Способ автоматического регулированияпРОцЕССА ВыСОКОчАСТОТНОй СВАРКи Советский патент 1981 года по МПК B23K13/00 B21C37/08 

1

Изобретение относится к области высокочастотной сварки и может быть использовано при сварке труб и других изделий, у которых заготовка формируется с V-образной щелью между свариваемыми кромками.

Известны способы автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки путем изменения мощности нагревательного устройства в зависимости от управляющего сигнала, характеризующего изменение положения свариваемых кромок {.i

В этом способе в качестве управляющего сигнала используют отклонение точки схождения кромок от заданного положения.

Однако этот способ характеризуется низкой точностью процесса регулирования и сложностью получения управляющего сигнала. Объясняется это тем, что наличие в зоне схождения кромок брызг расплавленного металла, охлаждающей жидкости, дыма вносит погрешность и создает дополнительную трудность в получении самого управляющего сигнала.

Целью изобретения является повышение точности процесса регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в пзвестном способе автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки путем воздействия на мощность источника нагрева в зависимости от управляющего сигнала, характеризующего изменение положения сваривания кромок, в качестве управляющего сигнала используют изменение амплитуды электромагнитной волны, излучаемой нагреваемыми кромками свариваемой заготовки, которую замеряют над точкой схождения кромок вдоль оси сварки и до точки схождения кромок перпендикулярно оси сварки.

Известно, что высокочастотная сварка металлов основана на использовании поверхностного эффекта и эффекта близости. Токи высокой частоты могут подводиться к кромкам заготовки двумя способами: посредством скользящих контактов или с помощью индуктора. В том и другом случае наибольшая часть тока течет вдоль поверхности кромок заготовки и замыкается в месте их схождения (полезный ток). Контур протекания выскокочастотных токов можно рассматривать как виток в пространстве, имеющий V-образную форму, и который излучает электромагнитные волны. Другими словами, кромки заготовки от места подвода к ним высокочастотного тока до места их схождения являются излучающей антенной, форма которой меняется в пространстве вследствие колебаний ноложения кромок в зоне их схождения.

Путем замера амплитуды волны в каком-либо определенном месте пространства определяют изменения местоположения или формы излучателя. Измеряя амплитуду электромагнитной волны над местом стыка одним или несколькими преобразователями, расположенными вдоль оси сварки, определяют направление и величину отклонений точки схождения кромок. Если точка схождения кромок вследствие какихто возмущающих факторов смещается ближе к индуктору, то выходной сигнал датчика или сумма сигналов нескольких датчиков уменьщается, так как излучатель как бы удаляется от места установки приемника. Если же точка схождения кромок смещается вдоль оси сварки в направлении от индуктора, то выходной сигнал увеличивается, так как датчик (или при установке нескольких датчиков большинство из них) окажется внутри V-образной щели (контура излучения), где амплитуда электромагнитной волны всегда больще. Измеряя амплитуду излучаемой электромагнитной волны над кромками, определяют величину угла схождения кромок. Если величина угла схождения кромок уменьшается, то амплитуда волны в месте установки датчика также уменьщается вследствие удаления от них кромок (излучателя). Если же величина угла схождения кромок увеличивается, то датчик окажется внутри V-образной щели, где амплитуда больше. Таким образом, при уменьщении величины угла схождения и смещения точки схождения кромок к индуктору амплитуда электромагнитной волны в местах ее замера уменьшается, что соответствует требованию уменьшения нагрева. При увеличении угла схождения кромок и смещения точки схождения кромок по направлению от индуктора амплитуда электромагнитной волны в местах ее замера увеличивается, что соответствует в этом случае требованию увеличения нагрева. Это дает возможность простым суммированием выходных сигналов датчиков, пропорциональных амплитуде электромагнитной волны, получать управляющий сигнал.

Электромагнитная волна характеризуется электрической и магнитной составляющими. Для измерения амплитуды электрической составляющей волны в качестве преобразователей применяются щтыревые антенны. Однако удобнее измерять амплитуду магнитной составляющей. В этом случае в качестве датчиков применяют катушки индуктивности, которые очень просты в изготовлении, малогабаритны, нечувствительны к внешним условиям окружающей среды, а получаемый сигнал достаточно

велик для использования его в системе регулирования. Датчики могут быть выполнены на плоских, цилиндрических, П-образных или Ш-образных сердечниках. На чертеже изображено устройство для осуществления предлагаемого способа.

Оно содержит индуктор 1, ламповый генератор 2, источник питания 3, блок 4 управления, сравнивающее устройство 5, задатчик 6 режима сварки, датчики 7 и 8, усилители 9 и 10, амплитудные детекторы

11и 12, суммирующее устройство 13. Предлагаемый способ осуществляется

следующим образом. Индуктор 1 наводит в кромках заготовки высокочастотные токи, которые, протекая по V-образной щели, разогревает кромки 14 до необходимой температуры. При этом высокочастотные токи излучают электромагнитные волны, амплитуду магнитной составляющей которых замеряют датчиками 7 и 8, один из которых установлен над точкой схождения кромок вдоль оси сварки, а другой - до этой точки перпендикулярно оси сварки. Выходные сигналы датчиков 7 и 8 усиливают с помощью усилителей 9 и 10 и преобразуют амплитудными детекторами 11 и

12в постояпные напряжения, величина которых изменяется при изменении положеПИЯ кромок в зоне V-образной щели. Получают два сигнала, один из которых определяется положением точки схождения кромок (полученный от датчика 7), а другой- величиной угла схождения кромок (полученный от датчика 8).

Подав оба сигнала на суммирующее устройство 13, получают управляющий сигнал, величина которого зависит от угла и положения точки схождения кромок. На

входы сравнивающего устройства 5 подают напряжение с задатчика 6 и управляющий сигнал с суммирующего устройства 13, а на выходе получают сигнал рассогласования. В зависимости от знака и величины

сигнала рассогласования блок 4 управления напряжением питания устанавливает величину анодного напряжения источника 3 питания лампового генератора 2. Таким образом, меняется мощность источника

нагрева, которую индуктор 1 отдает в кромки заготовки в соответствии с изменением положения кромок в зоне их схождения. Известно, что главным возмущающим

фактором, влияющим на качество сварки, является нестабильность угла и положения точки схождения кромок. Предлагаемый способ по сравнению с известными обеспечивает повыщение точности регулирования

процесса нагрева при высокочастотной сварке. Это обусловлено использованием для получения управляющего сигнала электромагнитной волны, что позволяет путем замера ее параметров определить

изменения как положения точки схожде ния кромок, так и величины угла схождения. Совокупность этих двух параметров позволяет более точно судить о положении кромок в зоне их схождения, и соответственно этому о мощности, необходимой для разогрева кромок. Кроме того, использование электромагнитной волны обеспечивает упрощение системы регулирования, так как не требуется при этом сложных и дорогостоящих датчиков, а метод получения сигнала бесконтактный. Повышение точности регулирования повышает качество труб, упрощение системы снижает себестоимость реализации способа. Формула изобретения Способ автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки путем изменения мощности источника нагрева в зависимости от управляющего сигнала, характеризующего изменение положения свариваемых кромок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, в качестве управляющего сигнала используют изменение амплитуды электромагнитной волны, излучаемой нагреваемыми кромками свариваемой заготовки, которую замеряют над точкой схождения кромок вдоль оси сварки и до точки схождения кромок перпендикулярно оси сварки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 520213, кл. В 23 К 13/00, 1976.