СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СВАРОЧНЫМ ТОКОМ ПРИ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКЕ Российский патент 2005 года по МПК B23K11/24 

Изобретение относится к контактной сварке, в частности к контактной сварке переменным током, проводимой с помощью регулятора цикла сварки с тиристорным модулем.

Известно техническое решение "Способ контактной стыковой сварки сопротивлением" (а.с. СССР №1648680 А1, В 23 К 11/24), при котором сварку ведут на постоянном угле включения тиристоров. В процессе сварки в каждом полупериоде тока измеряют угол проводимости тиристоров и сравнивают друг с другом.

Данный способ не позволяет управлять сварочным током в фазах процесса контактной точечной сварки, что существенно снижает качество сварных соединений.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ контактной точечной сварки, использованный в контроллере контактной сварки ККС-102 (“Техническое описание и инструкция по эксплуатации контроллера контактной сварки”, ОАО “АВТОВАЗ”, 1994 г.). В основе функционирования контроллера заложен принцип действия программируемого многоканального регулятора цикла сварки с тиристорным модулем. Способ управления сварочным током основан на изменении угла проводимости тиристоров, выполняющего последовательность заранее заданных режимов работы. Контроль и корректировка режима происходит по обратной связи от датчика тока.

Данный способ не позволяет при управлении сварочным током учитывать сложную зависимость выделения тепла в точке сварки в процессе сварки, что снижает качество сварных соединений.

Создание данного технического решения направлено на повышение качества сварных соединений за счет регулирования угла проводимости тиристоров в каждом полупериоде сварочного тока в фазах процесса сварки. Для этого в способе управления сварочным током при контактной точечной сварке переменным током, проводимом с помощью регулятора цикла сварки с тиристорным модулем и основанном на изменении угла проводимости тиристоров, предварительно определяют контрольные точки сварочных токов в каждой фазе процесса точечной сварки, по которым рассчитывают регрессионные модели кривых амплитуды сварочных токов, затем, используя регрессионные модели кривых амплитуды сварочных токов, вычисляют значения углов проводимости тиристоров по формуле

где I_M - максимальное значение сварочного тока;

t - время;

ω - частота питающей сети;

α - угол включения тиристоров;

ϕ - угол сдвига фаз;

а_n - коэффициенты степенного полинома,

после чего записывают в модули управления сварочным током, предварительно введенные в регулятор цикла сварки, значения угла проводимости тиристоров, которые в последствии используют при управлении сварочным током.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства, с помощью которого осуществляется способ управления сварочным током при контактной точечной сварке; на фиг.2 - пример формы кривой амплитуды сварочного тока от времени; на фиг.3 - форма кривой амплитуды сварочного тока на основании вычисленной регрессионной модели.

Процесс образования точки сварки может требовать сложную зависимость выделения тепла в точке сварки. С помощью модулей управления сварочным током возможно управление сварочным током в фазах процесса точечной сварки, например таких как подогрев металла, режим сварки и режим плавного остывания. Модули управления сварочным током программируются независимо. С помощью одного модуля управления сварочным током можно задать форму кривой амплитуды одного сварочного тока от времени для подогрева металла и соответственно существенное снижение удельного сопротивления контактирования площади сопротивления поверхности металла. С помощью второго модуля управления сварочным током возможно задать форму кривой амплитуды тока эффективного образования точки сварки. С помощью третьего модуля управления сварочным током задается форма амплитуды сварочного тока, с помощью которого осуществляется подогрев металла небольшим током после эффективного образования точки сварки. Этот режим необходим для плавного остывания металла в точке сварки, тем самым улучшая структуру сварного соединения и ослабления внутренних напряжений в металле.

Действительно, мгновенное значение сварочного тока при фазовом регулировании определяется следующим соотношением

где I_M - максимальное значение сварочного тока;

ω - частота питающей сети;

α - угол включения тиристоров;

ϕ - угол сдвига фаз.

Функция, полученная при описании формы амплитуды кривой сварочного тока, определяется отношением

где a_n - коэффициенты регрессионной модели кривой сварочного тока;

m - количество контрольных точек.

Коэффициенты a₁..._{аn находятся путем решения системы уравнений}

Очевидно, выполнив математические преобразования, угол проводимости тиристоров необходимо изменять согласно формуле

Реализацию заявляемого способа рассмотрим на примере работы устройства, конструктивное исполнение которого представлено на фиг.1. Модули управления сварочным током 1, 2, 3 встраиваются в регулятор цикла сварки 4 с тиристорным модулем, сварочный ток передается через сварочный трансформатор 5 на сварочные клещи 6, с помощью датчика тока 7 происходит контроль сварочного тока по обратной связи. С помощью программатора 8 программируют по каналам связи модуля управление сварочным током 1, 2, 3. Контроллер 9 регулятора цикла сварки 4 управляет процессом точечной сварки. Данный способ возможно осуществить, используя регуляторы цикла сварки с тиристорным модулем фирмы Bosch PST6000.XXX, присутствующие на Российском рынке. В качестве модулей управления сварочным током, встраиваемых в регулятор цикла сварки с тиристорным модулем, могут быть использованы Flash Disk с объемом памяти от 256 Мб до 1 Гб в зависимости от количества контрольных точек, с помощью которых описывается форма кривой амплитуды сварочного тока от времени. Количество модулей управления сварочным током зависит от количества фаз процесса точечной сварки, в каждой из которых требуется подача тока по определенной форме кривой амплитуды сварочного тока. В качестве программатора может быть использован переносной компьютер NoteBook, совместимый с IBM PC.

При программировании модулей управления сварочным током предварительно по технологическим соображениям определяются контрольные точки кривой амплитуды сварочного тока в течение одной фазы точечной сварки. Каждая контрольная точка несет в себе информацию об амплитудном значении сварочного тока и времени, в которое это значение должно быть достигнуто относительно начала цикла сварки. Количество контрольных точек определяет точность регрессионной модели зависимости амплитуды сварочного тока от времени. Затем с помощью программатора 8 вычисляют регрессионную модель кривой амплитуды сварочного тока в виде степенного полинома, а также рассчитывают значения угла проводимости тиристоров сварки и записывают информацию по каналам связи в модуль управления сварочным током.

Способ осуществляется следующим образом. Определяются контрольные точки сварочного тока первой фазы процесса сварки фиг.2 и их данные заносятся в программатор 8 модулей управления сварочным током. С помощью программатора 8 рассчитывают регрессионную модель формы кривой амплитуды сварочного тока и вычисляют значения угла проводимости тиристоров согласно формуле (4). По каналам связи от программатора 8 в модуль управления сварочным током 1 записывают значения угла проводимости тиристоров регулятора цикла сварки 4 с тиристорным модулем. Для описания сварочных токов последующих фаз процесса сварки данное выше описание программирования модулей управления сварочным током повторяется. Контроллер 9 регулятора цикла сварки 4 с тиристорным модулем, используя данные хранящиеся в модулях управления сварочным током 1, 2, 3, управляет сварочным током, который подается на сварочные клещи 6 через сварочный трансформатор 5. С помощью датчика тока 7 снимается аналоговый сигнал, напряжение которого пропорционально сварочному току, обеспечивающий контроль тока по обратной связи.

Изобретение может быть использовано при контактной сварке переменным током с использованием регулятора цикла сварки с тиристорным модулем. Способ управления сварочным током основан на изменении угла проводимости тиристоров. Предварительно определяют контрольные точки сварочных токов в каждой фазе процесса точечной сварки. По этим точкам рассчитывают регрессионные модели кривых амплитуды сварочных токов и вычисляют значения углов проводимости тиристоров в зависимости от максимального значения сварочного тока, частоты питающей сети, угла включения тиристоров, угла сдвига фаз и коэффициентов степенного полинома. Записывают в модули управления сварочным током предварительно введенные в регулятор цикла сварки значения угла проводимости тиристоров, которые впоследствии используют при управлении сварочным током. Создание данного технического решения направлено на повышение качества сварных соединений за счет регулирования угла проводимости тиристоров в каждом полупериоде сварочного тока в фазах процесса сварки. 3 ил.

Способ управления сварочным током при контактной точечной сварке переменным током, проводимый с помощью регулятора цикла сварки и основанный на изменении угла проводимости тиристоров, отличающийся тем, что предварительно определяют контрольные точки сварочных токов в каждой фазе процесса точечной сварки, по которым рассчитывают регрессионные модели кривых амплитуды сварочных токов, затем, используя регрессионные модели кривых амплитуды сварочных токов, вычисляют значения углов проводимости тиристоров по формуле

где I_M - максимальное значение сварочного тока;

t - время;

ω - частота питающей сети;

α - угол включения тиристоров;

ϕ - угол сдвига фаз;

a_n - коэффициенты степенного полинома,

после чего записывают в модули управления сварочным током предварительно введенные в регулятор цикла сварки значения угла проводимости тиристоров, которые впоследствии используют при управлении сварочным током.