Устройство управления движением сварочного электрода

 

Изобретение относится к устройствам электродуговой сварки разделанных и угловых швов в среде защитных газов и под флюсом. Вход датчика напряжения подключен к источнику питания дуги, а выход - к входу триггера Шмидта. Его выход через инвертор подключен к первому входу трехвходового элемента И, второй вход которого подключен к тактовому генератору, а третий его вход - к выходу второго датчика фазы сканирования. Второй выход подключен к входу счетчика. Вход сброса счетчика через одновибратор подключен к выходу первого датчика фазы сканирования, а выход подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу сглаживающего фильтра. Выход фильтра подключен к первому входу устройства сравнения, выход которого через третий инвертор подключен к входу усилителя привода коррекции колебаний электрода. Вход датчика амплитуды колебаний электрода подключен к выходу привода коррекции, выход которого через второй инвертор подключен к входу усилителя с переменным коэффициентом усиления и ко входу сумматора. Второй вход сумматора подключен к задатчику скорости сварки, выход которого подключен к входу усилителя привода перемещения головки поперек стыка, выход которого подключен к входу привода перемещения головки поперек стыка. Выход сумматора через усилитель продольного перемещения головки подключен к приводу продольного перемещения головки. Такое выполнение устройства позволяет повысить качество сварного соединения при сварке за счет большей точности слежения по стыку. 2 ил.

Предлагаемое 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 головки 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 головки поперек стыка и схему управления этим приводом (патент ФРГ 2533448, опубл. 27.01.77, МПК⁵ В 23 К 9/10).

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, датчик фазы сканирования и привод перемещения головки поперек стыка (а.с. СССР 1087283, опубл. в 1982, МПК⁷ В 23 К 9/10).

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, усилитель и привод перемещения головки поперек стыка, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены датчик напряжения, триггер Шмидта, трехвходовый элемент И, первый, второй и третий инверторы, счетчик, цифроаналоговый преобразователь, одновибратор, второй датчик фазы сканирования, сглаживающий фильтр, устройство сравнения, тактовый генератор, задатчик скорости сварки, задатчик амплитуды колебаний электрода, усилитель с переменным коэффициентом усиления, сумматор, привод коррекции колебаний электрода с усилителем, датчик амплитуды колебаний электрода, привод продольных колебаний с усилителем, при этом вход датчика напряжения подключен к источнику питания дуги, а выход к входу триггера Шмидта, выход которого через инвертор подключен к первому входу трехвходового элемента И, второй вход которого подключен к тактовому генератору, третий его вход - к выходу второго датчика фазы сканирования, а выход подключен к входу счетчика, вход сброса счетчика через одновибратор подключен к выходу первого датчика фазы сканирования, а выход подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу сглаживающего фильтра, выход которого подключен к первому входу устройства сравнения, выход которого через третий инвертор подключен к входу усилителя привода коррекции колебаний электрода, вход датчика амплитуды колебаний электрода подключен к выходу привода коррекции, выход которого через второй инвертор подключен к входу усилителя с переменным коэффициентом усиления и ко входу сумматора, второй вход которого подключен к задатчику скорости сварки, выход которого подключен к входу усилителя привода перемещения головки поперек стыка, выход которого подключен к входу привода перемещения головки поперек стыка, выход сумматора через усилитель продольного перемещения головки подключен к приводу продольного перемещения головки.

В устройстве управления движением сварочного электрода полосовой фильтр, фильтр низкой частоты, сумматор, синхронный детектор, усилитель, привод, датчик фазы сканирования, датчик сварочного напряжения, устройство сравнения аналоговых сигналов, инвертор, сглаживающий фильтр, триггер Шмидта, 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, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства управления движением сварочного электрода, на фиг. 2 представлены графики колебаний электрода и сигналы с второго датчика сканирования (U₁) и датчика амплитуды колебаний электрода (U₂).

Устройство управления движением сварочного электрода содержит последовательно соединенные выход источника питания дуги 1, соединенный с входом датчика напряжения 2, выход которого подключен к входу триггера Шмидта 3, выход которого через первый инвертор 4 соединен с первым входом трехвходового элемента И 5, ко второму входу которого подключен тактовый генератор 6, а к третьему входу второй датчик фазы сканирования 7, выход трехвходового элемента И 5 подключен к первому входу счетчика 8, на второй вход которого подается сигнал сброса с одновибратора 10, выход счетчика 8 подключен к входу ЦАП 11, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра 12, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения 13, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика амплитуды колебаний электрода 14, выход устройства сравнения 13 через третий инвертор 15 соединен с входом усилителя привода коррекции колебателя 16, выход которого подключен к входу привода коррекции колебаний элетрода 17, выход которого подключен к входу второго датчика фазы сканирования 18 и через второй инвертор 19 к подключен к входу усилителя с переменным коэффициентом усиления 30 и первому входу сумматора 20, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика скорости сварки 21, выхода сумматора 20 через усилитель 22 соединен с входом привода продольных колебаний 23, выход источника питания электрода 1 соединен с входом шунта в сварочной цепи 24, выходы которого подключены к входу датчика величины сварочного тока 25, выход которого подключен к входу полосового фильтра 26, а выход к первому входу синхронного детектора 27, второй вход которого подключен к выходу первого датчика фазы сканирования 9, на вход синхронного детектора поступает сигнал от сварочной головки 28, выход синхронного детектора 27 соединен с входом фильтра нижних частот 29, выход которого подключен к первому входу усилителя с переменным коэффициентом усиления, второй вход которого соединен с выходом инвертора 19, выход усилителя с переменным коэффициентом усиления 30 через усилитель 32 подключен к входу привода коррекции колебаний электрода 31.

Устройство управления движением сварочного электрода работает следующим образом.

При сварке угловых, тавровых и разделанных стыков с колебаниями электрода при изменении ширины разделки кромок необходимо изменять амплитуду колебаний электрода и скорость сварки, т.к. при уменьшении угла разделки наблюдается увеличение длительности коротких замыканий в крайних точках колебания, приводящих к разрыву дуги и снижению качества сварного соединения.

С источника питания дуги 1 через датчик напряжения 2 сигнал поступает на триггер Шмидта 3 и через первый инвертор поступает на первый вход трехвходового элемента И 5, на второй вход которого поступает сигнал с тактового генератора 6, а на третий вход которого поступает сигнал с второго датчика фазы сканирования 7. Если на всех трех входах трехвходового элемента И 5 окажется логическая единица, то с его выхода на вход счетчика 8 поступает логическая единица; если это условие не выполняется, то с его выхода на вход счетчика 8 поступает логический ноль. С выхода первого датчика фазы сканирования 9 поступает сигнал на вход одновибратора 10, с выхода которого идет короткий импульс на второй вход счетчика 8 и обнуляет его. На вход ЦАП 11 передается число с выхода счетчика 8 и пропорционально этой цифре на его выходе формируется напряжение, которое поступает на вход сглаживающего фильтра 12. Этот сигнал сглаживается фильтром 12 и поступает на первый вход устройства сравнения 13, на второй вход которого поступает сигнал с выхода задатчика амплитуды колебаний электрода 14. Поступившие напряжения сравниваются. Разностный сигнал с выхода устройства сравнения 13 через третий инвертор 15 поступает на вход усилителя привода коррекции колебаний электрода 16, который управляет приводом коррекции колебаний электрода 17.

С выхода датчика амплитуды колебаний электрода 18 через второй инвертор 19 сигнал поступает на первый вход сумматора 20, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика скорости сварки 21. С выхода сумматора 20 сигнал через усилитель 22 управляет приводом продольных колебаний 23. Источник питания электрода 1, соединенный с входом шунта в сварочной цепи 24, выходы которого связаны с входом датчика величины сварочного тока 25, обеспечивает режим сварки. Сигнал, полученный с датчика сварочного тока 25, выделяется полосовым фильтром 26, выпрямляется синхронным детектором 27 с учетом сигнала, поступающего с первого датчика фазы сканирования 9. В результате на выходе синхронного детектора 27 формируется выпрямленный сигнал определенной полярности, зависящий от направления отклонения сварочной головки 28 от стыка. Этот сигнал сглаживается фильтром нижних частот 29 и поступает на первый вход усилителя с переменным коэффициентом усиления 30, на второй вход которого поступает сигнал с выхода второго инвертора 19. С выхода усилителя с переменным коэффициентом усиления 30 на привод коррекции колебаний электрода 31 через усилитель 32 поступает сигнал коррекции положения сварочного электрода. В результате сварочный электрод начинает перемещаться к линии стыка.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает большую точность слежения по стыку, коррекцию амплитуды колебаний электрода и скорость сварки при учете коротких замыканий при каплепереносе металла, чем достигается повышение качества сварного соединения.

Формула изобретения

Устройство управления движением сварочного электрода, содержащее источник питания дуги, шунт сварочной цепи, датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор и фильтр низкой частоты, датчик фазы сканирования, усилитель и привод перемещения головки поперек стыка, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены датчик напряжения, триггер Шмидта, трехвходовый элемент И, первый, второй и третий инверторы, счетчик, цифроаналоговый преобразователь, одновибратор, второй датчик фазы сканирования, сглаживающий фильтр, устройство сравнения, тактовый генератор, задатчик скорости сварки, задатчик амплитуды колебаний электрода, усилитель с переменным коэффициентом усиления, сумматор, привод коррекции колебаний электрода с усилителем, датчик амплитуды колебаний электрода, привод продольных колебаний с усилителем, при этом вход датчика напряжения подключен к источнику питания дуги, а выход - к входу триггера Шмидта, выход которого через инвертор подключен к первому входу трехвходового элемента И, второй вход которого подключен к тактовому генератору, а третий его вход - к выходу второго датчика фазы сканирования, а выход подключен к входу счетчика, вход сброса счетчика через одновибратор подключен к выходу первого датчика фазы сканирования, а выход подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу сглаживающего фильтра, выход которого подключен к первому входу устройства сравнения, выход которого через третий инвертор подключен к входу усилителя привода коррекции колебаний электрода, вход датчика амплитуды колебаний электрода подключен к выходу привода коррекции, выход которого через второй инвертор подключен к входу усилителя с переменным коэффициентом усиления и ко входу сумматора, второй вход которого подключен к задатчику скорости сварки, выход которого подключен к входу усилителя привода перемещения головки поперек стыка, выход которого подключен к входу привода перемещения головки поперек стыка, выход сумматора через усилитель продольного перемещения головки подключен к приводу продольного перемещения головки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2