УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ СВАРОЧНОЙ ГОЛОВКИ Российский патент 2002 года по МПК B23K9/10 

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 при неплоских стыках (выпуклых или вогнутых). Таким образом, указанное совмещение является основным 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 (или напряжения), датчик знака отклонения дуги, аналоговые интеграторы, схему управления, привод перемещения сварочной горелки поперек стыка и схему управления этим приводом (патент ФРГ N 2533448, опубликованный 27.01.77 г. , МПК 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 датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, синхронный детектор, фильтр низкой частоты, усилитель, колебатель, датчик знака отклонения дуги и привод перемещения сварочной головки относительно стыка (а. с. СССР N 1087283, опубл. в 1982 г. , МПК 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 первый канал управления положением сварочной головки, включающий последовательно соединенные шунт сварочной цепи, датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор и фильтр низкой частоты, колебатель и последовательно соединенные усилитель и привод перемещения головки поперек стыка, дополнительно введены, датчик фазы сканирования, сумматор и второй канал управления положением сварочной головки, содержащий последовательно соединенные датчик сварочного напряжения, триггер Шмитта, аналоговый ключ, инерционные звенья первого порядка, устройство сравнения аналоговых сигналов и сглаживающий фильтр, при этом вход датчика фазы сканирования соединен с колебателем, а выход подключен ко второму входу синхронного детектора и входу управления аналоговым ключом, два выхода которого подключены к соответствующим входам первого и второго инерционных звеньев первого порядка, выходы которых подключены к соответствующим входам устройства сравнения аналоговых сигналов, выход которого подключен через сглаживающий фильтр к первому входу сумматора, ко второму входу которого подключен выход фильтра. низкой частоты, выход сумматора подключен ко входу 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, сглаживающий фильтр, триггер Шмитта, 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 обнаружены.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства автоматического управления положением сварочной головки; на фиг. 2 - осциллограммы работы устройства.

Устройство автоматического управления положением сварочной головки содержит первый канал управления положением сварочной головки, включающий в себя последовательно соединенные источник питания дуги 1, шунт сварочной цепи 2, датчик величины сварочного тока 3, полосовой фильтр 4, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор 5, фильтр низкой частоты 6, второй вход синхронного детектора подключен к выходу датчика фазы сканирования 7, вход которого соединен с колебателем 8, подсоединенным к сварочной головке 9, последовательно соединенные усилитель 10 и привод перемещения головки поперек стыка 11, второй канал управления положением сварочной головки, содержащий последовательно соединенные датчик сварочного напряжения 12, триггер Шмитта 13, аналоговый ключ 14, вход управления которого подключен к выходу датчика фазы сканирования 7, два выхода аналогового ключа подключены к соответствующим входам первого 15 и второго 16 инерционных звеньев первого порядка, выходы которых подключены к соответствующим входам устройства сравнения аналоговых сигналов 17, выход которого подключен через сглаживающий фильтр 18 к первому входу сумматора 19, ко второму входу которого подключен выход фильтра низких частот 6, а выход сумматора подключен ко входу усилителя 10.

Устройство автоматического управления положением сварочной головки работает следующим образом.

При отклонении сварочной головки 9 от стыка в сварочном токе появляются гармоническая составляющая на частоте колебаний электрода. Эта гармоническая составляющая выделяется полосовым фильтром 4, выпрямляется синхронным детектором 5 с учетом сигнала, поступающего с датчика 7 фазы сканирования. В результате на выходе синхронного детектора 5 формируется выпрямленный сигнал определенной полярности, зависящий от направления отклонения головки 9 от стыка. Этот сигнал сглаживается фильтром низкой частоты 6 и поступает на второй вход сумматора 19. С источника питания дуги 1 через датчик сварочного напряжения 12 и триггер Шмитта 13 подается сигнал коротких замыканий прямоугольной формы (фиг. 2, д, е, ж) на вход аналогового ключа 14. В соответствии с сигналом датчика фазы сканирования 7 (фиг. 2, г) аналоговый ключ переключается либо на вход первого инерционного звена первого порядка 15, либо на вход второго инерционного звена первого порядка 16. В устройстве сравнения аналоговых сигналов 17 из сигнала с выхода первого инерционного звена первого порядка 15 и сигнала с выхода второго инерционного звена первого порядка 16 вырабатывается сигнал ошибки и, пройдя сглаживающий фильтр 18 (фиг. 2, з, и, к), подается на первый вход сумматора 19. С выхода сумматора 19 на привод перемещения головки 11 поперек стыка через усилитель 10 поступает сигнал коррекции положения сварочной головки. В результате сварочная головка начинает перемещаться к линии стыка.

При движении электрода точно по стыку (фиг. 2, а) число коротких замыканий на обеих стенках стыка будет приблизительно одинаково (фиг. 2, д) и сигнал ошибки будет иметь вид (фиг. 2, з). При движении электрода по одной из стенок (фиг. 2, б, в) число коротких замыканий на одной из стенок будет намного больше, чем на другой стенке (фиг. 2, е, ж) и сигнал ошибки будет иметь вид (фиг. 2, и, к), который будет стремится вернуть сварочный электрод на стык свариваемых деталей.

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.

Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов, более точно - к автоматизации электродуговой сварки разделанных и угловых швов в среде защитных газов и под флюсом. Первый канал управления положением сварочной головки включает последовательно соединенные шунт сварочной цепи, датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор и фильтр низкой частоты. Второй канал управления положением сварочной головки содержит последовательно соединенные датчик сварочного напряжения, триггер Шмитта, аналоговый ключ, инерционные звенья первого порядка, устройство сравнения аналоговых сигналов и сглаживающий фильтр. Вход датчика фазы сканирования соединен с колебателем, а выход подключен ко второму входу синхронного детектора и входу управления аналоговым ключом. Два выхода аналогового ключа подключены к соответствующим входам первого и второго инерционных звеньев первого порядка. Выходы этих звеньев подключены к соответствующим входам устройства сравнения аналоговых сигналов. Выход устройства сравнения подключен через сглаживающий фильтр к первому входу сумматора, ко второму входу которого подключен выход фильтра низкой частоты. Выход сумматора подключен ко входу усилителя. Такое выполнение устройства позволяет повысить качество сварных соединений при сварке с короткими замыканиями. 2 ил.

Устройство автоматического управления положением сварочной головки, содержащее первый канал управления положением сварочной головки, включающий последовательно соединенные шунт сварочной цепи, датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, настроенный на частоту колебаний электрода, синхронный детектор и фильтр низкой частоты, колебатель, и последовательно соединенные усилитель и привод перемещения головки поперек стыка, отличающееся тем, что в устройство введены датчик фазы сканирования, сумматор и второй канал управления положением сварочной головки, содержащий последовательно соединенные датчик сварочного напряжения, триггер Шмитта, аналоговый ключ, инерционные звенья первого порядка, устройство сравнения аналоговых сигналов и сглаживающий фильтр, при этом вход датчика фазы сканирования соединен с колебателем, а выход подключен ко второму входу синхронного детектора и входу управления аналоговым ключом, два выхода которого подключены к соответствующим входам первого и второго инерционных звеньев первого порядка, выходы которых подключены к соответствующим входам устройства сравнения аналоговых сигналов, выход которого подключен через сглаживающий фильтр к первому входу сумматора, ко второму входу которого подключен выход фильтра низкой частоты, выход сумматора подключен ко входу усилителя.