Устройство автоматического управления положением сварочной головки

 

Изобретение относится к автоматизации электродуговой сварки в среде защитных газов и под флюсом и может найти применение в различных отраслях машиностроения при изготовлении сварных конструкций. Вход датчика сварочного напряжения подключен к источнику питания дуги, а выход - к первому входу первого делителя. Выход датчика величины сварочного тока подключен ко второму входу первого делителя. Выход первого делителя подключен ко входу полосового фильтра и ко входу триггера Шмидта, выход которого подключен к входу первого аналогового ключа и через инвертор ко входу второго аналогового ключа. Управляющие входы первого и второго аналоговых ключей подключены к выходу датчика фазы сканирования. Выходы первого аналогового ключа подключены к первому и второму сглаживающему фильтру. Выходы второго аналогового ключа подключены к входу третьего и четвертого сглаживающего фильтров. Второй вход второго делителя подключен к выходу третьего сглаживающего фильтра. Второй вход третьего делителя соединен с выходом четвертого сглаживающего фильтра. Выходы второго и третьего делителя соединены с входами устройства сравнения, выход которого соединен с входом сумматора. Второй вход сумматора соединен с выходом фильтра низкой частоты. Выход сумматора связан с входом усилителя. Такое выполнение устройства позволяет повысить качество сварного соединения при сварке с короткими замыканиями. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматизации сварочных процессов, более точно к автоматизации электродуговой сварки разделанных и угловых швов в среде защитных газов и под флюсом. Оно может найти применение в машиностроении и приборостроении.

До настоящего времени большинство процессов электродуговой сварки ведется вручную, требует высокой квалификации сварщика и поддается автоматизации на массовом производстве лишь при условии качественной разделки швов и высокой точности установки деталей по отношению к сварочному стенду. Это связано с тем, что для получения качественного шва при прочих равных условиях необходимо непрерывное совмещение оси горелки с серединой стыка. Таким образом, указанное совмещение является необходимым условием автоматизации электросварочного процесса.

Известен ряд устройств для наведения электрода на стык свариваемых кромок с использованием дуги в качестве чувствительного элемента (см. Тимченко В. А. и др. Системы автоматического наведения электрода на линию соединения с использованием дуги в качестве датчика //Автоматическая сварка, 1981, 6, с. 59-64).

Известно устройство управления движением сварочной головки относительно оси стыка при механизированном процессе сварки, содержащее датчик сварочного тока, датчик знака отклонения дуги, аналоговые интеграторы, схему управления, привод перемещения сварочной горелки поперек стыка и схему управления этим приводом (патент ФРГ 2533448, МПК⁵ В 23 К 9/10, опубл. 27.01.77).

Недостатком данного устройства является то, что измерение электрических параметров дуги производят в течение одного периода ее качания поперек стыка и, следовательно, результат его зависит от флуктуации тока или напряжения, характерных для процесса электросварки, что снижает качество получаемого шва.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее источник питания дуги, шунт в сварочной цепи, датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, синхронный детектор, фильтр низкой частоты, усилитель, колебатель, датчик фазы сканирования и привод перемещения сварочной головки относительно стыка (а.с. СССР 1087283, МПК⁷ В 23 К 9/10, опубл. в 1982 г.).

Недостаток этого устройства состоит в том, что при сварке с короткими замыканиями оно не обеспечивает требуемого качества.

Задачей изобретения является повышение качества сварного соединения.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее источник питания дуги, шунт в сварочной цепи, датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор и фильтр низкой частоты, датчик фазы сканирования, колебатель, усилитель и привод перемещения головки поперек стыка, дополнительно введены датчик величины сварочного напряжения, первый и второй аналоговые ключи, первый, второй, третий и четвертый сглаживающие фильтры, первый, второй и третий делители, инвертор, триггер Шмидта, устройство сравнения, сумматор, причем вход датчика сварочного напряжения подключен к источнику питания дуги, а выход - к первому входу первого делителя, выход датчика величины сварочного тока подключен ко второму входу первого делителя, выход первого делителя подключен ко входу полосового фильтра и ко входу триггера Шмидта, выход которого подключен к входу первого аналогового ключа и через инвертор ко входу второго аналогового ключа, управляющие входы первого и второго аналоговых ключей подключены к выходу датчика фазы сканирования, выходы первого аналогового ключа подключены к первому и второму сглаживающему фильтру, выходы второго аналогового ключа подключены к входу третьего и четвертого сглаживающих фильтров, второй вход второго делителя подключен к выходу третьего сглаживающего фильтра и второй вход третьего делителя соединен с выходом четвертого сглаживающего фильтра, причем выходы второго и третьего делителя соединены с входами устройства сравнения, выход которого соединен с входом сумматора, а второй вход сумматора соединен с выходом фильтра низкой частоты, а выход сумматора связан с входом усилителя.

В устройстве автоматического управления положением сварочной головки полосовой фильтр, фильтр низкой частоты, сумматор, синхронный детектор, усилитель, привод, датчик фазы сканирования, датчик сварочного тока, датчик сварочного напряжения, устройство сравнения аналоговых сигналов, инвертор, сглаживающий фильтр, триггер Шмидта, инерционные звенья первого порядка, аналоговый ключ используются по своему прямому назначению и широко известны в электротехнике. Однако совокупность соединений, указанная выше, в патентной и научно-технической литературе не обнаружена.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема устройства автоматического управления положением сварочной головки.

Устройство автоматического управления положением сварочной головки содержит последовательно соединенные выход источника питания дуги 1, соединенный с входом шунта в сварочной цепи 2, выход которого связан с входом датчика величины сварочного тока 3, выход которого соединен со вторым входом первого делителя 4, выход которого подключен к входу полосового фильтра 5, настроенного на частоту колебаний электрода, выход которого соединен с входом синхронного детектора 6, выход которого подключен к входу фильтра низкой частоты 7, второй вход синхронного детектора 6 подключен к входу датчика фазы сканирования 8, выход которого соединен с колебателем 9, подсоединенным к сварочной головке 10, последовательно соединенные усилитель 11 и привод перемещения головки поперек стыка 12, вход последовательно соединенного датчика величины сварочного напряжения 13 подключен к источнику питания дуги, а выход - к входу первого делителя 4, выход первого делителя 4 подключен к входу триггера Шмидта 14, выход которого подключен ко входу первого аналогового ключа 15 и через инвертор 16 ко входу второго аналогового ключа 17, управляющие входы первого 15 и второго 17 аналоговых ключей подключены к входу датчика фазы сканирования 8, выходы первого аналогового ключа 15 подключены к выходам первого 18 и второго 19 сглаживающих фильтров, выходы второго аналогового ключа 17 подключены к входу третьего 20 и четвертого 21 сглаживающих фильтров, входы второго делителя 22 подключены к выходу первого 18 и третьего 20 сглаживающих фильтров, входы третьего делителя 23 подключены к выходам второго 19 и четвертого 21 сглаживающих фильтров, выходы второго 22 и третьего 23 делителя подключены ко входам устройства сравнения 24, входы сумматора 25 подключены к выходу фильтра низкой частоты 7 и к выходу устройства сравнения 24, выход сумматора 25 подключен к усилителю 11.

Устройство автоматического управления положением сварочной головки работает следующим образом.

При сварке угловых, тавровых и разделанных стыков с колебаниями электрода происходит изменение сопротивления на участке от токоподвода до изделия. При отклонении сварочной головки 10 от стыка это сопротивление изменятся по гармоническому закону. Сигнал, пропорциональный сопротивлению, формируется на выходе первого делителя 4, на вход которого подается сигнал с датчика напряжения 13, а на второй вход делителя 4 подается сигнал с датчика тока 3.

Гармоническая составляющая этого сигнала выделяется полосовым фильтром 5, выпрямляется синхронным детектором 6 с учетом сигнала, поступающего с датчика 8 фазы сканирования. В результате на выходе синхронного детектора 6 формируется выпрямленный сигнал определенной полярности, зависящий от направления отклонения сварочной головки 10 от стыка. Этот сигнал сглаживается фильтром нижних частот 7 и поступает на первый вход сумматора 25. С выхода делителя 4 на вход триггера Шмидта 14 подается сигнал, пропорциональный сопротивлению на участке от токоподвода до изделия. При сварке с короткими замыканиями это сопротивление резко уменьшается во время короткого замыкания, то есть перехода капли расплавленного металла в сварочную ванну. С выхода триггера Шмидта 14 на вход аналогового ключа 15 при отсутствии короткого замыкания поступает логическая единица, а на вход аналогового ключа 17 через инвертор 16 поступает логический ноль. В случае короткого замыкания с выхода триггера Шмидта 14 на вход аналогового ключа 15 поступает логический ноль, а на вход аналогового ключа 17 через инвертор 16 поступает логическая единица. В соответствии с сигналом датчика фазы сканирования 8 аналоговый ключ 15 переключается либо на вход сглаживающего фильтра 18, либо на вход сглаживающего фильтра 19, а аналоговый ключ 17 переключается либо на вход сглаживающего фильтра 20, либо на вход сглаживающего фильтра 21. На второй вход второго делителя 22 поступает сигнал с выхода сглаживающего фильтра 21, а на первый вход второго делителя 22 поступает сигнал с сглаживающего фильтра 18, на второй вход третьего делителя 23 поступает сигнал с выхода сглаживающего фильтра 19, на первый вход третьего делителя 23 поступает сигнал с входа сглаживающего фильтра 21. Сигналы с выходов второго делителя 22 и третьего делителя 23 поступают на входы устройства сравнения. В устройстве сравнения аналоговых сигналов 24 из сигнала с выхода второго делителя 22 и сигнала с выхода третьего делителя 23 вырабатывается сигнал ошибки, который подается на первый вход сумматора 25. С выхода сумматора 25 на привод перемещения головки 12 поперек стыка через усилитель 11 поступает сигнал коррекции положения сварочной головки. В результате сварочная головка начинает перемещаться к линии стыка.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает большую точность слежения по стыку при учете коротких замыканий при каплепереносе металла, чем достигается повышение качества сварного соединения.

Формула изобретения

Устройство автоматического управления положением сварочной головки, содержащее источник питания дуги, шунт в сварочной цепи, датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор и фильтр низкой частоты, датчик фазы сканирования, колебатель, усилитель и привод перемещения головки поперек стыка, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены датчик величины сварочного напряжения, первый и второй аналоговые ключи, первый, второй, третий и четвертый сглаживающие фильтры, первый, второй и третий делители, инвертор, триггер Шмидта, устройство сравнения, сумматор, при этом вход датчика сварочного напряжения подключен к источнику питания дуги, а выход - к первому входу первого делителя, выход датчика величины сварочного тока подключен ко второму входу первого делителя, выход первого делителя подключен ко входу полосового фильтра и ко входу триггера Шмидта, выход которого подключен к входу первого аналогового ключа и через инвертор ко входу второго аналогового ключа, управляющие входы первого и второго аналоговых ключей подключены к выходу датчика фазы сканирования, выходы первого аналогового ключа подключены к первому и второму сглаживающему фильтру, выходы второго аналогового ключа подключены к входу третьего и четвертого сглаживающего фильтров, второй вход второго делителя подключен к выходу третьего сглаживающего фильтра, второй вход третьего делителя соединен с выходом четвертого сглаживающего фильтра, причем выходы второго и третьего делителя соединены с входами устройства сравнения, выход которого соединен с входом сумматора, а второй вход сумматора соединен с выходом фильтра низкой частоты, а выход сумматора связан с входом усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1