Способ управления положением электросварочной горелки относительно стыка и устройство для его осуществления (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК B23K9/10 

2.Устройство управления положением электросварочной горелки относительно стьжа, содержащее датчик велинины сварочного тока, датчик направления отклонения дуги, фильтр нижних, частот, включенный последовательно с усилителем и приводом поперечного перемещения сварочйой горелки, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварки, в него дололниз;ельно введены синхронный детектор и полосовой фильтр, причем к первому входу синхронного детектора подключен через полосовой фильтр датчик величины сварочного тока, к второму синхронного-детектора подключен выход датчика направления отклонения дуги, а выход синхронного детектора соединен с фильтрсм нижних частот.

3.Устройство управления положением электросварочной горелки относительно стыка, содержащее датчик величины сварочного тока, датчик налравления отклонения дуги, фильтр нижних частот, усилитель с приводом поперечного перемещения сварочной горелки и иолебатвль, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварки, в него дополни тельно введены симхро.нный детектор, КОЛОСОВОЙ фильтр, ключ и блок управления колеОаамем дуги, причем датчик -величины сварочного тока, полосовой фильтр, синхронньгй детектор, фильтр нижних частот и усилитель с приводом поперечного перемещения сварочной горелки связаны последовательно, вход блока управления колебанием дуги связан с выходом фильтра нижних частот, первый его выход связан с колебателем, а второй выход - с управляющим входом ключа.

1. Способ управления положением электросварочной, горелки относительно стыка, при котором дуге сообщают колебательные перемещения поперек стыка, измеряют сварочный ток, формируют сигнал рассогласования и используют его для коррекции положения оси горелки относительно середины стыка, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки, для формирования сигнала рассогласования вьделяют гармоническую составляющую сварочного тока с частотой вынужденных колебаний дуги, по фазе этой гаи -мониыеской ссютавляющей определяют $ знак, а по амплитуде - величину от(О клонения оси горелки от середины стыка.

Изобретение относится к автоматиции сварочных процессов, а именно к автоматизации электродуговой сварки разделанных и угловых швов в среде защитного газа и под флюсом, и может найти применение в маминостроении и кораблестроении.

Известен способ управления движением сварочной горелки относительно оси стыка при механизированной дуговой сварке, характеризуквдейся тем, что в качестве датчика положения используют сварочную дугу, а в качестве информации о положении - величину сварочного тока или напряжения дуги, причем дуге задают колебания поперек стыка, непрерывно измеряют величину тока или напряжения, а затем формируют сигнал рассогласования путем нахождения интеграла от измеренной , величины за один период колебаний дуги поперек стыка и используют полученный сигнал для коррекции положения сварочной горелки относительно середины стыка ij .

Недостатком этого способа является невысокое качество сварного шва. вследствие малой достоверности информации о положении горелки относительно середины стыка, из-за большой дисперсии значений измеряемых параметров сварстчной дуги:наблюдаются случайные уходы горелки от середины стыка.

Этот способ осуществлен с помощью устройства для управления движением электросварочной горелки относительно стыка, содержащего датчик

величины сварочного тока или напряжения, датчик знака отклонения дуги аналоговые интеграторы, схему сравнения, привод перемещения сварочной горелки поперек стыка и схему управления этим приводом Г .

Недос-гатком устройства является то, что измерение электрических параметров дуги производят в- течение одного, периода ее качания поперек шва и, следовательно, результат его зависит от флуктуации тока или напряжения, характерных для процесса электросварки, что снижает качество получаемого uma.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ управления положением электрсварочной горелки относительно стыка, при котором для слежения за стыком в качестве датчика положения используют сварочную дугу, а в качестве информации о положении - величину сварочного тока, причем дуге сообщают колебания поперек стыка и -измеряют величину сварочного тока в моменты наибольшего отклонения дуги от серед1-у ы стыка, а затем формируют сигнал рассогласования путем нахоящения разности амплитудных значений тока за один период поперечных колебаний дуги и используют полученный сигнал для коррекции положения сварочной горелки относительно середины стыка 2 ,

Недостатком известного способа является невысокое качество сварног шва вследствие случайных отклонеНИИ горелки от середины стыка, из-з дисперсии -значений сварочного тока от периода к периоду поперечных колебаний дуги. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, реализ.ующее указанный способ, содержащее датчик величины сварочного тока, фильтр, усилитель, датчик знака отклонения дуги и привод перемещения сварочной горелки относительно стыка 2j . Недостатком известного устройства является использование в качестве информации об отклонении горелки от середины сварного шва величины сварочного тока, измеренного в моменты предельных отклонений дуги в ее колебательном перемещении по-, перек стыка, которая обладает большой дисперсией, а потому не обеспечивает получение качественного шва. Цель изобретения - повьлиение качества сварного шва путем повышения достоверности информации о положении сварочной горелки относительно оси стыка. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления положением электросварочной горелки относительно стыка, при котором дуге сообщают колебательные перемещения поперек стыка, измеряют сварочный ток, формируют сигнал рассогласования и используют его для коррекции положения горелки относительно середины стыка, для формирования сигнала рассогласовани ,выделяют гармоническую составляющую сварочного тока с частотой вынужден ных колебаний дуги, по фазе этой га монической составляющей определяют знак, а по амплитуде - величину отклонения оси горелки 6т середины стыка. Для осуществления способа в уст ройство управления положением элект сварочной горелки относительно стык содержащее датчик величины сварочно го тока, датчик направления отклоне ния дуги, фильтр нижних частот, вкл ченный последовательно с усилителем и приводом поперечного перемещения сварочной горелки, дополнительно введены синхронный детектор и полос вой фильтр, прргчем к первому входу синхронного детектора подключен чер полосовой фильтр датчик величины св рочного тока, к второму входу синхронного детектора подключен выход д чика направления отклонения дуги, а выход синхронного детектора соедине с фильтром нижних частот. В другой вариант устройства упра ления положением электросварочной горелки относительно стыка,содержащего датчик величины сварочного тока, датчик направления отклонения дуги, фильтр нижних частот, усилитель с приводом поперечного перемещения сварочной горелки и колебатель дополнительно введены синхронный детектор, полосовой фильтр, ключ и блок управления колебанием дуги, причем датчик величины сварочного тока, полосовой фильтр, синхронный детек,тор, фильтр нижних частот и усилитель с приводом поперечного перемещения сварочной горелки связаны последовательно, вход блока управления колебанием дуги связан с выходом фильтра нижних частот, первый его выход связан с колебателен, а второй выход - с управляющим входом ключа. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства управления положением сварочной горелки относи тельно стыка первый вариант на фиг. 2 - то же, второй вариант} на фиг. 3 - кривые сварочного тока на входе и выходе синхронного детектора (а - отображает напряжение датчика знака отклонения дуги; .6 закон колебаний электрической дуги (функция работы колебателя)j в - сигнал на выходе датчика величины сварочного тока при отсутствии отклонения оср сварочной горелки от середины стыка г - выходное напряжение фильтра нижних частот; д - сигнал на выходе датчика величины сварочного тока при уходе оси сварочной горелки в сторону от середины стыка; е - выходное напряжение фильтра нижних частот при уходе оси сварочной горелки в одну сторону от середины стыка; ж - сигнал на выходе датчика величины сварочного тока при уходе оси сварочной горелки в другую сторону от середины стыка; з - выходное напряжение фильтра нижних частот при уходе оси сварочной горелки в другую сторону от середины стыка). В основу способа управления положением сварочной горелкой положена однозначная зависимость величины сварочного тока от длины дуги. При качании дуги (электрода) поперек стыка свариваемых деталей изменяется длина дуги относительно кромок шва (или стенок при угловом стыке) и, следовательно, величина сварочного тока.. Экспериментально установлено, что при удалении сварочной горелки от се редины разделанного стыка, в кривой сварочного тока появляется rai ioHHческая составляющая на частоте вынужденных колебаний дуги. В том случае, когда горелка совмещена с серединой стыка, в сварочном ток эта гармоническая составлягсщая отсутствует, а появляется тармоническая составляющая двойной частоты. Амплитуда гармонической составля щей на частоте вынужденных колебани дуги растет по мере увеличения смещ ния среднего положения горелки от с редины cTbika. Таким образом, для обеспечения рабочего движения элект росварочной горелки вдоль середины етыка необходимо минимизировать гар моническую составляющую сварочного тока с частотой вынужденных колебаний дуги, Уст|)Ойство для управления положе нием электросварочной горелки относительно стьжа по первому варианту содержит датчик 1 величины сварочного тока, подключ.енный к шунту 2, включенному в цепь тока сварочной дуги, выход датчика 1 величины сварочного тока подключен к входу полосового фильтра 3, синхронный детектор 4, один из входов которого соединен с выходом полосового фильтра 3, а другой - с выходом датчика 5 знака отклонения дуги-, выход синхронного детектора 4 соединен через фильтр 6 нижних частот с усилителем 7 привода 8 перемещения сварочной горелки 9 поперек стыка. Кроме то-го, устройство содержит колебатель 10 дуги.I Устройство для управления Полоисёнием электросварочной горелки относ тельно стыка по первому варианту работает следующим образом. Колебатель 10 дуги электросварочной горелки 9 работает непрерывно. Полная величина сварочного тока, про текаквдего через шунт 2, преобразуется датчиком 1 величины сварочного то ка в сигнал, поступающий через помехозащитный полосовой фильтр 3, настроенный на частоту вынужденных кол баний дуги, в.озбухсдаемых с постоянны ми частотой и амплитудой колебателем 10, на сигнальный вход синхронного детектора 4. На управлягадий вход син хронного детектора 4 подается напряжение прямоугольной формы (фиг.З, график Q ) от датчика 5 знака отклонения дуги. За период колебаний дуги (фИ1. 3, ,график 5 ) сварочный ток е вследствие изменения ее длины дважды возрастает и убывает, поэтому сигнал на вькоде датчика 1 величины сварочного тока имеет симметричную форму с частотой, вдвое большей, чем частота колебаний дуги, если колебания дуги симметричны относительно середины стыка ( фиг. 3, график Ь ). На выходе синхронного детектора 4 и, соответственно, фильтра 6 нижних частот выходное напряжение в этом случае ра но нулю (фиг.З, график 1 ). Сигнал на выходе датчика 1 свароч кого тока приобретает несилметричную форму с преобразованием той или иной полярности в случаях ухода оси электросварочной горелки 9 от середины стыка - из биссектриальной плоскости углового стыка. Соответствующие формы сигнала на выходе датчика 1 сварочного тока в идеализированном виде йоказаны на графиках i и . (фиг.З). В обоих последних случаях в сих-нале на выходе датчика 1 величины сварочного тока появляется переменная составлягешая с частотой колебаний дуги, отсутствуюцая при движении горелки 9 точно над серединой стыка. Синхронный детектор 4 вьоделяет эту составляющую и на выходе фильтра 6 нижних частот в идеальном случае появляется постоянное, точнее медленно изменяющееся, напряжение, полярность которого отображает направление ухода электросварочной горелки от середины стыка, а величина - величину этого ухода (фиг.З графики е и ) . Это .напряжение является сигналом рассогласования в устройстве автомак тического управления и подается на вход усилителя 7 привода 8 перемещения электросварочной горелки 9 поперек стыка. При появлении сигнала рассогласования привод 8 поперечного перемещения горелки 9 устраняет это рассогласование, обеспечивая совпадение оси сварочной горелки с серединой стыка свариваемых деталей. Этот вариант предпочтителен при сложных конфигурациях стыка. Устройство для управления положением электросварочной горелки относительно стыка по второму варианту (фиг.2) содержит датчик 1 величины сварочного тока, подключенный к шунту 2, включенному в цепь тока сварочной дуги, выход датчика 1 величины сварочного тока подключен к входу полосового фильтра 3, синхронный детектор 4, один из входов которого с единен с выходом полосового фильтра 3, другой - с выходом датчика 5 знака отклонения дуги-, а выход подключен к входу фильтра б нижних частот, усилитель 7 привода 8 перемещения сварочной горелки 9 поперек стыка, колебателъ 10 дуги, соединенный с nepBisw выходом блока 11 управления, содержащего датчик времени и логическую схему, вход блока 11 управления подключен к выходу фильтра б нижних частот, а второй выход блока 11 управления подсоединен с управлягацему входу ключа 12, включенному между фильтром 6 нижних частот ек усилителем 7. Устройство управления положением сварочной горелки относительно стыка по второму варианту работает следующим образом. Постоянные поперечные колебания дуги относительно середины стыка не возбуждаются. Их возбуждают сериями с заранее установленной периодичностью моментов запуска. Эту функцию

выполняет блок 11 управления колебателем 10 дуги, который с заданной периодичностью, имея в своем составе датчик времени, запускает колебатель

10дуги и открывает ключ 12. При отсутствии отклонения оси сварочной горелки 9 от середины стыка на выходе фильтра б нижних частот напряжение рано нулю (фкг. 3, график 2 ), что служит для блока 11 управления сигналом к прекращению колебаний дуги. Если ось сварочной горелки 9 смещена относительно середины стыка, то на выходе синхронного детектора 4 и фильтра 6 нижних частот появляется управлявацигй сигнал (фиг. 3, графики

Q или ж ), который через открытый ключ 12 поступает на вход усилителя 7 привода 8,а последний перемещает сварочную горелку 9,совместив ее ось с серединой стыка.При этом управляи-пий сигнал уменьшится, блок

11управления остановит колебатель 10 дуги (обязательно в среднем положении относительно оси горелки) и закроет ключ 12. Наступит пауза до того момента, когда содержащийся в

блоке 11 управления датчик времени повторно не включит этот блок, и цикл повторится. Длительность паузы устанавливается при настройке устройства в зависимости от сложности конфигурации стыка. Второй вариант устройства предпочтительнее при простой конфигурации стыка и обеспечивает повышенную скорость сварки.

Таким образом, предлагаемый спо0соб и устройство для его реализации (его варианты) обеспечивают получе ние более достоверной информации о положении электросварочной горелки относительно середины стыка в услови5ях случайного распределения величин сварочного тока и/или напряжения во времени в процессе сварки. В связи с этим предлагаемый способ и соответствукщие варианты устройства дают возможность улучшить качество сварочного шва в условиях автоматизации процесса сварки,позволяя одновременно понизить требования к разделке стыков и точность позиционирования,а также ва5оить стыки сложной концигурации .

Фиг. г