Устройство автоматического управления положением сварочной головки

 

Изобретение относится к области автоматизации сварочных процессов, в частности к автоматизации электродуговой сварки разделанных и угловых швов в среде защитных газов и под флюсом. Второй, третий, четвертый и пятый полосовые фильтры устройства настроены на выделение второй, третьей, четвертой и пятой гармонической составляющей тока. Выход датчика сварочного тока подключен к входам первого, второго, третьего, четвертого и пятого полосовых фильтров. Их выходы через первый, второй, третий, четвертый и пятый выпрямители подключены к входам первого, второго, третьего, четвертого и пятого сглаживающих фильтров. Выходы первого, третьего и пятого сглаживающих фильтров подключены к входам первого сумматора. Выход первого сумматора подключен к первому входу аналогового ключа и через инвертор - ко второму входу аналогового ключа. Управляющий вход аналогового ключа подключен к выходу фильтра низкой частоты. Выход аналогового ключа подключен к входу усилителя с переменным коэффициентом усиления. Выходы второго и четвертого сглаживающих фильтров подключены к входам второго сумматора. Выход второго сумматора подключен к управляющему входу усилителя с переменным коэффициентом усиления. Выход усилителя с переменным коэффициентом усиления соединен с приводом перемещения головки поперек стыка. Такое выполнение устройства позволяет повысить качество сварного соединения при сварке с колебаниями электрода. 1 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 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. - N 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, опубликованный 27.01.77 г., 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, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор, фильтр низкой частоты, датчик фазы сканирования, колебатель, привод перемещения головки поперек стыка, фильтр низкой частоты, усилитель колебателя и привод перемещения сварочной головки относительно стыка (а.с. СССР 1087283, опубл. в 1982 г., 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, первый полосовой фильтр, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор и фильтр низкой частоты, датчик фазы сканирования, колебатель и привод перемещения головки поперек стыка, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены второй, третий, четвертый и пятый полосовые фильтры, настроенные на выделение второй, третьей, четвертой и пятой гармонической составляющей тока, первый, второй, третий, четвертый и пятый сглаживающие фильтры первый, второй, третий, четвертый и пятый выпрямители, усилитель с переменным коэффициентом усиления, первый и второй сумматоры, инвертор и аналоговый ключ, причем выход датчика сварочного тока подключен к входам первого, второго, третьего, четвертого и пятого полосовых фильтров, выходы которых через первый, второй, третий, четвертый и пятый выпрямители подключены к входам первого, второго, третьего, четвертого и пятого сглаживающих фильтров, выходы первого, третьего и пятого сглаживающих фильтров подключены к входам первого сумматора, выход которого подключен к первому входу аналогового ключа и через инвертор ко второму входу аналогового ключа, управляющий вход аналогового ключа подключен к выходу фильтра низкой частоты, выход аналогового ключа подключен к входу усилителя с переменным коэффициентом усиления, выходы второго и четвертого сглаживающих фильтров подключены к входам второго сумматора, выход которого подключен к управляющему входу усилителя с переменным коэффициентом усиления, выход усилителя с переменным коэффициентом усиления соединен с приводом перемещения горелки.

В устройстве автоматического управления положением сварочной головки полосовой фильтр, фильтр низкой частоты, сумматор, синхронный детектор, усилитель, привод, датчик фазы сканирования, датчик сварочного тока, инвертор, сглаживающий фильтр, аналоговый ключ используются по своему прямому назначению и широко известны в электротехнике. Однако совокупность соединений, указанная выше, в патентной и научно-технической литературе не обнаружены.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где 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 с входами первого полосового фильтра 4, настроенного на частоту колебаний электрода, выход которого подключен ко входу синхронного детектора 9, выход которого подключен к фильтру низкой частоты 13, второй вход синхронного детектора 9 подключен к выходу датчика фазы сканирования 10, вход которого соединен с колебателем 11, подсоединенным к сварочной головке 12, выход первого полосового фильтра 4 подсоединен к входу первого выпрямителя 15, выход второго полосового фильтра 5 подключен к входу второго выпрямителя 16, выход третьего полосового фильтра 6 подключен к входу третьего выпрямителя 17, выход четвертого полосового фильтра 7 подключен к входу четвертого выпрямителя 18, выход пятого полосового фильтра 8 подключен к входу пятого выпрямителя 19, выход первого выпрямителя 15 подключен к входу первого сглаживающего фильтра 20, выход второго выпрямителя 16 подключен к входу второго сглаживающего фильтра 21, выход третьего выпрямителя 17 подключен к входу третьего сглаживающего фильтра 22, выход четвертого выпрямителя 18 подключен к входу четвертого сглаживающего фильтра 23, выход пятого выпрямителя 19 подключен к входу пятого сглаживающего фильтра 24, выходы первого сглаживающего фильтра 20, третьего сглаживающего фильтра 22 и пятого сглаживающего фильтра 24 соединены с входом первого сумматора 25, выхода сумматора 25 подключен к первому входу аналогового ключа 14 и входу инвертора 26, а выход инвертора 26 подключен к второму входу аналогового ключа 14, вход управления которого подключен к выходу фильтра низкой частоты 27, выходы второго сглаживающего фильтра 21 и четвертого сглаживающего фильтра 23 соединены с входами второго сумматора 28, выход аналогового ключа 14 подключен к входу усилителя с переменным коэффициентом усиления 27, выход второго сумматора 28 подключен к управляющему входу усилителя с переменным коэффициентом усиления 27, выход которого подключен к входу привода перемещения головки поперек стыка 29.

Устройство автоматического управления положением сварочной головки работает следующим образом.

При сварке угловых, тавровых и разделанных стыков с колебаниями электрода происходит модуляция сварочного тока. При этом гармонический состав сварочного тока зависит от положения колеблющегося электрода, при приближении к с стыку первая, третья и пятая гармонические составляющие уменьшаются по амплитуде, а вторая и четвертая гармоники увеличиваются по амплитуде. При отклонении сварочной головки 12 от стыка ток сварки содержит гармонические составляющие. Эти составляющие поступают с датчика тока 3 на полосовые фильтры. Первая гармоническая составляющая выделяется первым полосовым фильтром 4, настроенным на частоту колебаний электрода, вторая гармоническая составляющая выделяется вторым полосовым фильтром 5, настроенным на вторую гармонику, третья гармоническая составляющая выделяется третьим полосовым фильтром 6, настроенным на утроенную частоту колебаний электрода, четвертая гармоническая составляющая выделяется четвертым полосовым фильтром 7, настроенным на четвертую гармонику, пятая гармоническая составляющая выделяется пятым полосовым фильтром 8, настроенным на пятую гармонику. Первая гармоническая составляющая выпрямляется синхронным детектором 9 синхронизируемым сигналом, поступающим с датчика фазы сканирования 10. В результате на выходе синхронного детектора 9 формируется продетектированный сигнал, зависящий от направления отклонения сварочной головки 12 от стыка. Этот сигнал интегрируется фильтром нижних частот 13 и поступает на управляющий вход аналогового ключа 14. На входы первого выпрямителя 15 поступает сигнал с первого полосового фильтра 4, на вход второго выпрямителя 16 поступает сигнал с второго полосового фильтра 5, на вход третьего выпрямителя 17 поступает сигнал с третьего полосового фильтра 6, на вход четвертого выпрямителя 18 поступает сигнал с четвертого полосового фильтра 7, на вход пятого выпрямителя 19 сигнал поступает с входа полосового фильтра 8. Выпрямленные сигналы с выхода первого выпрямителя 15 поступают на вход первого сглаживающего фильтра 20, с выхода второго выпрямителя 16 на вход второго сглаживающего фильтра 21, с выхода третьего выпрямителя 17 на вход третьего сглаживающего фильтра 22, с выхода четвертого выпрямителя 18 на вход третьего сглаживающего фильтра 23, с выхода пятого выпрямителя 19 на вход пятого сглаживающего фильтра 24. С выходов первого сглаживающего фильтра 20, третьего сглаживающего фильтра 22 и пятого сглаживающего фильтра 24 первая, третья и пятая гармоники поступают на вход первого сумматора 25, с выхода сумматора 25 сигнал поступает на первый вход аналогового ключа 14 и на вход инвертора 26, а с выхода инвертора 26 поступает на второй вход аналогового ключа 14. В зависимости от знака первой гармоники, поступившей с фильтра низкой частоты 13, выход аналогового ключа 14 подключается либо к первому, либо ко второму входу. С выхода аналогового ключа 14 сигнал коррекции положения сварочной головки поступает на вход усилителя с переменным коэффициентом усиления 27. С выходов второго сглаживающего фильтра 21 и четвертого сглаживающего фильтра 23 вторая и четвертая гармоники поступают на входы второго сумматора 28, с выхода второго сумматора 28 сигнал поступает на второй вход усилителя с переменным коэффициентом усиления 27 и управляет его коэффициентом усиления. С выхода усилителя с переменным коэффициентом усиления 27 сигнал поступает на привод перемещения головки поперек стыка 29. В результате сварочная головка начинает отслеживать линию стыка.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает большую точность слежения по стыку при учете ряда гармонических составляющих сварочного тока, 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, первый полосовой фильтр, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор и фильтр низкой частоты, датчик фазы сканирования, колебатель и привод перемещения головки поперек стыка, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены второй, третий, четвертый и пятый полосовые фильтры, настроенные на выделение второй, третьей, четвертой и пятой гармонической составляющей тока, первый, второй, третий, четвертый и пятый сглаживающие фильтры, первый, второй, третий, четвертый и пятый выпрямители, усилитель с переменным коэффициентом усиления, первый и второй сумматоры, инвертор и аналоговый ключ, причем выход датчика сварочного тока подключен к входам первого, второго, третьего, четвертого и пятого полосовых фильтров, выходы которых через первый, второй, третий, четвертый и пятый выпрямители подключены к входам первого, второго, третьего, четвертого и пятого сглаживающих фильтров, выходы первого, третьего и пятого сглаживающих фильтров подключены к входам первого сумматора, выход которого подключен к первому входу аналогового ключа и через инвертор ко второму входу аналогового ключа, управляющий вход аналогового ключа подключен к выходу фильтра низкой частоты, выход аналогового ключа подключен к входу усилителя с переменным коэффициентом усиления, выходы второго и четвертого сглаживающих фильтров подключены к входам второго сумматора, выход которого подключен к управляющему входу усилителя с переменным коэффициентом усиления, выход усилителя с переменным коэффициентом усиления соединен с приводом перемещения головки поперек стыка.

РИСУНКИ

Рисунок 1