Автоматический регулятор режима роликовой сварки Советский патент 1988 года по МПК B23K11/24 

О9 vj

оо

113771

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к электрической шовной контактной сварке, и может быть использовано в сварочных машинах для роликовой сварки.

Целью изобретения является повьпиё- кие качества сварного соединения.

На фиг.1 приведена структурная

схема автоматического регулятора

режима РОЛИКОВОЙ сварки; на фиг.2 - структурная блока управления, на фиг.З - структурная схема блока измеренияi на фиг.4 - структурная схема интегратора; на фиг.5 - сигналы в различных точках устройства.

Регулятор (фиг.1) содержит дат чик 1 сварочного тока, выполненный, например, в виде катушки, установленной во вторичной обмотке сварочного трансформатора 2, подключенной к роликовым электродам 3 и 4 сварочной машины 5. На роликовых электродах 3 и 4 установлены медно-графитовые щетки 6 и 7, соединенные с входом усилителя 8, выход которого связан с последовательно соединенными управляе- мь1м выпрямителем 9,блоком 10 изнере- ния, блоком 11 сравнения и блоком 12 включения вентилей 13, подключенными к первичной обмотке сварочного трансформатора 2. Датчик 1 сварочного тока соединен с первым входом блока 14 управления, второй вход которого соединен с выходом усилителя 8, первый выход - с вторым входом управляемого выпрямителя 9, а второй выход - с дополнительным входом блока 10 измерения . Второй вход блока 11 сравнения соединен с задатчиком 15.

Блок 14 управления (фиг.2) содержит первый усилитель-ограничитель 16 и первый интегратор 17. Вход первого усилителя-ограничителя 16 и первый вход первого интегратора 17 соединены с датчиком 1 сварочного тока. Выход первого усилителя-ограничителя 16 через первый вьшрямитель 18 соединен с вторым входом первого интегратора 17, выход которого через второй усилитель-ограничитель 19 соединен с первым входом электронного ключа 20, с первым входом сумматора 21 и с вводом усилителя 22 с релейной характеристикой, выход которого через первый инвертор 23 соединен с вторым входом сумматора 21. Выход сумматора 21 соединен с первым входом второго выпрямителя 24,

0

j

0 5 о Q

5

5

732

второй вход которого соединен с выходом усилителя 8, выход - с первым входом второго интегратора 25 непосредственно, а через последовательно соединенные третий усилитель- ограничитель 26 и второй/ инвертор 27 - с вторым входом второго интегратора 25 и с первым входом схемы 28 совпадения. Выход второго интегратора 25 через четвертьй усилитель-ограничитель 29 соединен с вторым входом схемы 28 совпадения, выход которой соединен с вторым входом электронного ключа 20. Выход электронного ключа 20 соединен с вторым входом управляемого выпрямителя 9, а выход первого вьтрямителя 18 - с дополнительным входом блока 1U измерения.

Блок 10 измерения (фиг.З) содержит третий интегратор 30, первый вход которого соединен с выходом уп- равл яемрго кыпрямителя 9, а выход - с первым входом усилителя 31 слежения и запоминания, выход которого соединен с первым входом блока 11 сравнекия, первый дифференцирующий блок 32, вход которого соединен с дополнительным входом блока 14 управления, выход - с вторым входом усилителя 31 слежения и запоминания непосредственно, а с вторым входом третьего интегратора 30 - через последовательно соединенные пятый усилитель-ограничитель 33 и второй дифференцирующий блок 34,

Первый 17, второй 25 и третий 30 интеграторы (фиг.4) содержат усилитель 35 интегратора, интегрирующую цепочк.у, состоящую из резистора 36 и конд€ нсатора 37-, и электронный ключ 38. В первом 17 и третьем 30 интеграторах электронный ключ 38 подключен параллельно конденсатору 37 интегрирующей цепочки. Во втором интеграторе 25 электронный ключ 28 соединен последовательно с разрядным резистором 39, и эта цепочка подключена параллельно конденсатору 37.

Регулятор работает следующим образом.

Напряжение сварки, снимаемое с помощью медно-графитовых щеток 6 и 7 с вращающихся роликовых электродов .3 и 4 сварочной машины 5, подается через-соединительные провода, проложенные внутри сварочного контура, на вход усилителя 8. Сварочный контур и соединительные провода являются

индзпстивно связанными элементами. Поэтому при прохожденрад тока сварки в соединительных проводах наводится напряжение помехи U:, (фиг.5), прямо пропорциональное первой производной сварочного тока. Если же в сварочном контуре находится свариваемое изделие, обладающее ферромагнитными свойствами, то в нем наводятся вихревые токи, которые в свою очередь наводят напряжение помехи в соединительных проводах U,j (фиг.5), отстающее по фазе от напряжения, наведенного сварочным током. Величина фазового сдви га обусловливается в основном параметрами эквивалентной индуктивности L . и эквивалентного сопротивления R схемы замещения ферромагнитного свариваемого изделия. Соединительные провода между щетками 6 и 7 и входом усилителя 8 расположены вблизи свариваемого изделия и консолей сва- рочной машины 5. По изделию и консолям протекают вихревые токи Фуко, ко- торые наводят напряжение помехи в соединительных проводах. Это напряжение Поступает на вход усилителя 8. Форма этого напряжения близка к форме первой производной тока сварки, однако токи Фуко не прерываются в перерывах меяаду импульсами тока сварки. Позто -гу наводимое вихревыми токами напряжение помехи действует между импульсами сварочного тока (фиг.6).

Форма этого напряжения соответствует экспоненте с постоянной времени

-г

м

ti

R,

40

Разделение напряжения помехи и поезного сигнала является сложной техической задачей. В устройстве она астично решается за счет задержки времени ( i,,} включения управляемо- дз го выпрямителя 9, причем С определя- ется на основании вычисления параметров L д , R во время отсутствия полезного сигнала, т.е. в промежут- ках между импульсами сварочного тока. В это время цепь сварочного тока ока- зывается разомкнутой выключенными вентилями 13 и на соединительные провода Наведено только напряжение помехи от вихревых токов в свариваемом изделии.

Вихревые токи в изделии поддержи- ваются за счет энергии, запасенной в эквивалентной индуктивности L д

50

55

за время сварочного тока. В промажут ках между импульсами сварочного тока L,

разряжается на эквивалентное сопротивление R , т.е. ток имеет фс fy экспоненты, постоянная времени которой

л L. - R

Предположим для упрощения, что сварочный ток - синусоидальный

1С8

Сб.П,

t.

где амплитудное значение сварочного Тока. Тогда напряжение помехи от тока

сварки

Upae UncH cos u)t

где амплитудное значение.

Вихревой ток отстает по фазе от тока сварки и описывается формулой

1

( ы -1 - (f },

где

tg у

ш,

urn

амплиту дное значение вихревого тока.

Соответственно напряжение помехи отстает от вихревого тока

и

и. , cos( uit - ц) ,

35

где и

п /U m

амплитудное значение напряжения помехи от вихревого тока. Суммарное напряжение помехи

Un и

+ и,

или

Un и„„соз(5- ib

где if, arctg( ncm

nju m

wT.),

Unn

амплитудное значение суммарного напряжения помехи. Как следует из этого выражения, если включение управляемого выпрямителя 9 произвести с задержкой, т.е.

дз 5

при

U)ti J

.

постоянная составляющая от напряжения электрод-электрод несколько меньше истинного значения за счет задержки переднего фронта этого напряжения, однако образующаяся по13771

грешность измерения невелика и определяется интегральным значением напряжения электрод-электрод за время действия импульса задержки Ij .

Вычисление и выработка -Sj производится блоком управления на основании анализа напряжения, подаваемого на его входы, от датчика 1 сварочного тока и управляемого вьтрями- теля 9.

Импульсы напряжения U, (фиг.5) от датчика 1 сварочного тока поступают в блок 14 управления (фиг.2) на вход первого усилителя-ограничителя 16 и на первый вход первого интеграто,- ра 17. С выхода первого усилителя- ограничителя 16 импульсы напряжения и„ (фиг.5) подаются на вход первого выпрямителя 18, а вьшрямленные импульсы напряжений U, (фиг.5) с его выхода - на второй вход первого интегратора 17 и на дополнительный вход блока 10 сравнения. Первый интегратор 17 (фиг.4) выполнен таким образом, что интегрирование сигнала и, приходящего на первый вход первого интегратора 17, происходит только при наличии импульса напряжения и4. на его втором входе, а в течение паузы между импульсами напряжения U происходит разряд конденсатора 37 первого интегратора 17 чер.ез электронный ключ 38. Проинтегрированный первым интегратором 17 сигнал в виде полупериода синусоидального напряжения Uj (фиг.6) поступает на вход второго усилителя-ограничителя 19, а импульсы напряжения U (фиг.6) с его выхода подаются на первый вход электронного ключа 20, на первый вход сумматора 21 к вход усилителя 22 с релейной характеристикой. Импульсы напряжения 1Гт (фиг.6) инвертируются первым инвертором 23 и с его выхода импульсы напряжения .и5 (фиг,6) подаются на второй вход сумматора 21. Импульсы напряжений U и Uj суммируются и с инверсного выхода сумматора 2 поступают на первый вход второго выпрямителя 24, на второй вход которого подаются импульсы напряжения U (фиг.5) с выхода усилителя 8, которы выпрямляются вторьм выпрямителем 24 только при.поступлении импульсов напряжения и на его первый вход. Инпульсы напряжения и,|,(фиг.7) с выхода второго, выпрямителя 24 поступают на вход третьего усилителя-ограни

o

5

0

5

1

0

5

0

5

0

73 6

чителя 26 и на первьй вход второго интегратора 25. С выхода второго усилителя-ограничителя 26 импульсы напряжения и (фиг. 7), длительность которых зависит от длительности импульсов напряжения U, , подаются на второй инвертор 27, а проинвертиро- ванные импульсы напряжения U,j (фиг.7) с его выхода - на второй вход второго интегратора 25 и на первый вход схемы 28 совпадения. Интегрирование сигнала U , приходящего на первый вход второго интегратора 25 (фиг.4), начинается тол ько после прекращения импульса напряжения U,, на его втором входе. При этом заряд конденсатора 37 второго интегратора 25 производится в течение промежутка времени З , продолжительность которого равна продолжительности импульса напряжения и, а Б промежуток времени происходит разряд конденсатора 37 через последовательно соединенные резистор 39 и открытый электронный ключ 38. Разряд конденсатора начинается в момент прихода очередного импульса напряжения U, на второй вход второго интегратора 25. Передний фронт этого импульса открывает элект- ронньй ключ 38. Продо.пжительность. j разряда конденсатора 37 зависит от напряжения, до которого он заряжен, и параметров КС-цепи, образованной конденсатором 37 и резистором 39 при открытом электронном ключе 38. Импульсы напряжения U,j (фиг.7) посту пают на вход четвертого усилителя- ограничителя 29, а импульсы напряжения и (Фиг. 7) с его выхода - на второй вход схемы 28 совпадения. На инверсном выходе схемы 28 совпаде ния появляется напряжение .- (фиг.8),, Соответствующее О, тогда как на ее входах присутствуют им- пульсы напряжений U , и U , , соответствующие 1. В остальных случаях на выходе схемы 28 совпадения поддерживается сигнал, соответствующий 1. Импульсы напряжения U,j. поступают на второй вход электронного ключа 20 и открывают -его. При этом импульсы напряжения U с вькода второго усилителя-ограничителя 19 поступают на выход электронного ключа 20 с задержкой 1 ,, определяемой передним фрон, том импульсов напряжения U . Импуль сы напряжения и,ь (фиг.8) с выхода электронного ключа 20 подаются на

второй вход управляемого выпрямителя 9.

Импульсы напряжения U, с выхода усилителя 8 поступают на первый вход управляемого выпрямителя 9, а импульсы напряжения и,(фиг,8) появ- ляются на его выходе в течение промежутка времени, определяемого продолжительностью импульса напряжения

иИмпульсы напряжения U,-, поступают в блок 10 измерения (фиг.З) на первый вход третьего интегратора 30 импульсы напряжения U4 с второго выхода блока 14 управления - на вход первого дифференцирующего блока 32, а импульсы напряжения и,, (фиг.8) с его выхода - на вход пятого усилителя-ограничителя 33 и на второй вход усилителя 31 слежения и запоминания. С выхода пятого усилителя- ограничителя 33 импульсы напряжения и (фиг.8) подаются на вход второго дифференцирующего блока 34, а с его выхода импульсы напряжения (фиг.9) - на второй вход третьего интегратора 30. В дифференцирующих блоках 32 и 34 производится дифференцирование задних фронтов импульсов напряжений ,ид и U gсоответственно. Интегрирование сигнала U, , приходящего на первый вход третьего интегратора 30, происходит только при отсутствии импульса напряжения и д на его втором входе и в течени продолжительности импульса напряжения и,, В течение промежутка времени, определяемого продолжительностью импульса напряжения U ,д, величина заряда конденсатора 37 третьего интегратора 30 не изменяется. Импульсы напряжения U, (фиг,9) с выхода третьего интегратора 30 подаются на первый вход усилителя 31 слежения и запоминания, и в момент прихода на его второй вход стробирующего импульса напряжения U, производится считывание и запоминание величины напряжения, до которой заряжен конденсатор 37 третьего интегратора 30. Напряжение и(фиг.9), изменяющееся ступенчато, поступает на первый вход блока 11 сравнения, на второй вход которого подается напряжение (фиг,9) от задатчика 15, В результате сравнения напряжений и

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

на выходе блока 11 сравнения образуется знакопеременное напряжение Uj (фиг.9), которое подается на вход блока 12 включения вентилей, например стандартного блока типа БР-09, формирующего импульсы поджига вентилей 13.

Таким образом, данное устройство позволяет производить сварку деталей из ферромагнитных материалов любой формы и геометрических размеров, .создающих сигнал помехи неопределенной формы и амплитуды, причем повышается качество сварного соединения. Формула изобретения

Автоматический регулятор режима роликовой сварки, содержащий датчик сварочного-тока, последовательно соединенные усилитель, управляемый выпрямитель, блок измерения, блок включения вентилей, при этом вход усилителя соединен с бледно-графитовыми щетками, установленными на РОЛИКОЕЫХ электродах сварочной машины, а второй вход блока сравнения соединен с задатчиком, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварочного соединения, в него введен блок управления, выполненный на последовательно соединенных первом усилителе-ограничителе, первом вьшря- мителе, первом интеграторе, втором усилителе-ограничителе, усилителе с релейной характеристикой, первом инверторе, сумматоре, втором выпрямителе, тре тьем усилителе-ограничителе, втором инверторе, втором интеграторе, четвертрм усилителе-ограничителе, схеме совпадения и электронном ключе, при этом выход последнего соединен с вторым входом управляемого выпрямителя, выход первого выпрямителя соединен также с вторым входом блока измерения, датчик сварочного тока соединен с входом первого усилителя-ограничителя и вторым входом первого интегратора, выход второго усилителя-огранш1ителя соединен также с вторым входом электронного ключа и сумматора, выход усилителя соединен с вторым входом второго выпрямителя, выход которого соединен также с вторым входом второго интегратора, первый вход которого соединен также с вторым входом схемы совпадения.

Ь/ЕКШЛ /1ЯВ

Й

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к электрической шовной контактной сварке, и может быть использовано в сварочных машинах для роликовой сварки. Изобретение позволяет повысить качество сварного соединения. Для этого автоматический регулятор режима роликовой сварки содержит датчик сварочного тока, последовательно соединенные усилитель, управляемый выпрямитель, блок измерения, блок включения вентилей. В регулятор введен блок управления, первый вход которого соединен с датчиком сварочного тока, второй вход - с выходом усилителя, первьй выход - с вторьм входом управляемого выпрямителя, а второй выход - с дополнительным входом блока измерения. Точность работы регулятора повышается путем анализа напряжения помехи, возникакицей в свариваемом изделии при протекании в нем вихревых токов, в паузах между импульсами сварочного тока. 9 ил. (Л

Н 2f

«Н

f

omdanwuKo.1

УЗ

f5

21

5

X

s

в

t

б /s

пп

цпра§п емону Выпрямителей

( H&OHSI iO измерения Фи.2

ФигЛ

ФигЗ ,.37

1

Li

%i

t

Фаг. 5

«

%

4s,

%

n-D,..n ,0.

LEZZl

.AJ

CZL

ll 11 I I .llttlU

JZLXlJ