Способ автоматического контроля и регулирования процесса контактной сварки и устройство для его осуществления

Способ автоматического контроля и регулирования процесса контактной сварки и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к оборудованию для контактной сварки и для автоматического контроля и регулирования режима электронагрева, преимущественно для сварки деталей малых сечений. Цель - повьшение качества сварного соединения за счет повышения надежности автоматического контроля и регулирования процесса сварки . Для этого задают программу изменения динамического сопротивления между электродами, сравнивают ее с текущими значениями и по сигналу рассогласования корректируют усилие сжатия на электродах до получения динамического сопротивления между электродами , заданного программой. При этом контроль качества сварки дополнительно осуществляют по величине динамического сопротивления, достигнутого к моменту вьщеления заданной энергии, сравнением с заданной величиной . Это позволяет осуществить многопараметровое регулирование процесса и многопараметровый контроль. 2 с.п. ф-лы, 2 ил, с а (Л

СВОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

{cay 1 В 23 К 11/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1362591 (21) 4190810/31-27 (22) 04,02.87 (46) 15.09.88. Бюл, Р 34 (71) Рижский политехнический институт им. А.Я.Пельше (72) В.E.Àòàóø, В.П.Леонов, Э.В.Бумбиерис и Э.Г.Москвин (53) 621.791.762(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР у 1362591, кл. В 23 К 11/24, 1986. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА КОНТАКТНОЙ

СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к сварочному производству, а именно к оборудованию для контактной сварки и для автоматического контроля и регулирования режима электронагрева, преимуÄÄSUÄÄ 1423320 А 2 щественно для сварки деталей малых сечений, Цель — повышение качества сварного соединения за счет повьппения надежности автоматического контроля и регулирования процесса сварки. Для этого задают программу изменения динамического сопротивления между электродами, сравнивают ее с текущими значениями и по сигналу рассогласования корректируют усилие сжатия на электродах до получения динамического сопротивления между электродами, заданного программой. При этом контроль качества сварки дополнительно осуществляют по величине динамического сопротивления, достигнутого к моменту выделения заданной энергии, сравнением с заданной величиной. Это позволяет осуществить многопараметровое регулирование процесса и многопараметровый контроль.

2 с и. ф лы, 2 ил.

1423320

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к оборудованию для контактной сварки, и может быть использовано в приборостроении для автоматического контроля и регулирования режима электронагрева, ( преимущественно для сварки деталей малых сечений.

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения за счет повышения надежности контроля и регулирования процесса сварки.

На фиг. 1 изображена структурная блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа автоматического контроля и регулирования процесса контактной сварки, на ! фиг. 2 — диаграммы изменения межэлектродного напряжения и программы эталонного значения динамического сопротивления между электродами во

1 времени.

Устройство содержит источник 1 сварочного тока, один выход которого соединен с регупятором 2 сварочного тока, выполненного на управляемых транзисторах 3. Выход регулятора 2 сварочного тока и второй выход источника 1 сварочного тока посредством сварочного контура 4 соединены со сварочными электродами 5, сжимающие свариваемые детали 6. Датчик 7 сварочного тока измеряет сварочный ток

1 в цепи сварочного контура 4, .а датчик

8 измеряет напряжение между электродами 5. Первые выкоды датчиков 7 и ! 8 соединены с блоком 9 умножения.

Вторые выходы датчика 7 сварочного тока и датчика 8 напряжения между электродами 5 подсоединены к входам блока 10 деления. Выход блока 9 умножения подсоединен к входу электронного ключа 11. Электронный ключ 11 последовательно соединен с ключом

13 первого интегратора 12. Заданное значение энергии сварки задается первым задатчиком 14, от которого сигнал подается на компаратор 15.

Сформированный сигнал, пропорционы-.ьный введенной энергии между сварочными электродами 5, с выхода первого интегратора 12 также подается на компаратор 15.! Второй задатчик 16 ско-. рости нарастания межэлектродного напряжения через электронный ключ 17 соединен с ключом 19 второго интег, ратора 18 и с ключом 21 третьего интегратора 20. Блок 22 запуска соединен с первым входом блока 23 управления, к входу которого подсоединен также выход с компаратора 15. Один выход с блока 23 управления соединен с электронным ключом 11, а второй и третий выходы соединены с ключами 19 и 21. Выход третьего интегратора 20 соединен с входом первого блока 24

10 сравнения, к второму входу которого подсоединен третий выход датчика 8 напряжения между электродами. Задатчик 25 эталонного значения динамического сопротивления между электродами соединен с входом второго компаратора 26, к другим двум входам которого подсоединены выход блока l0 деления . и четвертый выход блока 23 управле ния, а выход соединен с входом электронного ключа 17. Второй выход блока (23 управления и выход блока 24 сравнения подсоединены к входам буферного усилителя 27, выход которого соединен с транзисторами 3 регулятора 2 сварочного тока. Четвертый выход датчика 8 напряжения между электродами соединен с одним из входов второго блока 28 сравнения, к другому входу которого подсоединен выход задатчика

29 заданной эталонной величины межэлектродного напряжения. Выход блока

28 сравнения соединен с входом.блока 30 индикации.

Второй и третий выходы с блока

35 10 деления подключены соответственно к первым входам третьего блока

31 сравнения и четвертого блока 32 сравнения. К второму входу третьего блока 31 сравнения подсоединен пя40 .-тый задатчик 33,a к второму входу четвертого блока 32 сравнения подсоединен шестой задатчик 34. Выход четвертого блока 32 сравнения подсоединен к второму блоку 35 индикации.

Выход третьего блока 31 сравнения подсоединен к входу программатора

36 тока, выход которого соединен с блоком 37 электродинамического механизма сжатия.

Датчики 7 и 8 предназначены соответственно для измерения сварочного тока I, и межэлектродного напряжения U . Блок 9 умножения перемножает и П, выдавая мгновенное значение (текущее) мощности сварочного тока через электронный ключ t1 на вход интегратора 12. Последний фор-, мирует сигнал, пропорциональный введенной энергии между электродами, 1423320 и подает его на компаратор 15, который сравнивает его с заданным значе-, нием энергии сварки, поступающим из задатчика 14.Блок 10 деления делит межэлектродное напряжение 0 на сварочный ток Т,, выдавая мговенное (текущее) значение динамического сопротивления между электродами на вход компаратора 26, который сравнивает его с заданным эталонным значением динамического сопротивления между электродами из задатчика 25 и при достижении которого электроннык ключ

17 размыкает и с выхода интегратора 15

20 с этого момента времени снимается постоянный сигнал, пропорциональЪ ный достигнутому значению межэлектродного напряжения П . Последовательно соединенные задатчик 16 скорости 20 нарастания межэлектродного напряжения (через электронный ключ 17) и интеграторы 18 и 20 задают закон квадратичного нарастания межэлектродного напряжения на участке i зависи- 25 мости U = f(t) (фиг. 2). При этом задатчиком 16 задается скорость нарастания межэлектродного напряжения

0 . При этом длительность г.ф фронта нарастания межэлектродного напряжения 30 может принимать значение ty, если динамическое сопротивление Rз между электродами достигает эталонного значения К раньше t и, если ди- намическое сопротивление достигает эталонного значения позже t, Длительность t определяется пропорционально разностью между общей энергией

W и выделенной энергией за время сь фронта нарастания г.ф межэлектродного напряжения до U> . В блоке 28 сравнения достигнутая величина межэлектродного напряжения U из датчика 8 сравнивается с сигналом из за-+ датчика 29 заданной эталонной величи- 45 ны межэлектродного напряжения П и сигнал о результате сравнения подается в блок 30 индикации. Ключи 13, 19 и 21 служат для разряда интегри.Рующей емкости по окончании цикла сварки, электронный ключ 11 для включения и выключения интегратора

12 от блока 9 умножения, а электронный ключ 17 цля отключения задатчика 16 от интеграторов 18 и 20.

Блок 22 запуска включает блок 23 управления, который управляет ключами l1 13 19 и 21 буферным усилителем

27 и компаратором 26, Блок 24 сравнения сравнивает сигнал о текущем значении межэ1-,ектродного напряжения с выхода датчика 8 с сигналом с выхода последовательно соединенных интеграторов 18 и 20. формирующих сигнал, задающий закон изменения межэлектродного напряжения U . Буферный усилитель 27 предназначен для усиления сигнала рассогласования по межэлектродному напряжению, снимаемого с блока 2ч сравнения до уровня, потреб= ляемого входными цепями регулятора

2 сварочного тока, выполненного на управляемых транзисторах 3, коммутирующих сварочный ток от источника 1 питания.

С блока 10 деления сигнал о текущем значении динамического сопротив- ления между электродами подается на блок 31 сравнения, где происходит сравнение с поступающим сигналом заданной эталонной программы динамического сопротивления между электродами от задатчика ЗЗ (кривая 3 на фиг. 2) и выработка сигналя рассогласования, который поступает на программатор 36 тока, который в зависимости от сигнала рассогласования по-: дает импульсы тока на блок 37 электроцинамического механизма сжатия, который производит подреулировку (уменьшение или увеличение) усилия сжатия дополнительно к основному усиI лию сжатия, сообщаемого от привода.

С блока 10 деления поцает"я сигнал о,величине динамического сопротивления R в конце процесса сварки (после выделения заданной энергии) в блок 32 сравнения, где этот сигнал сравнивается с заданным, поступающим от задатчика 34, и результат сравнения поступает на блок 35 индикации.

Устройство,с помощью которого осушествляют предлагаемый способ,работает следующим образом, Вначале от привода механизма сжатия свариваемые детали 6 сжимаются электродами 5 начальным статическим усилием сжатия Р,, При этом от педали механизма сжатия через релейный элемент (не показано) включается блок 22 запуска., который включает блок 23 управления. Далее с блока 23 управления подается сигнал разрешения работы на буферный усилитель 27.

Одновременно блок 23 управления вырабатывает и подает сигналы на раз1423320 рядные ключи 13, 19 и 21 и электронный ключ 11. При этом включаются интеграторы 12, 18 и 20, После этого с задатчика 16 подается сигнал

5 через электронный ключ 17 (исходное состояние ключа замкнутое) на пос-. ледовательно соединенные интеграторы 18 и 20 и с выхода интегратора

20 на блок 24 сравнения. Далее с

iG блока 24 сравнения подается сигнал на буферный усилитель 27, а с. него на регулятор 2 сварочного тока. При этом в сварочной (силовой) цепи 4 начинает протекать сварочный ток, Величину сварочного тока I, в сварочной цепи 4 и напряжение U между электродами 5 измеряют датчиками 7

1 и 8. После включения сварочного то| ка блок 9 умножения входными сигнала-,g

1 ми которого являются сварочный ток

1 с датчика 7 и напряжение U . между электродами 5 с датчика 8, перемножает эти сигналы. Одновременно

1 в блоке 10 деления на основе сигналов с датчика 7 и 8 формируется сиг( нал мгновенного (текущего) значения динамического сопротивления между электродами Е . С выхода блока 9 у .:.-( ножения сигнал о мгновенной мощности (1 сварочного тока подается на инте:-.ратор 12, с выхода блока 10 деления сигнал текущего значения динамическа 1 го сопротивления межцу электродами подается на компаратор 26„а с вто=рого выхода датчика 8 сигнал о теку-" щем значении межэлектродного напря. жения U подастся на один из входов в блок 24,сравнения. С момента включения сварочного тока с задатчика, 16 подается опорное напряжение через электронный ключ 17 на вход интегратора 18 и с его выхода на вход третьего интегратора 20, С выхода третьего интегратора 20 с;лгнал в виЯ де квадратичной зависимости K U.,„.

i(dt подается на второй вход блока 24 сравнения.

Таким образом на Быхоце третьего интегратора 20 формируется квадратич50 но-нарастающее напряжение., задающее закон изменения межэлектродного нап-. ряжения. И так сигнал с выхода интегратора 20 поступает на вход блока

24 сравнения для выделения разности с сигналом, поступающим из датчика

8. Разностный сигнал, представляюший собой отклонение действительного значения межэлектродного напряжения от заданного "-начения, поступает на буферный усилитепь 27, где он формируется и подается на управляемый транзистор 3 регулятора 2 сварочного тока, При этом регулятор 2 сварочного тока уменьшает или увеличивает сварочный ток в цепи так, чтобы меж- электродное напряжение нарастала по квадратичному закону (участок 1 зависимости U> = f(t) на фиг, 2), При достижении текущим значением динамического сопротивления между электродами R в блоке 10 деления установленного заданного эталонного значения динамического сопротивления R-, в пределах от Rz до R из задатчиэ2 ка 25, компаратор 26 подает сигнал на размыкание электронного ключа 17.

После этого интеграторы 19 и 20 запоминают и поддержигают (стабилизируют) до конца сварки (участок 2 зависимости Б .= f(t) на фиг, 2) уровень сигнала, достигнутого с задатчика 16, т.е. далее напряжение между электродами П выдерживает время t.„ (или

t » и t) ) на уровне достигнутом к моменту совпадения -игналов в компараторе 26 с задатчика 25 и с блока ,10 деления,, ".е. к моменту размы- . кания электаонного ключа 17. Так как динамическое сопротивление между электродами R характеризует состояние -оны сварки, то автоматическая стабилизация межэлектродного напряжения Б„ в зависимости от достигнутого значения R позволяет повысить стабильность качества сварных соединений и процент выхода годных изделий. При этом в зависимости от характера возмущающих воздействий в зоне контакта свариваемых деталей (изменение состояния рабочих поверхностей электродов, перекосы электродов, нестабильность работы механизма сжатия и др,.) текущее динамическое сопротивление R> может достигнуть эталонного заданного "= íà÷åíèÿ R, за время t,, т.е. раньше какого-то среднего значения или, наоборот,, з -;ачения R ., позже за время i ., Эталонное заданное значение,цинамического сопротивления R>> в пределах от Р „ да К, определяется для каждого сочетания свар.лваемых материалов на основе экспериментальных данных и это значение вводит"я в задатчик 25. Одновременно после включения сварочного тока с блока !

О деления подается сигнал о текущем

14 332О

8 ия нал на ком:.ара, оре 15 подается с

1 задатчика 14. которым задается велиа- чина энергии, необходимой цля сварки

-Ф сь -*

1 4 . При достижении сигналом с выхода интегратора 12 заданного значеьп я с задатчика 14 компаратор !5 подает я сигнал в бпок 23 управления, который е нодает команду запрета работы на бу1О ферный усилитель 27 и сварочный ток выключается, При этом в зависимости

36 от времени достижения (момента) текущим В э эталонного заданного значеЯр ния R > > межэлектродное напряжение

U будет достигать соответствен o кт- при быстром достижении Е„ эталона

К (К, или R,) значение U,, а при более медленном — значение UÄz . ль- Поэтому при достигнутом значении П, 2Q процесс будет растягиваться во времени 1„, (из-за необходимости выя- деления заданной энергии Уев), а при повышенном значении У соответ— ственно процесс сварки будет более

1 25 коротким — t>,-,, В связи с этим может оказаться, что в зависимости от воэт- мущающих воздействий текущее межэлектродное напряжение U может вы-= ходить за пределы меньше U или ив- 3О больше Бэ.. Поэтому в устройстве т- предусмотрен контроль качества сварых ных соединений путем сравнения в ь- блоке 28 в конце сварки перед выклюся в чением сварочного тока достигнутого клю- значения Б из датчика 8 с эталонным

HH заданным значением u Hs задатчика ание: 29. Результат сравнения из блока 28 е- сравнения поступает в блок 30 индикао- ции „Эталонное значение U» (интера 40 вал от U> до U ) определяется для во- каждого сочетания свариваемых материалов на основе экспериментальных значении динамического сопротивлен между электродами на третий блок 3 сравнения, где этот сигнал сравнив ется с программным изменением значения динамического сопротивления между электродами R „ (кривая 3 на фиг. 2), значение которого подаетс с пятого задатчика 33. В результат этого сравнения в блоке 31 выраба тывается сигнал рассогласования, который поступает на программатор тока. Программатор 36 тока в соответствии с сигналом рассогласовани поступающим из блока 31 сравнения подает импульсы тока в блок 37 эле родинамического механизма сжатия, который производит подрегулировку (уменьшение или увеличение) нача ного статического усилия сжатия Р, сообщаемого от привода. Изменение усилия сжатия производится на прот женин всего процесса сварки. Таким образом (в зависимости от сигнала рассогласования в блоке 31), чтобь текущее динамическое сопротивление между электродами изменялось в соо ветствии с программным изменением

Rg (кривая 3, фиг. 2). Программа

R><. изменения динамического сопрот ления между электродами определяе ся для каждого сочетания свариваем материалов на основе экспериментал ных данных и эта программа вводит задатчик 33. Одновременно после в чения сварочного тока и ключа 11 тегратор 12 производит интегриров сигнала, пропорционального текущ му значению мощности сварочного т ка, о чем поступает сигнал с блок

9 умножения. Интегрирование произ дится в течение времени, равного длительности сварочного импульса, т.е. данных.

С блока 10 деления подается сигнал св св св о

1 св о где Я вЂ” энергия, выделившаяся между электродами

N =U .I " текущее значение мгновен50 сь > cp ной мощности;

RC — постоянная времени время зарядной цепи интегратора, Таким образом, на выходе интегратора 12 формируется сигнал, пропор55 циональный выделенной энергии между электродами, который подается на первый вход компаратора 15. Второй сиго величине динамического сопротивления R „ в конце процесса сварки (после выделения заданной энергии M ) в четвертый блок 32 сравнения, где этот сигнал сравнивается с заданньь., поступающим ст задатчика 34, и результат сравнения подается на блок

35 индикации. При этом в зависимости от цлительностей г.„. » t«, задаваемое значение R„, в задатчике 3 - буцст находиться в пределах значений от до Rg . В связи с этим может оказаться, что в зависимости от возмущающих воздействий значение может выходить за пределы меньше R > с

1 23320

И 6ОЛЬШЕ 8 -Д, ПО Э т ОМу В Пр Ецля ГЯЕмом способе и в устройстве для ега осуществления пред -смотрен,цополниTельный контроль качества сварных (5 соединений В блоке 32 ср;-Iíнения

KOHiJC СВЯРКИ ПОСЛЕ ВЬ<Д<. :ЕНИЯ «аД И-.НОЙ ЭНСР ГНИ ЦОСтигвттTC Га 3НЯЧЕ НИЯ

Й.„„ IB блока 10 деления с эталонным заданным значением « ... Нз задатчика 10

3 4, Р е 3 ул ь т Я т c p H B Ei H H H I 3 t Ji o K B. 3 2 сравнения поступает в блок 35 тинди;а.ци::.;. Эталонные значения R.,,интер-вал ат В.=,„, qc R „z J определяется для кяждаГО сОчетяния сияриваемых материалов на основе экспериментальных данных.

Таким образом, В сНО< обе и ус .:. раистве дОЛОлнительнО к > правлению пО

R.. и контpoJI/О па достигнутому значе J0 нии межэлектроднога напряжения э к моменту его стябили-ацт:и осуществляется регулирование процесса в соответствии с заданной программой динямическагО coIIpo Гивлеиия R E«ieæду электродами. а также контроль процесса по значению заданнага динами=ческога сопротивления в каньте працесся сварки после выделения зядяннаи энергии. Инача. "говоря ос-;шествля-етг я мно гаттавЯМЕТООВОЕ тз<« " гЛИ<ЭОВЯНИЕ

ПРО JP a H МН<т ГОП аР ЯМЕ =.т тй KOH

РОЛЬ,. Чта IIO= ВОЛЯЕТ ПОВЬР- 1тТЬ НЯДЕж " .

HOCTu КОНТРОЛЯ ii РЕI-Ут<ИРОВЯНИЯ т<Р, цесса. Контактной сварки, Одновременно с тон . ка:< энергия для cB "pKH! 1i до стиг яе заданно т о =3 значения задатчикам 1ч и ;o"Iïàpà!Op

15 падает команду на бг ок 23 управлеHHH „ПОСЛЕДНИЙ Дав Т КОМЯЬ.„В У HB B!«IKлючение электронного ключа ".1 и включение разрядных клк тей 13 "9 и

21,. при этом интеграторы 11, !9 и 20

"возвращаются в исходное =остояние„

БЛОК 23 уПРЯВЛЕНИя ВОЗВрат<ЯЕТ ТЯКЖЕ компярятор 25 В исходное coc;ОНН „-,;. который Опя ь замки т электронный ключ < 7 <,исходное <.Ост<зя.,:ис«кл.оча замкнутое),, ТЯким Обр830м. <;ЛОК-:с,ема у„страй.-" ства Возвращена в исходное сocòoIIние и готова к следующему циклу сварки, Таким образом, <пособ и устройст--.

ВО ДЛЯ Ега ОСУЩЕСтт3ЛЕНИЯ ПОЗВОЛЯЮТ

ОСУЩЕСTBIITÜ ЯВТОМЯТИЧЕСКОЕ МНО< тПЯОЯl; < метоово ре гулизование и кантролг-.

ПРОЦСССЯ т<ОНТ9КТНОЙ C BPКИ, 3 та DF;-: Г

ВОЗМОЖНОСТЬ ПОВЫСИ"."Ь, НЯДЕжнаатт кантаохтя и регулиравяния прОцесса. что в сваю очередь позволяет стабиг<изировать процесс сварки и повысить выпуск годных изделий, В результате данных испытания способа, которое проводилось при сварке многожильных медных посеребренных проводов 5 0,12 мм с коваровыми стержнями 9 1 мм вкрест применяли со стороны многожильного провода вольфрамовые, 8, са стороны коваровогo с-,åðæíÿ медные "-лектрады с. рабочей поверхностью 6 2 мм.

Результаты сварки 50 образцов по способу следующие. Все 50 сьаренных и проконтролираванных образцов с индикацией "годныетт показали при испытании на срез полах<ительные результаты Р„, =- 2- т-27 H.

Таким образок, выход годных образцов по предлагаемому cпособу составляет 1007.

Формула и з о б р е тенин

1. Способ автоматическсго контроля и регулирования процесса контактна>! свапки ЛО ЯВ - î св с l 368591

oтлHчаюJJjийсятем„что, с целью повьгшения качества сварного соединения, задают программу изме. вЂ.",ения динамического сопротивления между электродами,. сравнивают ее с; текущим значением динамического соп=ротивле-;:H. между электродами и па сигналу рассогласования корректируют усилие сжатия На электродах до получения заданного программой динамического сопротивления между электродами., при этом контроль качества сварного соединения дополнительно осуществляют путем сравнения достигнутой величины

„цинамического сопротивления между электродами к Заданной его ьеличине к моменту выделения заданной энергии, 2. У=тройство для автоматического кантрог<я и регулирования процесса контактной св".Ðê:i по авт. св .

i!I 1362531,. О т л и ч =- ю ш e e c я тем., что в нега дополнительно Введены последовательна соединенные пятый

=-:àäàтчи<„ третий блок сравнения, праграм атар тока и блок злектродиí=-мического механизма сжатия и последовательно соединеннь!е шестой за- датчик, четвертый блок сравнения и втовай блок инникации- pH этсм вто рой вход третьего блока сравнения

12

11 соединен с вторым выходом блока давления, третий выход которого соединен с вторым входом четвертого блока сравнения.

1423320

Составитель В.Грибова

Техред N.Õoäàíè÷ Корректор И.Муска

Редактор Ю.Середа

Заказ 4473/16

Тираж 922 Подписное

И1И4ПИ Государственного комитета СССР пс делам изобретений и открытий

113(335, Москва„ Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,