Способ управления положением электросварочной горелки и устройство для его реализации Советский патент 1984 года по МПК B23K9/10 

t Й:зибретение относятся к автоматизации сварочных процессов, .а имен но к. автоматизации электрйдуговой сварки разделанных и угловых швов с качанием дуги поперек стыка в среДе за щитных газов и под флюсом. Известен способ управления положением сварочной горелки, при котором управляющий сигнал формируется по величине тока дуги. В процессе сварки измеряется разность интегралов тока дуги в полупериоды колебания сварочной горелки ипо этой раз ности формируется сигнал управления приводом поперечного перемещения горелки С1 3« Устройство, реализующее способ, содержит датчик сварочного тока (или напряжения), датчик знака отклонения дуги, аналоговые интеграто ры, схему управления, привод перемещения электросварочной горелки поперек- стыка и схему управления этим приводом l 3 Недостатком способа и устройства является то, что они не могут обеспечить установку оси сварочной горелки в биссёктральную плоскость стыка, что является одним из услови обеспечения высокого качества сварочного шва. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ при котором из сигнала сварочного тока воделяют и минимизируют гармоническую составляющую с частотой колебания дуги, по фазе этой состав ляющей относительно отклонения дуги формируют сигнал коррекции положени горелки С 2 3. Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее дат чики величины сварочного тока и знака отклонения дуги, колебатель, полосовой фильтр, синхронньй детектор, усилитель с приводом перемещения горелки С2 . Недостатком способа и устройства реализующего предлагаемый спосрб, является отсутствие системы, вывода оси сварочной горелки на биссёктрал ную плоскость стыка, и,-как следствие, невозможность получения высоко качественного шва при сварке угловы и разделанных стыков. Целью изобретения является повышение качества сварки путем поддер10жания оси горелки в биссектральной плоскости стыка. Поставленная цель достигается тем, что в способе управления положением электросварочной горелки, при котором сварочную горелку колеблют поперек стыка, формируют сигналу пропорциональный величине сварочного тока и сигнал направления отклонения дуги, вьщеляют и минимизируют гармоническую составляющую сварочного тока с частотой колебания дуги, по фазе полученной гармонической составляющей относительно отклонения дуги, производят коррекцию положения горелки относительно стыка, при выходе горелки на середину тыка вычисляют эффективные значения токов дуги в полуперирдах кcfлeбaния и по разности этих значений формируют с учетом направления отклонения дуги сигнал коррекции углового положения электросварочной горелки путем ее поворота вокруг оси, параллельнрй стыку. Поставленная цель достигается также тем, что устройство для управления положением электросварочной горелки, содержащее датчик величины сварочного тока, связанный через полосовой фильтр, синхронный детектор и усилитель с двигателем привода перемещения горелки, колебатель дуги с датчиком знака отклонения дуги, первым выходом связанный управляющим входом синхронного детектора, дополнительно снабжено первым и вторым измерителями эффективного значения сварочного тока, устройством сравнения, ПОРОГОВЫМ; устройством, ключом, вторым усилителем с двигателем при- вода угловой коррекции полржения оси электросварочной горелки, сигнальные входы измерителей эффективного значения сварочного тока связаны с вторым и третьим выходами датчика величины сварочного тока, управляющие входы измерителей связаны с датчиком знака отклонения дуги, а выходы связаны с входами устройства сравнения, выход устройства сравнения через ключ и второй усилитель связан с двигателем привода угловой коррекции положения оси сварочной горелки, при этрм вход порогового устройства связан с выходом синхронного детектора, а его выход с управляющим входом ключа. 3 На фиг,1 представлены кривые сварочного тока при расположении продольной оси сварочной горелки параллельно биссектральной плоскости стыка, графика отображает сигнал при больших отклонениях горелки от серед ны стыка, график 6 - сигнал при малых отклонениях горелки от середины стыка, график е- тот же сигнал, при совмещении горелки с серединой стыка; на фиг.2 - кривые на вькоде датчика тока при смещении продольной оси сварочной горелкиотносительно биссектральной плоскости стыка, график « - отображает сигнал при большом отклонении горелки относительно середины стыка, б- сигнал при малом отклонении горелки относительно середины стыка, в- сигнал при совмещении горелки с серединой стыка; на фиг,3 - структурная схема устройства для установки ори электросварочной горелки на биссектральнзто плоскость стыка. Способ состоит в том, что на первом этапе измеряют и минимизируют гармоническую составляющую на частоте вынужденных колебаний дуги, а на втором корректируют положение горелки относительно биссектральной плоскости стыка, для чего измеряют эффективные значения тока за смежные полупериоды и сравнивают разности эффективных значений сварочного тока формируют сигнал управления угловым положением оси сварочной горелки относи,тельно биссектральной плоскости стьжа. Способ и устройство в своей сути опираются на известное в сварке явление - зависимость величины сварочного тока от длины дуги. При колебанли дуги изменяется длина дуги по отношению к свариваемым деталям, а следовательно, и ее ток. Если к6лебания дуги синусоидальные, то присовмещении горелки с серединой стыка, ток возрастает в два раза за период, и в токе дуги появляется гармоническая составляющая с двойной частотой вынужденных колебаний дуги, если горелка смещена относительно середины стыка больше, чем на половину амплитуды качания, то электро приближается к кромке стыка один раз за период качания, в результате чего в токе дуги появляется гармоническая составляющая на частоте коле104баний дуги. Минимизация гармонической составляющей с частотой вынужденных колебаний дуги путем перемещения горелки поперек стыка обеспечивает совмещение ее с серединой стыка. При этом, если ось горелки отклонена от биссектральной плоскости стыка (за счет неточности разделки или неточного позиционирования деталей относительно сварочного стенда),то токи несимметричны. Эта несимметричность токов может быть использована для управления установкой оси горелки на биссектральную плоскость стыка. Однако определять разность эффективных значений токов за период ка.чания с целью получения сигнала для .коррекции положения оси горелки относительно биссектральной плоскости стыка можно только после совмещения горелки с серединой стыка, т,е, тогда, когда устранены другие причины возникновения разности эффективных значений токов по полупериодам. Устройство для управления положением электросварочной горелки содержит датчик 1 величины сварочного тока, подключенный к шунту 2, включенному в цепь сварочного тока дугр, выход датчика 1 величины сварочного -тока подключен через полосовой фильтр 3, к первому входу синхронного детектора 4, второй вход которого соединен с выходом датчика 5 знака отклонения дуги, а выход - с усилителем 7 сигнала перемещения горелки,выход которого соединен с двига.телем 8 привода перемещения горелки 9 поперек стыка. Совокупность указанных элементов представляет Собой канал управления положением электросварочной горелки относительно середины стыка. Измерители 10 и 11 эффективного значения сварочного тока, к первьм входам которых подсоединен выход датчика 1 величины сварочного тока, а к вторым подсоединены выходы датчика 5 знака отклонения дуги, выходы измерителей 10 и 11 эффективного значения тока подсоединены к входам устройства 12 сравнения, выход которого, через ключ 13, -соединен с входом усилителя 14 сигнала коррекции положения оси сварочной горелки, выход которого соединен с электродвига - s .

teneM 15 привода 16 угловой коррекции положения оси сварочной горелки относительно биссектральн«эй плоскости стыка.:

Данные элементы образуют второй канал вывода.оси электросварочной горелкина биссектральную плоскость стыка.

Каналы связаны между собой логическим пороговым устройством 17, вход которого соединен с выходом синхронного детектора 4, а выход с управляющим входом ключа 13. Непрерывные колебания дуги создаются колебатёлем 18.

Устройство работает следующим образом.

Колебатель 18 дуги работает непрерывно. При смещении горелки относительно середины стыка в сварочном токе присутствует гармоническая составляющая с частотой вынужденных колебаний дуги (фиг.1, графики « и 6), которая в первом канале устройства, пройдя полосовой фильтр 3 и синхронный детектор 4, образует сигнал уп- равления, воздействующий через усилитель 7 на двигатель В, который через привод 9 совмещает горелку с серединой стыка, в результате чего гармоническая составляющая на частоте вынужденных колебаний дуги уменьшается.

Когда на выходе синхронного де-тектора 4 уровень сигнала становится меньше заданной величины, логическое пороговое устройство 17 открывает ключ 13-и разрешает работу второго канала коррекции положения оси сварочной горелки относительно биссектральной плоскости стыка. Во втором канале устройство на сигнальные входы измерителей 10 и 11 эффективного значения тока подается сигнал от датчика 1 сварочного тока, а на управляющие входы тех же измерителей эффективного значения тока подаются сигналы от датчика 5 знака отклонения дуги, открывающие и закрьтаниф1е поочередно тракты измерителей 10 и 11 эффективного значения тока таким образом, что .к концу каждого из смежных полупериодов колебаний дуги, в них запоминаются зффективНые значения тока дуги. Упомянутые значения токэ дуги поступают на входы устройства-12сравнения, их разность является сигналом на1106

личия отклонения оси горелки от биссектрапьной плоскости стыка. Этот сигнал проходит через открытый ключ 13 на вход усилителя 14 и через электродвигатель 15 и привод 16 корректирует положение оси горелки относительно биссектрапьной плоскости стыка. При выводе оси горелки на биссектрапьную плоскость стыка эффективные значения токов по смежным полупериодам выравниваются (фиг.2, график в). Если при этом горелка . смещается относительно середины стыка, то вновь в токе дуги появляется

гармоническая составляющая на частоте колебателя, которая через логическое пороговое устройство 17 закчьтает ключ 13, а через усилитель 7 двигатель 8 и привод 9 совмещает горелку с серединой стыка.

Измерение зффективных значений тока по смежным полупериодам имеет смысл только при условии совмещения горелки с серединой стыка, так как

при нарушении зтого условия замеры необъективны и не могут быть использованы в качестве управляющего сигнала для регулирования положения оси сварочной горелки относительно.бИссектральной плоскости стыка.

Применение указанной системы управления обеспечивает получение качественного шва как при понижении точности позиционирования деталей

относительно сварочного стенда,

так и при понижении-качества разделки шва.

В качестве базового объекта взят манипулятор сварки крупногабаритных

листобалочных конструкций, предназначенных для сварки угловых швов и установленный на заводе ПО Кран в городе Александрия УССр; где используется для сварки угловых швов

несущих балок мостовых кранОв. . По сравнению с базовым, предлагаемое устройство, за счет управления перемещением электросварочной горелки относительно стыка, а

также относительно его биссектральной плоскости, позволяет получить следую1ф1е преимущества: возможность автоматизации процесса сварки, улучшение качества сварочного шва за

счет удержания горелки над стыком и ее оси в биссектральной плоскости стыка при их относительном продольном перемещении.

У:j

4:7

Mfemnt

/

X i

1. Способ управления положением электросварочной горелки, при котором сварочную горелку колеблют поперек стыка, формируют сигнал, пропорциональный величине сварочного ток, и сигнал направления отклонения дуги, ввделяют и минимизируют гармоническую составляющую сварочного тока с частотой колебания дуги, по фазе полученной гармонической, составляющей относительно отклонения дуги производят коррекцию положения горелки относительно стыка, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки путем поддержания оси электросварочной горелки в биссектральной плоскости стыка, при выходе горелки на середину стыка вычисляют эффективные значения токов дуги в полупериодах колебания и по разности этих значений формируют с учетом направления отклонения дуги сигнал коррекции углового положения электросварочной горелки путем ее поворота вокруг оси, параллельной стыку. 2. Устройство для управления положением электросварочной горелки, содержащее датчик величины сварочного тока, связанный через полосовой фильтр, синхронный детектор и усилитель с двигателем привода перемещения горелки, колебатель дуги с датчиком знака отклонения дуги, первым выходом связанный с управляющим входом син5 хроннрго детектора, отличающее с я тем, что, с целью повышения качества сварки путем поддержа-нйя оси электросварочной горелки, в биссектральной плоскости стыка, оно дополнительно снабжено первым и вторым измерителями.эффективного значения сварочного тока, устройством ivd ел сравнения, пороговым устройством, ключом, вторым усилителем с двигателем привода угловой коррекции положения оси электросварочной горелки, сигнальные входы измерителей эффективного значения сварочного тока связаны с BTOpijM и третьим выходами датчика величины сварочного тока, управляющие входы измерителей связаны с входами устройства сравнения, выход устройства сравнения через ключ и второй усилитель связан с двигателем привода угловой коррекции положения оси сварочной горелки, при этом вход порогового устройства связан с вькодом синхронного детектора, a его выход-с управляющим входом ключа.

X J

У/Л

Komfamtn

IL

4