Способ регулирования сварочной дуги и устройство для его осуществления

Способ регулирования сварочной дуги и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в машиностроительной промышленности. Изобретение позволяем повысить качество сварного соединения за счет формирования характеристики регулятора напряжения дуги в зависимости от жесткости внешней характеристики сварочного источника питания . Для этого управление изменением крутизны характеристики регулятора напряжения дуги производится за счет управления скоростью подачи электродной проволоки в соответствии с выражением Vno Vno(a/G + G), где Vno - скорость электрода в номинальном установившемся режиме при отсутствии отклонений; ( (Ua-Uo)/Uo - относительное рассогласование напряжения дуги Уд с эталонным Uo; G (1кз - 1до)/1до - относительная жесткость внешней характеристики сварочного источника (Ьо - ток номинального режима; 1кз - ток короткого замыкания). Устройство для регулирования сварочной дуги содержит сварочный источник питания, источник эталонного напряжения , блок сравнения, электромеханический привод подачи электродной проволоки , блок суммирования, пропорциональный усилитель рассогласования, делитель напряжения дуги, интегрируюший усилитель сигнала рассогласования. Такое выполнение устройства позволяет повысить качество регулирования и сварки за счет оптимального согласования характеристик регулятора и сварочного источника и повысить интенсивность регулирования при крутои пологопадаюших характеристиках источниках питания . 2 с.п. ф-лы, 4 ил. Ё сл со 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5д4 В23К9 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3965216/31-27 (22) 18.10.85 (46) 07.08.87. Бюл. № 29 (7 I ) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения

«ЦНИИТМАШ» и Брянский институт транспортного машиностроения (72) Н. М. Трофимов, С. Н. Мельбард, А. Ф. Шахнов, A. М. Зайцев и В. В. Коряжкин (53) 62! .791.75 (088.8) (56) Автоматическое регулирование дуговой сварки. Труды секции электросварки и электротермии АН СССР. — М.: Академиздат, !953, с. 69 — 88.

Авторское свидетельство СССР № 737148, кл. В 23 К 9/10, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 749590, кл. В 23 К 9/10, 1977. (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ И УСТРО! !СТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в машиностроительной промышленности.

Изобретение позволяет повысить качество сварного соединения за счет формирования характеристики регулятора напряжения дуги в зависимости от жесткости внешней характеристики сварочного источника пита„„SU„„1328103 А 1 ния. Для этого управление изменением крутизны характеристики регулятора напряжения дуги производится за счет управления скоростью подачи электродной проволоки в соответствии с выражением

= V-(сс/G + G), где V ° — скорость электрода в номинальном установившемся режиме при отсутствии отклонений; = (Uà — Uo)/Uo относительное рассогласование напряжения дугH Uz c эталонным Uo, G = (1кз — Iао) /1ао— относительная жесткость внешней характеристики сварочного источника (1»о — ток номинального режима; 1- — ток короткого замыкания) . Устройство для регулирования сварочной дуги содержит сварочный источник питания, источник эталонного напряжения, блок сравнения, электромеханический привод подачи электродной проволоки, блок суммирования, пропорциональный усилитель рассогласования, делитель напряжения дуги, интегрирующий усилитель сигнала рассогласования. Такое выполнение устройства позволяет повысить качество регулирования и сварки за счет оптимального согласования характеристик регулятора и сварочного источника и повысить интенсивность регулирования при круто- и пологопадающих характеристиках источниках питания. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1328103

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для дуговой сварки и наплавки в различных отраслях машиностроительной промышленности (энергомашиностроение, транспортное, тяжелое машиностроение и т.п.).

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения за счет формирования характеристики регулятора напряжения дуги в зависимости от жесткости внешней характеристики сварочного источника питания.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства; на фиг. 2 — статические характеристики; на фиг. 3 — принципиальная схема устройства; на фиг. 4— зависимости интенсивности регулирования от жесткости внешней статической характеристики сварочного источника.

Устройство содержит сварочный источник питания 1, источник 2 эталонного напряжения, блок 3 сравнения, электромеханический привод 4 подачи электродной проволоки, блок 5 суммирования, пропорциональный усилитель 6 рассогласования, делитель 7 напряжения дуги, интегрирующий усилитель 8 сигнала рассогласования.

На фиг. 2 позицией 9 обозначены статические характеристики сварочного источника, 10 — устройства регулирования; 11— устройства с интегрирующим усилителем.

В принципиальную схему устройства (фиг. 3) дополнительно входит схема 12 механической блокировки ручек настройки устройства.

На фиг. 4 позицией 13 обозначены зависимости интенсивности регулирования от жесткости внешней статической характеристики сварочного источника: автомата регулирования напряжения дуги (АРПД) (j! = ! по + 1ст + 1сн), 14 — автомата Регулирования дуги саморегулированием (АРДС) (jz = 1- + j .), 15 — предлагаемого УстРойства (j3 = 1 + jcT + 1сн).

Способ осуществляется следующим образом.

Настраивают внешнюю характеристику сварочного источника 1 (фиг. 1) согласно заданному значению напряжения сварочной дуги и скорость подачи электродной проволоки согласно заданному значению сварочного тока установкой величины К! в элементе 4. Затем находят величину крутизны (жесткости) внешней характеристики сварочного источника (измеряют или определяют llo паспортным данным) и устанавливают равным этой величине коэффициент передачи усилителя 6. После включения устройства в работу известными приемами (с короткого замыкания, с холостого хода) зажигают дугу и производят сварку.

Известно, что скорость плавления электрода зависит от тока и напряжения дуги

Ъ э = КстI э — Ксн11э, „® где К- — коэффициент саморегулирования дуги по току, см с .а, К ° — коэффициент саморегулирования дуги по напряжению, см с в ;

5 V- — скорость плавления электрода, ! см-с .

Согласно способу в статическом режиме (при V- = V-):

Кот!д — Кон! !д = Voo (- + G!) (3) или

1)д = UoB + CIo, ®, Кот .Л-+ К., Ua G

С вЂ” где В= — — „—.

1+К вЂ”" G нно t5

Для того, чтобы реализовать устройство, у которого параметр изменял бы крутизну характеристики и эти характеристики образовывали бы пучок прямых в выбранной рабочей точке (режима сварки) сделаем при20 ближенную замену переменной G на переменную Ко со следующими допущениями (уточнениями): — V--, = z о где U! = К (— 1!д — Uo); К! б р а также

35 Ua — — В!Uo + С!1д, где В! — (1

Кр — 1. 2 — К!К +К- К!

40 К,К + Кс„ i! » Кэ.

Величина С! — это крутизна вольтамперной характеристики (ВАХ) регулятора.

45 В oTHocHTe Hbix единицах приведенная Крутизна регулятора равна

50 Уравнение (4а) при различных значениях

Ко описывает пучок прямых 10 (фиг. 2) (при Ко = 0 — статическая характеристика АРДС, при Ко )) 1 — характеристика АРНД). При этом, как видно из уравнения (За), реализовать устройство по

55 предлагаемому способу управления можно, используя деление сигнала напряжения дуги делителем 7 и усилитель сигнала рассогласования с коэффициентом передачи

Voo = KoVno — для зависимой состав1

25 ляющей скорости подачи электрода;

Voo G= (2 — К ) Vno — для независимой составляющей скорости (что имеет место в диапазоне G=0,8...1,2).

В результате замены получаем

Vn — К!(U! + Uo), (За) 1328103

К = -7--. независимый сигнал Uo при этом не

= 1 требует преобразований.

Координаты центра пучка определяются величиной Uo и Кь

К1+2К., Ki

V;4o — — 2Uo, 1 Uo — UoКст Кст

Для согласования устройства со сварочным источником нужно, чтобы центр пучка прямых 10 находился на внешней характеристике источника, т.е.,чтобы рабочая точка А статического состояния в процессе регулирования совпадала с центром лучка.

Внешние характеристики источника в общем случае представляют собой также пучок прямых 9 (если характеристики криволинейны, то вблизи точки статического равновесия их можно заменить приближенными линеаризованными прямыми) .

Устройство (фиг. 3) в случае, когда переключатель S поставлен в положение П, реализует функциональную схему без интегрирующего усилителя 8 сигнала рассогласования. Источник 1 постоянного тока обеспечивает дуге обратную полярность; источник 2, условно показанный резистором

Rn обеспечивает установку величины Uo, в блоке 3 сравнения выделяется рассогласование между половиной напряжения дуги, получаемой с делителя 7 (сопротивления R>, Ro) и напряжением Uo. Усилитель 6 íà операционном усилителе ОУ2 обеспечивает усиление рассогласования в зависимости от установки движка резистора R . Напряжение с выхода усилителя суммируется в сумматоре 5, а практически — на резисторе

R5, являющемся задатчиком скорости электропривода 4. Электропривод 4 имеет электродвигатель постоянного тока и усилитель, так что резистором R5 задается коэффициент К, от нуля до максимального (5)

Кроме того, устройство имеет блокировку движков резисторов R, R4 и R5, например механическую, как показано в верхней части фиг. 3, позволяющую производить подстройку Ri (напряжение дуги) и Rs (ток дуги), только при нулевом положении резистора R4.

Работа устройства при осуществлении способа заключается в следующем.

Движок резистора R4 устанавливают в нулевое положение. При этом устройство является регулятором АРДС, величина независимой подачи и ток дуги в котором определяются величиной К,, положением движка резистора Ro, а положение движка R не вызывает никакого воздействия. В этом положении производят начало сварки, устанавливают ток величиной Кь напряжение дуги — изменением внешней характеристики сварочного источника 1 до получения задан5

10 личине крутизны сварочного источника, либо по качественным показателям процесса сварки (характеристики формирования валика наплавленного металла, разбрызгива15 ние и т.д.).

Устройство при положении П переклю20

55 ных параметров процесса 1. ° и l . . Затем по величине 11т устанавливают движок резистора R i в соответствующее положение и переводят движок резистора 14 с нуля в положение, соответствующее крутизне внешней характеристики сварочного источника. После указанной настройки величины тока дуги и напряжения дуги оказываются фиксированными (центр пучка), а наклон характеристики 10 (фиг. 2) регулятора может подстраиваться либо по имеющейся вечателя S соответствует пропорциональному статическому регулятору напряжения дуги, статические ошибки которого устраняются фиксированной настройкой характеристики источника 1 (сварочный источник в этом случае также долЖен иметь устройство фиксации настройки, препятствующей изменению ее при К 4= О).

В случае установки переключателя S в положении U в усилитель 6 заменяется интегратором на операционном усилителе

OYz с цепью R-С1, определяющей величину постоянной времени интегрирования, что превращает регулятор в астетический.

При этом статическая вольтамперная характеристика устройства 11 (фиг. 2) обеспечивает нулевые статические ошибки, à характеристика пропорционального регулирования 9 переходит в ранг динамической и сохраняет свое влияние на сварочный процесс. как и в первом случае, если постоянная времени интегрирования существенно больше времени кратковременных возмущений процесса (броски тока и колебания . «апряжения при капельном переносе, блуждании дуги и т.п.). Астетическое регулирование в последнем случае допускает управление блокировок между движками R

R„, R и органами настройки сварочного источника.

Опробование предлагаемого способа провели с использованием устройства (фиг. 3), где в качестве электромеханического привода использовали тиристорный электропривод

ЭТ1Е1 с электродвигателем СЛ вЂ” 661.

В качестве источника 1 питания использовали ВКСМ вЂ” 1000 с балластным реостатом; на входе сетевого литания ВКСМ вЂ” 1000 включали трехфазный регулятор напряжения

RHTT — 300 — 600.

Сваривали пластины из стали 20Г толщиной 4 мм встык без разделки кромок на флюсовой подушке под флюсом. Диаметр электродной проволоки 3 мм, ток 500—

525 А, напряжение 30 — 32 В, скорость сварки 30 м/ч. Механические свойства металла шва при сварке по способу и при независимой скорости подачи на одном и том же режиме идентичны. Формирование шва

1328103

Формула изобретения

av„„y ль I »

Д д V. (6) v. = v.. (g+G), 40

Uy — Uo

45 Ы при способе улучшается (снижается высота усиления, снижается вероятность подрезов, зашлаковок, повышается плавность перехода от наплавленного к основному металлу).

Таким образом, способ и устройство обеспечивают согласование характеристик источника и регулятора и сохранение этого согласования при значительных изменениях крутизны внешних характеристик источника. Кроме того, в широком диапазоне изменения характеристик источника обеспечивается высокая интенсивность регулирования напряжения (длины) дуги.

Оптимальным согласованием характеристик, если они представлены в безразмерных, относительных единицах, является случай, когда они взаимно перпендикулярны, что обеспечивает меньший уход рабочей точки от положения равновесия и наиболее широкий диапазон настройки регулятора и источника по напряжению и току.

Действительно, для двух согласованных характеристик (К вЂ”вЂ” - ), например 9 и 10, угол их пересечения равен у = д — (lp + p) = л — (arcctg G +

2Кст 1до 1до 3T, mrctg б) = y .

Введем понятие об относительной интенсивности регулирования где ЛЧ», ЛЧ. — отклонение скорости подачи электрода, вызванное принудительно системой регулирования и приращение скорости плавления конца электрода, вызванные изменением длины дуги 1» на величину л(,.

Принимая для качественного анализа быстродействие принудительного регулирования и саморегулирования одинаковыми, получим из вольтамперных характеристик источника, дуги и регулятора

) = )ll + )ст + 1»н, где j = A2 —, j . = А, G; j.. = А! соот1.- . К ветстзенно составляющие интенсивности регулирования (принудительного, саморегулирования по току, саморегулирования по напряжению), где U» — анодно-катодное падение напряжения в дуге.

На фиг. 4 показана зависимость интенсивности регулирования от жесткости внешней характеристики сварочного источника.

Для сравнения на графике показана зависимость интенсивности регулирования системы саморегулирования АРДС, представлЯющаЯ сУммУ ° + 1.». Эта система не может использоваться при падающих и крутопадающих внешних характеристиках источ ника в связи с резким снижением саморегулирования и удаления характеристик от оптимального согласования.

Система АРНД имеет . составляющую

1, не зависящую от жесткости источника и равную Al, а в целом общая интенсивность регулирования резко возрастает за счет саморегулирования по току. Однако, при удалении от так называемых крутопадающих ВАХ источника эта система становится неэффективной из-за больших статических ошибок ввиду далеко не оптимального согласования характеристик.

Технический эффект изобретения состоит в повышении качества регулирования и сварки за счет оптимального согласования характеристик регулятора и сварочного источника и повышения интенсивности регу20 лирования при крутопадающих и полого падающих характеристиках источника.

1. Способ регулирования сварочной ду25 ги, преимущественно при сварке плавящимся электродом, при котором осуществляют настройку и фиксацию внешней статической вольтамперной характеристики сварочного источника питания, сравнивают напряжение дуги с эталонным и осуществляют управление скоростью подачи электродной проволоки пропорционально результату сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет формирования характеристики регулятора напряжения дуги в зависимости от жесткости внешней характеристики сварочного источника питания, скорость подачи электродной проволоки определяют по формуле где V ° — оптимальная скорость подачи электродной проволоки; относительное рассогласование напряжения дуги с эталонным Up, G= — относительная жесткость внеш-Ъо ней вольтамперной характеристики сварочного источни50 ка (1- — ток короткого замыкания; 1. — номинальный ток режима).

2. Устройство для регулирования сварочной дуги, содержащее источник эталонного напряжения, подключенный к блоку

5 сравнения, электромеханический привод подачи электрода, а также сварочный источник питания, отличающееся тем, что в него дополнительно введены делитель напряже1328103 ния дуги и последовательно соединенные усилитель рассогласования и блок суммирования, другой вход которого подключен к источнику эталонного напряжения, а к выходу блока суммирования подключен

УР

Ио электромеханический привод подачи электрода, а делитель напряжения дуги подключен к второму входу блока сравнения, выход которого соединен с входом усилителя рассогласования.

POP. Z

1328103

Ф;ЖВ

24 (Jn

1 г з ч ! рутопадающие ф йояа опадающиеу йесткие аАХ источника у ВАХ источника ф ЮАХ источника

%се. Ф

Составитель В. Грибова

Редактор Г. Гербер Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов

Заказ 3432/15 Тираж 974 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4