Тренажер для обучения навыкам ведения сварки Советский патент 1992 года по МПК G09B19/24 

Изобретение относится к техническим средствам обучения обращению с инструментом электросварщикаи оборудованием поста ручной дуговой сварки и может быть использовано для обучения правилам и навыкам ведения ручной дуговой сварки, а также приемам настройки на заданный режим сварки.

Цель изобретений - расширение функциональных и дидактических возможностей, более полное обеспечение корректных обратных связей и безотходной техй логии.

На фиг.1 схематически изображен тренажер для обучения .навыкам ведения сварки, общий вид; на фиг.2 -узел I на фиг.1; на фиг.З -узел II на фиг.1; на фиг.4 - свариваемое изделие, вид сверху; на фиг.5 - блоксхема тренажера для обучения навыкам ведения сварки.

Устройство (фиг.1) содерх ит электрододержатель 1, электрод 2, который выполнен неплавящимся в виде стержня 3 (фиг.2) с графитовым наконечником 4, имитатор 5 свариваемого изделия, который выполнен из двух свариваемых деталей 6 из углеродистой конструкционной стали толщиной 1-4 мм (фиг.З), имитатора 7 сварного шва, образующегося при затвердевании ваннЫ В (фиг.4), расплавленного флюса, и две скрепляющие планки 9 из изоляционного материала, посредством которых детали 6 жестко фиксируются одна относительно другой с зазором -стыкуемыми кромками. В сост-ав тренажера входит промышленный источник

10 питания сварочной дуги и блок 11 реалиации обратных связей, который содержит ндикатор 12 скорости сварки, индикатор 13 объема сварочной ванны, индикатор 14 огонной энергии сварки.

Злектрод 2 предназначен для имитации реального штучного электрода. Графитовый наконечник 4, смонтированный на металлиеском стержне 3, предназначен для полчения неплавящегося электрода с использованием реальной сварочной дуги. Имитатор 7 сварного шва получается за счет атвердевания сварочной ванны 8, котораявозникает на поверхности сварочного флюса (или в случае многократного тренажа - на поверхности шлаковой корки) за счет тепла реальной сварочной дуги.

Имитатор 5 свариваемого изделия предназначен для осуществления процесса тренажа, а также служит датчиком для реализации системы обратных связей по скорости сварки, объема сварочной оанны и по погонной энергии сварки.

Блок 11 реализации обратных связей предназначен для оперативной регистрации скорости сварки, объема сварочной ванны и погонной энергии сварки.

При этом индикатор 13 объема сварочной ванны фиксирует фактические тепловложения в процессе тренажа, которые пропорциональны объему сварочной ванны 8,

Кроме того, блрк 11 реализации обратных связей предназначен для получения звуковых сигналов при ненормативных отклонениях по скорости сварки, по поперечным колебаниям торца имитатора 2 электрода, которые вызывают ненормативные изменения объема сварочной ванны 8, при ненормативных отклонениях погонной энергии сварки.

Структурная блок-схема (фиг.5) включает промышленный источник 10 питания и блок 11 реализации обратных связей.

Блок 11 реализации обратных связей содержит индикатор 12 скорости сварки; индикатор 13 объема сварочной ванны (индикатор тепловложений), индикатор 14 погонной энергии сварки, сварочную дугу 15, узел 16 блокировки низкой частоты, узел 17 блокировки высокой частоты, источник 18 высокой частоты, источник 19 низкой частоты, таймер 20, первый аналого-цифровой преобразователь 21, индикатор 22 длины имитатора сварного шва, пербый умножитель 23, второй умножитеть 24, компаратор 25. узел 26 селекторной звуковой обратной связи, второй аналого-цифровой преобразователь 27, узел 28 с ;1нхронизации, первый

инвертор 29, второй инвертор 30, узел 31 коммутации.

Входы узла 28 синхронизации подключены параллельно выходам промышленности источника 10 питания, выход узла 28 синхронизации соединен, с входом таймера 20, а выход таймера 20 соединен с первым входом умножителя 23, два выхода источника 16 низкой частоты соединены с двумя

0 входами узла 31 коммутации и двумя входами аналого-цифрового преобразователя 21, а два выхода источника 18 высокой частоты соединены с другими двумя входами узла 31 коммутации и двумя входами второго аналого-цифрового преобразователя 27, два выходаузлаЗ коммутации соединены с двумя входами узла 17 блокировки высокой частоты, другие два выхода узла 31 коммутации соединены с двумя входами узла 16 низкой

0 частоты, первый выход узла 16 блокировки низкой частоты соединен с первым выходом узла 17 блокировки высокой частоты и с одной из деталей 6 свариваемого изделия 5, второй выход узла 16 блокировки низкой

5 частоты соединен с вторым выходом узла 17 блокировки высокой частоты и с другой деталью 6 свариваемого изделия 5, выход аналого-цифрового преобразователя 21 связан с входом инвертора 29, а выход инвертора

0 29 соединен с входом индикатора 22 длины имитатора сварного шва и вторым входом умножителя 23, вьГход аналого-цифрового преобразователя 27 соединен с входом инвертора 30, а выход инвертора 30 соединен

5 с входом индикатора 13 объема сварочной ванны (тепловложение) и вторым входом ум-, ножителя 24, выход индикатора 13 объема сварочной ванны соединен с первым входом компаратора 25, выход первого умножителя 23 соединен с входом индикатора 12 скорости сварки и вторым входом второго умножителя 24, выход которого соединен с входом индикатора 14 погонной энергии сварки, а выход индикатора 12 скорости

5 сварки соединен с вторым входом компаратора 25, выход индикатора 14 погонной энергии сварки соединен с третьим входом компаратора 25, выход которого соединен с узлом 26 селекторной звуковой обратной

0 связи.

Тренажер для обучения навыкам ведения сварки работает следующим образом.

Перед началом тренажаобучающийся насыпает слой флюса на имитатор 5 свариваемого изделия в зону, где должен быть сформированСварной шов 7. Затем обучающийся возбуждает дуговой проц-есс и начинает плавить флюс.

При этом промышленный источник. 10 питания настроен на такую величину сварочного тока, при котором дуга горит устойчиво, плавится флюс, а материал деталей 6 имитатора 5 свариваемого изделия не плавится. На поверхности флюса или шлаковой корки появляется сварочная ванна 8, которая в процессе тренажа перемещается за дугой вдоль линии стыка. При затвердевании сварочной ванны 8 формируется имитатор 7 сварочного шва.

В результате,в зазоре между стыкуемыми кромками деталей 6 в процессе тренажа появляется жидкая сварочная ванна 8.

Так как флюс злектропроводен только в расплавленном состоянии, то через расплавленную прослойку флюса осуществляется электрический контакт между стыкуемыми кромками деталей 6.

В результате ток высокой частоты источника 18 питания замыкается через одну из деталей 6 вдоль линии стыкуемых кромок, через расплавленный флюс сварочной ванны 8 и через другую деталь 6 вдоль линии кромок. Все перечисленные элементы цепи, по которой замыкается ток высокой частоты, оказывают этому току значительное сопротивление. Причем по мере приближения расплавленной сварочной ванны к точкам подключения выводов источника 18 питания высокой частоты , которые соединены с деталями 6 имитатора свариваемого изде.лия через узел 16 блокировки низкой частоты, уменьшается согщэтивление цепи, по. которой замыкается ток высокой частоты.

По этой же цепи замыкается и ток низкой частоты от узла 19 источника низкой частоты, который подключен к деталям & через узел 17 блокировки высокой частоты параллельно узлу 18 источника высокой частоты. Току низкой частоты детали 6, по которым он замыкается, не оказывают практически никакого сопротивления, а слой расплавленного флюса ванны 8 оказывает значительное сопротивление, которое зависит от объема расплавленного флюса.

Таким образом, в процессе тренажа по мере передвижения сварочной дуги 15 вдоль стыкуемых кромок деталей 6 имитатора свариваемого изделия изменяется длина цепи, по которой замыкается ток высокой частоты, а значит, и величина тока высокой частоты.

В процессе тренажа скорость сварки должна быть постоянной.

Поэтому величина тока высокой частоты в процессе тренажа должна нарастать равномерно.

При неумелых действиях обучающегося, когда скорость сварки не постоянна, наpactaниe тока высокой частоты происходит неравномерно.

По той же цепи, по которой замыкается ток высокой частоты, замыкается и ток низкой частоты.

Величина тока низкой частоты зависит от объема ванны расплавленного флюса, так как детали 6 имитатора 5 свариваемого изделия току низкой частоты практически со- ,

0 противления не оказывают. При сварке объем расплавленного флюса должен быть постоянным. При неумелых действиях оператора объем расплавленного флюса изменяется, что приводит к изменениям в

5 процессе тренажа величины тока низкой частоты.

Так как источник 18 высокой частоты и источник 19 низкой частоты имеют на выходах крутопада;ощие внешние вольт-ампер0 ные характеристики, то при изменениях их токов нагрузки соответственно изменяются величины напряжений на выходах этих источников. Причем падение напряжения на выходе источника 18 высокой частоты обратно.пропорционально длине сформированного сварного шва и прямо пропорционально непроваренной части стыка, а напряжение на выходе источника 19 низкой частоты обратно пропорциональ- .

0 но объему сварной ванны 8, т.е. тепловложениям.

Узел 16 блокировки низкой частоты и узел 17 блокировки высокой частоты предназначены для того, чтобы высокая частота

5 не проникала в источник 19 низкой частоты, а низкая частота не проникла в источник 18 высокой частоты.

Напряжение от промышленного источ- ника 10 питания сварочной дуги, который,

0 как и всякий сварочный источник питания для ручной дуговой сварки, имеет крутопадающую внешнюю вольт-амперную характеристику, поступает на вход узла 28 синхронизации. На выходе узла 28 синхро5 низации возникает управляющий сигнал

только в режиме нагрузки промышленного

источника 10 питания сварочной дуги. т.е. в

период горения сварочной дуги..

Этот управляю щи и сигнал поступает на

0 вход таймера 20, который обеспечивает на выходе появление серии временных импульсов определенной частоты, поступак щих на вход умножителя 23, а на его другой вход поступают сигналы с выхода аналого5 цифрового преобразователя 21, на вход которого поступает напряжение с выхода источника 19 низкой частоты.

Причем на вход аналого-цифрового преобразователя 21 поступает аналоговый сигнал, обратно пропорциональный длине

сформированного в процессе тренажа имитатора сварного шва, а серия дискретных сигналов, частота которых обратно пропорциональна длине сформированного имитатора сварного шва, с -выхода аналого-цифрового преобразователя 21 поступает на вход инвертора 29, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный длине сформированного сварочного шва.

Вследствие этого на вход умножителя 23 поступают серия временных импульсов, количество которых пропорционально вре,мени горения дуги, и серия сигналов, частота которых пропорциональна длине сформированного сварного шва. При делении пути на время появляется на выходе умножителя 23 сигнал, соответствующий скорости сварки в данный момент времени, который поступает на вход индикатора 12 скорости сварки и на вход умножителя 24, на второй вход которого поступает также серия сигналов с выхода инвертора 30, частоты которых пропорциональны количеству введенного в зону сварки тепла. При делении величины тепловложений в процессе тренажа на величину скорости сварки на выходе умножителя 24 появляется сигнал, пропорциональный величине погонной энергии сварки, который поступает на вход индикатора 14 погонной энергии сварки.

Таким образом, на три входа компаратора 25 поступают три сигнала: сигнал, пропорциональный погонной энергии сварки; сигнал пропорциональный скорости сварки; и сигнал, пропорциональный объему бварочной ванны.

На выходе компаратора 25 возникает сигнал, который является результатом ненормативных отклонений фактических значений скорости сварки, величины погонной энергии и величины объема сварочной ванны от заданных значений.

Этот сигнал поступает на вхрд узла 26 селекторной звуковой обратной связи.

При этом формирование сигнала на выходе индикатора 13 объема сварочной ванны происходит следующим образом.

На входы аналого-цифрового преобразовател)я 27 поступает сигнал с выхода узла 18 источника высокой частоты, который обратно пропорционален длине сформированного шва. На выходе аналого-цифрового преобразователя 27 появляется серия сигналов, частота которых пропорциональна объему расплавленной сварочной ванны. Сигналы с выхода аналого-цифрового преобразователя 27 поступают на вход инвертора 30, а с выхода инвертора 30 - на вход индикатора 13 объема сварочной вЬнны. Таким образом, сигнал на выходе индикатора 13 объема сварочной ванны пропорционаен объему расплавленного флюса в процессе тренажа.

Сформированный в процессе тренажа

имитатор сварного шва может быть многократно использован путем последующих переплавлений образованной шлаковой корки в процессе последующего тренажа,

Тренаж всякий раз заканчивается после сформирования имитатора сварного шва вдоль линии стыкуемых кромок в форме завердевшей шлаковой корки.

Если в процессе тренажа в результате

неумелых действий обучающего происходит обрыв сварочной дуги, то срабатывает узел 31 коммутации и отключаются узлы 18 и 19 соответственно источников высокой и низкой частоты, а также прекращает работу

узел 28 синхронизации, так как напряжение на выходе промышленности источника 10 питания сварочной дуги становится равным напряжению холостого хода, в результате узел селекторной звуковой обратной связи

также прекращает работу.

О качестве проведенного тренажа руководитель занятия судит по виду имитатора сварного шва в форме затвердевшей шлаковой корки.

Использование в учебном процессе на стадии производственного обучения тренажера для обучения навыкам ведения сварки обеспечивает существенное сокращение времени обучения за счет реализации системы оперативной обратной связи по ненормативным отклонениям в процессе. тренажа от заданных значений основных элементов режима сварки (погонной энергии сварки, скорости сварки и объема сварочной ванны), а также резко снижается расход сварочных электродов и основного металла.

Формула изобретения Тренажер для обучения навыкам ведения сварки, включающий промышленный источник питания сварочной дуги, электрододержатель, электрод, имитатор свариваемого изделия, состоящий из двух деталей с разделенными кромками, индикатор скорости сварки, индикатор длины имитатора сварного шва и узел селекторной обратной связи, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных и дидактических возможностей, электрод выполнен неплавящимся, детали имитатора свариваемого изделия выполнены из поперечных электроизоляционных планок с зазором между стыкуемыми кромками с флюсовым покрытием, а также дополнительно введены коммутатор и сопряженные с ним узлы блокировки высокой и низкой частоты, источник высокой частоты, источник низкой частоты, последовательно соединенные узел синхронизации, таймер, первый умножитель, второй умножитель и индикатор погонной энергии сварки, последовательно соединенные первый аналогоцифровой преобразователь и первый инвертор, последовательно соединенные второй аналого-цифровой преобразователь, второй инвертор и индикатор объема сварочной ванны, коммутатор, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам индикатора объема сварочной ванны, индикатора скорости сварки и индикатора погонной энергии сварки, а выход связан с узлом спекторной звуковой обратной связи, выходы первого и

второго инверторов соединены соответственно с вторыми входами первого и второго умножителей, выходы первого умножителя и первого инвертора дополнительно связаны соответственно с индикатором скорости сварки и индикатором Длины имитатора сварного шва, первый и второй аналогоцифровые преобразователи входами соединены соответственно с источником низкой

частоты и источником высокой частоты, а также первым и вторым вхрдами коммутатора соответственно, узел синхронизации входами подключен параллельно выводам промышленности источника сварочной дуги, первые входы узла блокировки низкой частоты и узлы блокировки высокой частоты подключены к одной из деталей, а вторые их входы - к другой детали имитатора свариваемого изделия.

(Риг.1

Изобретение относится к техническим средствам обучения обращению с инструментом электросварщика и оборудованием поста ручной дуговой сварки и может быть, использовано для обучения приемам и навыкам ручной дуговой сварки, а также приемам настройки на Заданный режим сварки. Цель изобретения - расширение функциональных и дидактических возможностей для обучения навыкам ведения сварки, обеспечение корректных обратных связей по всем контролируемым параметрам, реализация безотходной технологии в процессе обучения. Тренажер содержит неплавящийся электрод, состоящий из металлического стержня, на торце которого имеется графитовый наконечник, имитатор изделия, содержащий две стыкуемые с зазором детали, которые электрически^^золированы друг от друга, а разделенные кромки покрыты флюсом, источник питания свароуной дуги и блок реализации обратных связей по погонной энергии сварки и по скорости сварки. Шов формируется из флюса, который расплавляется либо малоамперной маломощной дугой, либо натурной сварочной дугой. 5 ил.00С

Т/

Щиг.

5