автома- тического управления термическим циклом контактной сварки содержит датчик тока, электроды и измерительные щупы, образующие датчик напряжения и безынерционную термопару, соединенную через ключ с усилителем постоянного тока, блок управления ключом, задатчик термоцикла, блок

Изобретение относится к сварочной технике, в частности к технологии контактной сварки преимущественно деталей малой толщины, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение точности управления термическим циклом.

SU.» 1590280 А 1

2 коммутации, блок вычисления пара— метра управления, схему задержки, i:ñточник сварочного тока, задатчик величины первого импульса. Задатчик термоцикла содержит источник опорных напряжений, три ключа, интегрирующую RC-цепь, резистор, сумматор.

В устройство введены датчик начала цикла сварки, одновибратор и блок сравнения„ На входы последнего поступают значение температуры в зоне сварки и значение заданной минимальной температуры. Одновибратор формирует запускающий импульс для формирования импульса сварочного тока. Р. задатчик термоцикла введен RC-триггер, таймер и сумматор, на выходе которого формируется заданная минимальная температура. Устройство позволяет управлять термическим циклом контактной сварки как с учетом заданной максимальной, так и минимальной температур. Соединения, получаемые с помощью устрой-„ ства, имеют большую надежность и лучшее качество, так как их формирование происходит при оптимальном термоцикле. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — зависимость температуры Т и сварочного тока I в зоне сварки; на фиг. 3 — диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 — структурная схема задатчика термоцикла; на фиг. 5 — алгоритм работы блока вычисления параметра управления.

1590280! Устройство содержит одновибратор

:1, задатчик 2 термоцикла, схему 3 «адержки, источник 4 сварочного тока,,блок 5 вычисления:параметра управления, алгоритм работы которого показан на фиг, 5, задатчик 6 величины первого импульса, блок 7 коммутации, датчик 8 тока, ключ 9, электроды 10, измерительные щупы 11, усилитель 12 постоянного тока, блок ,13 управления ключом, блок 14 срав нения, датчик 15 начала цикла сварки. Задатчик 2 термоцикла содержит себе RC-триггер 16, таймер 17, ервый ключ 18, второй ключ 19, резистор 20, резистор 21, конденса тор 22, первый сумматор 23, второй, сумматор 24, третий ключ 25, источник 26 опорных напряжений.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу с датчика 15 начала

Цикла сварки запускается задатчик 2 .термоцикла. Задатчик 2 термоцикла 25

1 формирует две функции: функцию задан;ной температуры сварки с опережением по времени на величину длитель—

Ности импульса сварочного тока в зависимости от времени и функцию заданной минимальной температуры в паузах между импульсами сварочного тока в зависимости от времени. Одновременно с задатчиком 2 термоцикла запускается оцновибратор 1, им35 пульс с выхода которого запускает блок 5 вычисления параметра управления и через схему 3 задержки источник 4 сварочного тока.

Величина первого импульса сварочного тока задается задатчиком 6 величины первого импульса (источник опорного напряжения), выход которого соединен с блоком 7 коммутации, который при отсутствии сигнала с 45 блока 5 вычисления параметра уп-равления пропускает сигнал с задатчика 6 величины первого импульса на управляющий вход источника 4 сварочного тока. Величина первого им50 пульса определяется опытным путем.

При формировании источником 4 сварочного тока импульса сварочного тока информация о мгновенных значениях тока и напряжения с датчика 8 тока

55 и измерительных щупов 11 поступает г блок 5 вычисления параметра управления. По сигналу с одновибратора 1 формируется управляющий сигнал на

1 вхоце блока 13 управления ключом, по которому ключ 9 размыкается и безынерционная термопара, образованная электродом 10 и измерительным щупом 11, отключается от усилителя

12 постоянного тока. При отсутствии сварочного тока по сигналу с датчика 8 тока формируется противоположный предыдущему сигнал на выходе блока 13 управления ключом, по которому ключ 9 замыкается, Значение температуры в момент включения и выключения ключа 9 регистрируется в блоке 5 вычисления параметра управления (блок 13 управления ключом аналогичен блоку управления ключом, описанному в известном устройстве).

При этом производится вычисление средней теплоемкости зоны сварки из выражения

Udt

t ai

С . к«ТН вЂ” мгновенное значение свагце I рочного тока;

U — мгновенное значение напря.жения между электродами; время начала импульса сварочного тока; время окончания импульса сварочного тока;

Т вЂ” температура в момент вреН1 мени, соответствующего началу импульса;

Т, — температура в момент времени, соответствующего окончанию импульса.

В То же время, при замыкании ключа 9 значение температуры в зоне сварки с выхода усилителя 12 постоянного тока поступает на вход блока

14 сравнения. На другой его вход с выхода задатчика 2 термоцикла поступает значение заданной минимальной температуры. В момент равенства значений действительной и заданной температур с,блока 14 сравнения на вход оцновибратора 1 поступает сигнал на его запуск и одновибратор i формирует импульс.

При поступлении второго импульса с выхода одновибратора 1 на вход зацатчика 2 термоцикла, с него поступает в блок 5 вычисления параметра управления информация о значении заданной температуры на время, соответствующее концу импульса свар1590280 ки, и регистрируется значение температуры в зоне сварки в это же время. Затем производится вычисление величины управляющего сигнала, исходя из количества тепловой энергии, которое необходимо затратить для того, чтобы разогреть зону сварки к моменту окончания импульса тока до заданной температуры из выражения где Т вЂ” температура заданная на кjзОд время, соответствующее концу второго импульса;

Т

HZ температура в момент времени, соответствующий началу второго импульса;

С средняя теплоемкость зо1 ны сварки, вычисленная при прохождении преды душего импульса сварочного тока.

Затем полученныи сигнал через блок

7 коммутации поступает на управляющий вхоц источника 4 сварочного тока

Второй импульс с оцновибратора 1 поступает также на вход схемы 3 задержки, а затем на вход источника

4 сварочного тока, который начинает формировать второй импульс сварочного тока. Задержка импульса с одновибратора 1 происходит на время вычисления выражения так как запаздывания, управляющего источником сигнала, не должно быть.

В случае его отсутствия через блок 7 коммутации на. управляющий вход источника 4 сварочного тока будет поступать сигнал с задатчика 6 величины первого импульса, что необходимо в случае отказа блока 5 вычисления параметра управления.

Учитывая, что время задержки на несколько порядков меньше постоянной времени проводимого теплового процесса, погрешность измерения температуры, связанную с этим, можно не учитывать.

При появлении второго импульса сварочного тока, как при его первом импульсе, определяется средняя тепло. емкость зоны сварки и по следующему импульсу с одновибратора 1 рассчитывается величина управляющего сигнала, и так далее.

Достижение в какой-то определенный момент времени в процессе сварки заданного значения температуры не означает прекращения процесса, длительность которого задана.

На фиг. 2 (вверху) показаны зависимости температуры в зоне сварки (пайки), внизу — осциллограмма сварочного тока, проходящего через соединение. Обе осцилограммы совмещены во времени. На диаграмме

Т Ä =f(t+ ÄÄ) — функция заданной температуры, которую

15 нужно получить в.зоне сварки в результате автоматического управления процессом, смещенная во

20 времени на длительность сварочного тока;

Т „д „„,н =f(t) — функция минимальной заданной температу25 ры зоны сварки.

Значения температур Т „ и Т „ соответствуют началу t н и концу к второго импульса, Т соответствует началу третьего импульса t н . Т к д, З0 соответствует заданной температуре, которая цолжна быть достигнута после прохождения третьего импульса.

Структурная схема задатчика 2 термоцикла представлена на фиг. 4.

Задатчик 2 термоцикла работает слецующим образом. В исходном сос-. тоянии на прямом выходе RC-триггера 16 сигнал отсутствует, первый ключ 18 разомкнут, на инверсном вы40 o RC-триггера 16 сигнал присутствует, второй ключ 19 замкнут, конденсатор 22 разряжен через резистор 21.

При поступлении импульса с задат45 чика 15 начала цикла сварки на установочный в логическую единицу вход

RC-триггера 16 последний устанавливается в состояние логической единицы. Запускается таймер 17. В то

50 же время инверсный выход RC-триггера перейдет в состояние логического нуля и второй ключ 19 разомкнется, отключая резистор 21 от выхода RC-цепи, построенной на резисторе 20 и конденсаторе 22, а сигнал с прямого выхода RC-триггера 16 замкнет первый ключ 18, замыкая тем самым первый выход источника 26 опорных напряжений с RC-цепью. Конденсатор 22

90280 начинает заряжаться. Напряжение на конденсаторе 22 представляет собой . . функцию заданной температуры в зоне

:,сварки от времени, т.е. Т = f(t).

Поступая на вход первого сумматора

23, на второй вход которого приходит сигнал с второго выхода источника 26 опорных напряжений, на выходе сумматора 23 формируется функция заданной температуры с опереже, нием по времени на длительность им пульса сварочного тока, т.е. Т,,„„

f (+" имл ),rye -личина имлдлительность импульса сварочного l5 ,тока ° В то же время напряжение на .конпенсаторе 22 поступает на первый

; вход второго сумматора 25, где сум:мируется с сигналом с третьего вы-! хоца источника 26 опорных напряже- 2р ний. Тем самым, на выходе второго сумматора 25 формируется функция заданной минимальной температуры от

,времени Тэ„ „= f(t), которая по ступает на вхоц блока 14 сравнения. 25

В момент прихода импульса с выхо,; да одновибратора 1 замыкается третий ,:ключ 24, и значение заданной темпе; ратуры с опережением на длительность

:импульса сварочного тока поступает 3р

:в это момент с выхода первого сумматора 23 через третий ключ 24 на вход блока 5 вычисления параметра управления.

По окончании цикла сварки сигналом с выхода таймера 17 сбрасывается в состояние логического нуля RCтриггер 16, при этом первый ключ 18 размыкается, второй ключ 19 замыкается, конденсатор 22 разряжается че- 0 рез резистор 21 и схема задатчика 2 термоцикла устанавливается в исходное состояние.

Величина резистора 20, конденсатора 22 и опорных напряжений уста- 45 навливается исходя из обеспечения соответствия выходных напряжений за,цатчиков 2 термоцикла требованиям функций заданных температур.

Устройство было опробовано в лабораторных условиях. Проводилась пайка предварительно облуженных припоем ПОС-61 деталей, имеющих разные конструктивные параметры (геометрию, массу и исполнение). B качестве флюса использовался флюс ФКТ, предварительно нанесенный на поверхность контактных площадок. Время пайки выбрано 500 мс. Длительность импульса тока пайки 0,3 мс (Т„ „) . В результате проверки установлено, что максимальное отклонение температуры зоны пайки от заданной максимальной и заданной минимальной не превышает

+ 57.

Применение устройства автоматического управления термическим циклом контактной сварки, учитывающего минимальную температуру в зоне сварки, позволяет стабилизировать термоцикл и тем самым улучшить повторяемость параметров соединения, выполняемых на устройстве.

Формула изобретения

Устройство автоматического управления термическим циклом контактной сварки, соцержащее источник сварочного тока, датчики сварочного тока и напряжения, выходы последнего соединены с первым и вторым входами блока вычисления параметра управления, третий вход которого через усилитель постоянного тока и ключ соецинен с выходом безынерционной термопары, выход эадатчика величины первого импульса через блок коммутации соединен с первым входом источника сварочного тока, второй вход которого соединен с выходом схемы задержки, первый выход задатчика термоцикла соединен с четвертым входом блока вычисления параметра управле-. ния, пятый вход которого соединен с выходом датчика тока и первым входом блока управления ключом, выход последнего соединен с управляющим входом ключа, выход блока вычисления параметра управления соединен с вторым входом блока коммутации, о т л и— ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности управления термическим циклом, в него введены датчик начала цикла сварки и последовательно соединенные блок сравнения и одновибратор, при этом выход одновибратора соединен с вторым входом блока управления ключом, входом схемы задержки, первым входом задатчика термоцикла и шестым входом блока вычисления параметра управления, третий вход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с вторым вьгходом задатчика термоцикла, второй вход последнего соединен с выходом датчика

1590280

t0 начала цикла сварки и вторым входом одновибратора .

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в задатчик термоцикла дополнительно введены

RC-триггер, таймер и второй сумматор, при этом вход установки в состояние единицы RC-триггера является вторым вхоцом задатчика термоцикла, а выход второго сумматора является вторым выходом задатчика термоцикла прямой выход RC-триггера соединен с управляющим входом первого ключа н через таймер с входом установки в состояние нуля RC-триггера, инверсный выхоц которого соединен с управляющим входом второго ключа, первый вход. второго сумматора соединен с первым входом первого сумматора, и второй вход второго сумматора соецинен с третьим выходом источника опорных напряжений.

1590280

1590280 са

Составитель Г.чайковский

Редактор Л.Зайцева Техред Л.Сердюкова Корректор M. Максимишинец

Заказ 2603 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

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

Производственно-издательскнй комбинат ".Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101