УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ СВАРОЧНОГО ЭЛЕКТРОДА Российский патент 2003 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. 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 (а.с. СССР 1087283, опубл. в 1982 г., МПК⁷ 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, сварочную горелку, датчик величины сварочного тока, первый полосовой фильтр, второй полосовой фильтр, первый выпрямитель, синхронный детектор, датчик положения дуги, первый сглаживающий фильтр, усилитель коррекции, привод коррекции сварочной горелки поперек стыка, схему сравнения, усилитель амплитуды колебаний электрода, сумматор, привод подачи сварочной горелки вдоль стыка (а.с. СССР 1187940, опубл. в 1985 г., МКИ³ 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, сварочную горелку, датчик величины сварочного тока, первый полосовой фильтр, второй полосовой фильтр, первый выпрямитель, синхронный детектор, датчик положения дуги, первый сглаживающий фильтр, усилитель коррекции, привод коррекции сварочной горелки поперек стыка, схему сравнения, усилитель амплитуды колебаний электрода, сумматор, привод подачи сварочной горелки вдоль стыка, дополнительно введены датчик напряжения, усилитель с переменным коэффициентом усиления, фильтр низкой частоты, третий полосовой фильтр, четвертый полосовой фильтр, пятый полосовой фильтр, шестой полосовой фильтр, седьмой полосовой фильтр, второй, третий, четвертый, пятый и шестой сглаживающие фильтры, второй, третий, четвертый пятый и шестой выпрямители, первый и второй аналоговые ключи, блок выделения максимума и блок выделения минимума, делитель максимума на минимум, блок управления аналоговыми ключами, блок аналоговой памяти, задатчик, колебатель, причем выход датчика сварочного напряжения подключен к входам третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого полосовых фильтров, выходы которых через второй, третий, четвертый, пятый и шестой выпрямители подключены к входам второго, третьего, четвертого, пятого и шестого сглаживающих фильтров, блок управления аналоговыми ключами выдает на управляющий вход первого аналогового ключа номер входа сглаживающего фильтра, выход выбранного сглаживающего фильтра подключен к входу первого аналогового ключа, выход которого подключен к первому входу блока выделения максимума и первому входу блока выделения минимума, второй вход блока выделения минимума подключен к выходу блока управления ключом, второй вход блока выделения максимума, подключен к выходу блока управления ключом, выход блока выделения максимума подключен к первому входу делителя максимума на минимум, а ко второму входу делителя максимума на минимум подключен выход блока выделения минимума, выход делителя подключен к первому входу второго аналогового ключа, второй вход блока выделения минимума подключен к выходу блока управления ключом, выход второго аналогового ключа подключен к входу блока аналоговой памяти, выход которой подключен к входу усилителя с переменным коэффициентом усиления и входу усилителя амплитуды колебаний электрода, выход усилителя с переменным коэффициентом усиления подключен к входу привода подачи сварочной горелки вдоль стыка, который соединен со сварочной горелкой, выход блока аналоговой памяти подключен к первому входу сумматора, к второму входу сумматора подключен задатчик, выход сумматора подключен к второму входу схемы сравнения, к первому входу которой подключен выход фильтра низкой частоты, выход устройства сравнения подключен к входу усилителя коррекции, причем выход усилителя коррекции подключен к входу привода коррекции сварочной горелки поперек стыка, выход которого подключен к входу колебателя, выход колебателя соединен со сварочной горелкой.

В устройстве управления положением сварочного электрода полосовой фильтр, фильтр низкой частоты, сумматор, синхронный детектор, усилитель, привод, датчик фазы сканирования, датчик сварочного тока, 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 на фиг. 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 4 и входом сварочной горелки 3, выход которого соединен с входами первого полосового фильтра 5, настроенного на частоту колебаний электрода и второго полосового фильтра 6, настроенного на удвоенную частоту колебаний электрода, выход первого полосового фильтра 5 подключен ко входу синхронного детектора 7, выход которого подключен к сглаживающему фильтру 9, второй вход синхронного детектора 7 подключен к выходу датчика положения дуги 8, выход второго полосового фильтра 6 подключен к входу первого выпрямителя 11, выход которого подключен к входу фильтра низкой частоты 12, выход которого подключен к первому входу схемы сравнения 13 выход источника питания дуги 1 подключен ко входу датчика напряжения 14, выход которого подключен к входам третьего полосового фильтра 15, четвертого полосового фильтра 16, пятого полосового фильтра 17, шестого полосового фильтра 18, седьмого полосового фильтра 19, выход третьего полосового фильтра 15 подключен к входу второго выпрямителя 20, выход четвертого полосового фильтра 16 подключен к входу третьего выпрямителя 21, выход пятого полосового фильтра 17 подключен к входу четвертого выпрямителя 22, выход шестого полосового фильтра 18 подключен к входу пятого выпрямителя 23, выход седьмого полосового фильтра 19 подключен к входу шестого выпрямителя 24, выход второго выпрямителя 20 подключен к выходу второго сглаживающего фильтра 25, выход третьего выпрямителя 21 подключен к выходу третьего сглаживающего фильтра 26, выход четвертого выпрямителя 22 подключен к выходу четвертого сглаживающего фильтра 27, выход пятого выпрямителя 23 подключен к выходу пятого сглаживающего фильтра 28, выход шестого выпрямителя 24 подключен к выходу шестого сглаживающего фильтра 29, блок управления аналоговыми ключами 33 выдает на управляющий вход первого аналогового ключа 30 номер входа сглаживающего фильтра, с которого должен сниматься обрабатываемый сигнал, выход выбранного сглаживающего фильтра подключается к входу первого аналогового ключа 30, выход которого подключен к первому входу блока выделения максимума 31 и первому входу блока выделения минимума 32, второй вход блока выделения минимума 32 подключен к выходу блока управления ключом 33, второй вход блока выделения максимума 31 подключен к выходу блока управления ключом 33, выход блока выделения максимума 31 подключен к первому входу делителя максимума на минимум 34, а ко второму входу делителя максимума на минимум 34 подключен выход блока выделения минимума 32, выход делителя 34 подключен к первому входу второго аналогового ключа 35, второй вход аналогового ключа 35 подключен к выходу блока управления ключом 33, выход второго аналогового ключа 35 подключен к входу аналоговой памяти 36, выход блока аналоговой памяти 36 подключен к входу усилителя амплитуды колебаний электрода 37 и первому входу усилителя с переменным коэффициентом усиления 43, выход усилителя с переменным коэффициентом усиления 43 подключен к приводу подачи сварочной горелки вдоль стыка 40, выход усилителя амплитуды колебаний электрода 37 подключен к первому входу сумматора 39, второй вход сумматора 39 подключен к выходу задатчика 38, выход сумматора 39 подключен к второму входу схемы сравнения 13, выход схемы сравнения 13 подключен к входу усилителя коррекции 41, выход усилителя коррекции 41 подключен к входу привода коррекции сварочной горелки поперек стыка 42, который управляет колебателем 10, под действием которого сварочная горелка 3 перемещается.

Устройство автоматического управления положением сварочной головки работает следующим образом. При отклонении сварочной горелки 3 от стыка в сварочном токе появляются гармонические составляющие. С источника питания дуги 1 через шунт в сварочной цепи 2 с датчика тока 4 эти гармонические составляющие поступают на первый полосовой фильтр 5 и второй полосовой фильтр 6. Первая гармоническая составляющая выделяется первым полосовым фильтром 5, настроенным на частоту колебаний электрода, вторая гармоническая составляющая выделяется вторым полосовым фильтром 6, настроенным на вторую гармонику. Первая гармоническая составляющая выпрямляется синхронным детектором 7 синхронизируемым сигналом, поступающим с датчика положения дуги 8. В результате на выходе синхронного детектора 7 формируется продетектированный сигнал, зависящий от направления отклонения сварочной головки 3 от стыка. Этот сигнал интегрируется сглаживающим фильтром 9 и поступает на второй вход усилителя с переменным коэффициентом усиления 43. На входы первого выпрямителя 11 поступает сигнал с второго полосового фильтра 6. Выпрямленный сигнал с выхода первого выпрямителя 11 поступают на вход фильтра нижних частот 12, интегрируется им и поступает на первый вход схемы сравнения 13. С датчика напряжения 14 сигнал поступает на третий полосовой фильтр 15, настроенный на частоту коротких замыканий, на четвертый полосовой фильтр 16, настроенный на частоту, превышающую частоту коротких замыканий в 1.08 раза, на пятый полосовой фильтр 17, настроенный на частоту, превышающую частоту коротких замыканий в 1.16 раза, на шестой полосовой фильтр 18, настроенный на частоту коротких замыканий, уменьшенную в 0.92 раза, на седьмой полосовой фильтр 19, настроенный на частоту коротких замыканий, уменьшенную в 0.84 раза. На входы второго выпрямителя 20 поступает сигнал с третьего полосового фильтра 15. Выпрямленный сигнал с выхода второго выпрямителя 20 поступает на вход второго сглаживающего фильтра 25. На входы третьего выпрямителя 21 поступает сигнал с четвертого полосового фильтра 16. Выпрямленный сигнал с выхода третьего выпрямителя 21 поступает на вход третьего сглаживающего фильтра 26. На входы четвертого выпрямителя 22 поступает сигнал с пятого полосового фильтра 17. Выпрямленный сигнал с выхода четвертого выпрямителя 22 поступает на вход четвертого сглаживающего фильтра 27. На входы пятого выпрямителя 23 поступает сигнал с шестого полосового фильтра 18. Выпрямленный сигнал с выхода пятого выпрямителя 23 поступает на вход пятого сглаживающего фильтра 28. На входы шестого выпрямителя 24 поступает сигнал с седьмого полосового фильтра 19. Выпрямленный сигнал с выхода шестого выпрямителя 22 поступает на вход шестого сглаживающего фильтра 29. Блок управления аналоговыми ключами 33 выдает на управляющий вход первого аналогового ключа 30 номер входа сглаживающего фильтра, с которого должен сниматься обрабатываемый сигнал. С выхода выбранного второго сглаживающего фильтра 25 или третьего сглаживающего фильтра 26, или четвертого сглаживающего фильтра 27, или пятого сглаживающего фильтра 28, или шестого сглаживающего фильтра 29 сигнал поступает на вход аналогового ключа 30, с выхода которого сигнал поступает на вход блока выделения максимума 31 и на вход блока выделения минимума 32, с выхода блока выделения максимума 31 и выхода блока выделения минимума 32 сигналы поступают на входы делителя максимума на минимум 34, с выхода которого отношение этих сигналов поступает на первый вход аналогового ключа 35. С выхода блока управления аналоговыми ключами 33 поступает управляющий сигнал на второй вход аналогового ключа 35. С выхода аналогового ключа 35 сигнал поступает на вход блока аналоговой памяти 36. После того, как сигнал поступил в аналоговую память 36, с выхода блока управления ключами 33 на входы блока выделения максимума 31 и блока выделения минимума 32 подается сигнал сброса. С выхода блока аналоговой памяти 36 сигнал коррекции положения сварочной головки поступает на вход усилителя амплитуды колебаний электрода 37 и на первый вход усилителя с переменным коэффициентом усиления 43 и управляет его коэффициентом усиления. С выхода усилителя с переменным коэффициентом усиления 43 сигнал поступает на привод подачи сварочной горелки вдоль стыка 40. С выхода усилителя амплитуды колебаний электрода 37 сигнал поступает на первый вход сумматора 39, на второй вход которого поступает сигнал с задатчика 38. Суммарный сигнал поступает на второй вход схемы сравнения 13. Сигнал, полученный на выходе схемы сравнения 13 через усилитель коррекции 41 поступает на привод коррекции сварочной горелки поперек стыка 42, который управляет колебателем 10. 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 и частоты коротких замыканий, чем достигается повышение качества сварного соединения.

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. Выход датчика сварочного напряжения подключен к входам третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого полосовых фильтров, выходы которых через второй, третий, четвертый, пятый и шестой выпрямители подключены к входам второго, третьего, четвертого, пятого и шестого сглаживающих фильтров. Блок управления аналоговыми ключами выдает на управляющий вход первого аналогового ключа номер входа сглаживающего фильтра. Выход выбранного сглаживающего фильтра подключен к входу первого аналогового ключа, выход которого подключен к первому входу блока выделения максимума и первому входу блока выделения минимума. Второй вход блока выделения минимума подключен к выходу блока управления ключом. Второй вход блока выделения максимума подключен к выходу блока управления ключом. Выход блока выделения максимума подключен к первому входу делителя максимума на минимум. Ко второму входу делителя максимума на минимум подключен выход блока выделения минимума. Вход делителя подключен к первому входу второго аналогового ключа. Второй вход блока выделения минимума подключен к выходу блока управления ключом. Выход второго аналогового ключа подключен к входу блока аналоговой памяти, выход которой подключен к входу усилителя с переменным коэффициентом усиления и входу усилителя амплитуды колебаний электрода. Выход усилителя с переменным коэффициентом усиления подключен к входу привода подачи сварочной горелки вдоль стыка, который соединен со сварочной горелкой. Выход блока аналоговой памяти подключен к первому входу сумматора. Ко второму входу сумматора подключен задатчик. Выход сумматора подключен к второму входу схемы сравнения, к первому входу которой подключен выход фильтра низкой частоты. Выход устройства сравнения подключен к входу усилителя коррекции. Выход усилителя коррекции подключен к входу привода коррекции сварочной горелки поперек стыка, выход которого подключен к входу колебателя. Выход колебателя соединен со сварочной горелкой. Такое выполнение устройства позволяет повысить качество сварного соединения при сварке с короткими замыканиями. 1 ил.

Устройство управления положением сварочного электрода, содержащее источник питания дуги, шунт в сварочной цепи, сварочную горелку, датчик величины сварочного тока, первый полосовой фильтр, второй полосовой фильтр, первый выпрямитель, синхронный детектор, датчик положения дуги, первый сглаживающий фильтр, усилитель коррекции, привод коррекции сварочной горелки поперек стыка, схему сравнения, усилитель амплитуды колебаний электрода, сумматор, привод подачи сварочной горелки вдоль стыка, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены датчик напряжения, усилитель с переменным коэффициентом усиления, фильтр низкой частоты, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой полосовой фильтры, второй, третий, четвертый, пятый и шестой сглаживающие фильтры, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выпрямители, первый и второй аналоговые ключи, блок выделения максимума и блок выделения минимума, делитель максимума на минимум, блок управления аналоговыми ключами, блок аналоговой памяти, задатчик и колебатель, причем выход датчика сварочного напряжения подключен к входам третьего, четвертого, пятого, шестого и седьмого полосовых фильтров, выходы которых через второй, третий, четвертый, пятый и шестой выпрямители подключены к входам второго, третьего, четвертого, пятого и шестого сглаживающих фильтров, блок управления аналоговыми ключами выдает на управляющий вход первого аналогового ключа номер входа сглаживающего фильтра, выход выбранного сглаживающего фильтра подключен к входу первого аналогового ключа, выход которого подключен к первому входу блока выделения максимума и первому входу блока выделения минимума, второй вход блока выделения минимума подключен к выходу блока управления ключом, второй вход блока выделения максимума подключен к выходу блока управления ключом, выход блока выделения максимума подключен к первому входу делителя максимума на минимум, а ко второму входу делителя максимума на минимум подключен выход блока выделения минимума, выход делителя подключен к первому входу второго аналогового ключа, второй вход блока выделения минимума подключен к выходу блока управления ключом, выход второго аналогового ключа подключен к входу блока аналоговой памяти, выход которой подключен к входу усилителя с переменным коэффициентом усиления и входу усилителя амплитуды колебаний электрода, выход усилителя с переменным коэффициентом усиления подключен к входу привода подачи сварочной горелки вдоль стыка, который соединен со сварочной горелкой, выход блока аналоговой памяти подключен к первому входу сумматора, ко второму входу сумматора подключен задатчик, выход сумматора подключен к второму входу схемы сравнения, к первому входу которой подключен выход фильтра низкой частоты, выход устройства сравнения подключен к входу усилителя коррекции, причем выход усилителя коррекции подключен к входу привода коррекции сварочной горелки поперек стыка, выход которого подключен к входу колебателя, выход колебателя соединен со сварочной горелкой.