Способ автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки Советский патент 1982 года по МПК B23K13/00 B21C37/08 

(5) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СВАРКИ

1

Изобретение относится к сварке и может быть использовано при высоко частотной-сварке профилей, труб и . металлических кабельных оболочек.

Известен способ автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки, основанный на использовании в качестве управляющего сигнала изменения интегрального излучения, пропорционального площади очага расплавления 11.

В этом способе фотодатчик из режима измерений температуры переводится в режим измерения площади локального очага расплавления. Данный способ не нашел широкого применения при сварке стальных труб из-за того, что выбранная зона визирования в районе очага раоплавления насыщена высоким уровнем помех (слой воды, пар, выплески расплавленного металла) избавиться от которых чрезвычайно трудно. Полностью исключено применение данного способа на тех объектах, где зона расплавления и зона, непосредственно расположенная за точкой схода кромок, закрыты от фотодатчика конструкцией сварочного узла.

Известен способ автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки, основанный на измерении ширины очага сварки непосредственно за точкой схода кромок, обладающий повышенной помехоустойчивостью 21.

10

Однако этот способ также не может быть использован на объектах, где зона сварки закрыта элементами конструкции сварочного узла.

Наиболее близким по технической

15 сущности к предлагаемому является способ автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки сходящихся .под углом кромок, при котором воздействуют на мощность источни20ка нагревательного устройства в зависимости от интегрального потока инфракрасного излучения, фокусируемого фотодатчиком из зоны визирования,ограниченной прямоугольной площад- - кой З. Этат способ эффективно использует ся при сварке труб и.кабельных оболочек из алюминия и его сплавов,одна ко не нашел применения при сварке стальных труб, где уровень помех в зоне сварки, как правило высок. Способ не применим также и в тех случаях, когда зона сварки перекрыта элементами конструкции сварочного узла. Целью изобретения является повыше ние качества сварочного соединения за счет повышения стабильности про|Цесса сварки, преимущественно стальных изделий, и в том числе в тех слу чаях, когда зона сварки перекрыта . элементами конструкции сварочного уз ла. Поставленная цель достигается тем что согласно способу автоматического регулирования процесса высокочастотной сварки, при котором воздействуют на мощность источника нагревательного устройства в зависимости от рального потока инфракрасного излуче ния, фокусируемого фотодатчиком из зоны визирования, ограниченной прямо угольной площадкой , длину прямоуголь ной;площадки визирования ограничивают с одной стороны положением точки схождения кромок во всем диапазоне ее колебаний вне зоны визирования, а с другой - областью с температурой на кромках, равной 0,4-0,5 температу ры в точке схождения, а ширину этой площадки выбирают равной 1,0-1,5 величины максимального зазора между кромками в зоне визирования, соответствующего максимальному углу схрждения в диапазоне его колебаний. Одним из существенных параметров, влияющих на процесс сварки,является величина угла схождения .кромок. При изменении угла схождения, кромок и соответственно величины зазора между кромками, изменяется,степень проявления эффекта, близости, в результате чего происходит перераспределение плотности тока на свариваемых кромках, а следовательно и изменение температуры на кромках. Когда ширина площадки визирования не превышает 1,0-1,5 величины максимального зазора, а длина выбрана протяженной, при изменении зазора в процессе сварки поток излучения зависит не только от изменения температуры в каждой точке нагретых кромок, но и от площади зоны, с которой воспринимается излучение. Вследствие этого управляющий сигнал, которому соответствует поток излучения из зоны визирования, одновременно пропорционален площа,ди и температуре нагретой зоны. Таким образом, путем выбора соотношения размеров зоны визирования и ее положения, известное явление перемещение кромок вследствие изменения угла их схождения - дает здесь дополнительную по отношению к .температуре информацию, используемую в процессе регулирования, фотопирометрический датчик, используемый для реализации спо-соба, превращают одновременно и в датчик угла схождения.Тем самым увеличивается уровень полезного сигнала относительно помехи, чувствительность и быстродействие системы регулирования на отработку ряда возмущений, связанных с изменением угла схождения. Независимо от изменения угла схождения система отрабатывает и другие дестибилизирующие факторы (например, изменение скорости, толщины/ колебания питающего напряжения) , изменяющие температуру нагрева относительно заданной. На фиг. 1 показана прямоугольная площадка визирования при минимальном угле схождехия кромок; на фиг. 2 то же, при максимальном угле схождения; на фиг. 3 - то же, при среднем угле схождения; на фиг. k - функциональная схема системы регулирования. 1 - прямоугольная площадка визирования, 2 - угол схождения, 3 кромки свариваемой трубы. Если угол схождения в процессе сварки окажется минимальным (см. фиг. 1) в результате изменения, например, условий формовки или электрических режимов, уровень полезного сигнала возрастает вследствие, во-первых, роста интенсивности излучения более нагретых кромок за счет усиления эффекта излучения. Данное положение подтверждается фиг. 2, иллюстрирующей максимальный угол о/ схождения. в этом случае резко уменьшается как интенсивность излучения за счет ослабления эффекта близости, так и площадь, с которой воспринимается излучение. На фиг. 3 показан случай, относящийся к оптимальному режиму сварки. когда угол схождения кромок и интенсивность излучения (температура кромок) соответствует средней величине. Регулирование процесса высокочастотной сварки производится с помощью системы автоматического регулирования (см. фиг. k), содержащей фотодат чик 4 с задатчиком 5 эталонной величины температуры, преобразовательный блок 6 для обработки сигнала, схему управления 7 с высоковольтным выпрямителем 8 и ламповый генератор 9 по дающий высокочастотное напряжение на индуктор 10. Система автоматического регулирования работает следующим образом. Сигнал интегрального потока излу чения подается в фотодатчик t , снабженный диафрагмой, установленной перед фотоприемником фотодатчика и oi- раничивающей зону визирования площадкой 1 и светофильтром, подавляющим излучение из инфракрасной части спектра. Ширину с| площадки 1 выбирают равной 1,0-1,5 величины максимального зазора между кромками в зоне визирования, соответствующего максимальному углу схождения в диапазоне его ко лебаний . 1 Длина С площадки 1 ограничена с с одной стороны положением точки схождения кромок 11 во всем диапазоне ее колебаний, вне зоны визирования, а с другой стороны - зоной с темпера турой на кромках, равной 0,,5 температуры в точке схождения, ниже которой мощность излучения мала (вследствие низкой температуры) и ее можно не учитывать без ухудшения чувствительности способа. Сигнал интегрального потока инфра красногб излучения из зоны визирования 1 сравнивается в фотодатчике с эталонной величиной, задатчика температуры 5. Сигнал рассогласования фот датчика, преобразованный до стандарт ного значения в блоке 6, подается на схему управления 7 высоковольтного выпрямителя 8, который через анодные цепи лампового генератора 9 регулирует подводимую к индуктору 10 мощность. При отклонении температуры в зоне визирования от эталонного значения или при изменении угла схождения изменяется интенсивность излучения, что приводит к образованию сигнала 286 рассогласования, который изменяет мощность источника питания индуктора 10, следовательно, и температуру в зоне визирования 1 до эталонного значения так, чтобы сигнал рассогласования на выходе фотодатчика стремился к нулю. Предлагаемый способ автоматического регулирования может быть использован при локальном нагреве, например, при сварке стальных труб и , стальных гофрированных кабельных оболочек. ,Использование предлагаемого способа автоматического регулирования позволяет осуществить работу системы регулирования при меньшем уровне помех, поскольку зона визирования фотодатчика располагается в значительно более чистой от помех зоне нагрева в сравнении с насыщенной помехами зоной расплавления, повышает чувствительность фотодатчика на отработку возмущений, связанных как с изменением температуры в зоне нагрева, так и колебаниями угла схождения кромок относительно среднего значения. Кроме того, зона визирования располагается ближе к источнику сварочного тока - индуктору - это уменьшает запаздывание в системе, что приводит к улучшению динамических свойств системы регулирования. Формула изобретения Способ автоматическо.го регулирования процесса высокочастотной сварки сходящихся под углом кромок, при котором воздействуют на мощность источника наг,оевательного устройства в зависимости от интегрального потока инфракрасного излучения, фокусируемого фотодатчиком из зоны визирования, ограниченной прямоугольной площадкой, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет повышения стабилизации процесса сварки, преимущественно стальных изделий, длину прямоугольной площадки визирования ограничивают с одной стороны положением точки схождения кромок во всем диапазоне его колебаний вне зоны визирования, а с другой - зоной с температурой на кромках, равной 0,0,5 температуры в точке схождения, ; а ширину этой площадки выбирают рав