Назад: 6.6.3 САР уровня металлической и шлаковой ванны

6.7 САУ контактной сварки

6.7.1 Принципы построения САУ

В связи с кратковременностью процесса контактной сварки в одном цикле обеспечить высокое качество сварных соединений без автоматического регулирования практически невозможно. Современные регуляторы контактной сварки состоят из сложных электронных узлов, различных по устройству и выполняемым функциям.

САУ процесса контактной сварки в зависимости от параметров регулирования условно делятся на две большие принципиальные группы:

· САУ электрических параметров режима сварки. К этой группе можно отнести регуляторы сварочного тока Iсв, параметра , мощности Р_св и энергии W_св, падения напряжения между электродами DU_эд;

· СAУ физических параметров режима сварки. Это регуляторы температуры околоэлектродной зоны и инфракрасного излучения, перемещения электродов Dh_эл под действием теплового расширения металла, электрического сопротивления R_дет, участка цепи между электродами, частоты пульсации Df_п при стыковой сварке. Возможны системы регулирования двух и более параметров, как электрических, так и физических (комбинированные CAУ).

Каждый регулируемый параметр процесса измеряется своим измерительным устройством. Выходной сигнал измерительного устройства в виде напряжения U_иу подается на один из входов сумматора. На второй вход сумматора подается напряжение уставки U₀ (требуемое значение регулируемого параметра). При действии на сварочную машину технологических возмущений по (напряжению сети), (сопротивлению сварочного контура), (диаметру электрода), (усилию сжатия), (сопротивлению в деталях) в процессе сварки измеренный регулируемый параметр U_иу. отличается от напряжения уставки U₀, по этим параметрам.

Сигнал рассогласования U_y между U_иу и U₀ пропорционален регулирующему воздействию на контактную сварочную машину, с помощью которой устраняется рассогласование между U_иу и U₀ (рис. 6.19). При точечной и шовной контактной сварке сигнал рассогласования U_у представляет собой воздействие на фазорегулятор контактной машины. Фазорегулятор через сварочный контактор обеспечивает регулирование момента включения и выключения сварочного тока и его плавную регулировку.

Рис. 6.19. Обобщенная функциональная схема САУ контактной сварки по отклонению регулируемой величины

При стыковой сварке оплавлением сигнал рассогласования представляет собой воздействие kDf_n на привод стыкосварочной машины. Привод, воздействуя на подвижную плиту стыкосварочной машины, регулирует момент осадки и скорость оплавления свариваемых деталей.

CAУ электрических параметров режима сварки. Регулятор сварочного тока. Сварочный ток, заданный устройством управления, может изменяться в процессе сварки под действием различных возмущений: колебания напряжения питающей сети , изменения сопротивления контура сварочной машины, изменения сопротивления свариваемых деталей . Для стабилизации тока сварки на заданном уровне применяют регуляторы тока сварки РТС. Функциональная схема регулятора РТС дана на рис.6.20.

Рис. 6.20. Стабилизатор сварочного тока РТС-1: а – функциональная схема;

б – временная диаграмма электрических процессов в схеме стабилизатора

В регуляторе в качестве прерывателя тока использован игнитронный прерыватель ПИШ (в современных контактных машинах в качестве прерывателя тока используются тиристорные прерыватели). Напряжение, пропорциональное сварочному току, снимается с трансформатора тока 1 и подается на измерительное устройство 2 типа АСТ-2. С помощью блока настройки 6 это напряжение при любом заданном сварочном токе устанавливается всегда постоянным (рис. 6.20,б); при этом выходной сигнал регулятора U_у на выходе усилителя 3 не изменяет установленный сварочный ток.

В момент протекания сварочного тока длительностью t_св напряжение U_и сравнивается с напряжением уставки по току U₀ задающего устройства 7, а во время паузы - с напряжением корректирующего устройства 4, которое получает команду от узла программирования времени сварки – прерывателя 5. При отсутствии возмущения по току сварки в момент протекания тока U₀ – U_и = 0, в момент паузы U₀ – U_к = 0.

При понижении сварочного тока на фазорегулирующее устройство прерывателя 5 действует положительный сигнал управления U_y = kDU, так как DU = U₀ – U_к > 0, при повышении тока – отрицательный сигнал, так как DU < 0. Это соответственно корректирует угол поджигания силовых ламп контактора (тиристоров) прерывателя 5, тем самым автоматически обеспечивается стабилизация заданного эффективного сварочного тока.

Принципиально возможно построение регуляторов тока по амплитудному значению. Иногда применяют регуляторы по средней силе тока и регуляторы, поддерживающие постоянным произведение силы сварочного тока в n-й степени на время сверки . Также находят применение регуляторы напряжения на электродах. Для этого на вход измерительного устройства подают не ток, а напряжение, снимаемое с электродов сварочной машины.

CAУ физических параметров режима сварки. Регуляторы температуры около электродной зоны и инфракрасного излучения. Размеры сварного соединения определяет температура металла в зоне сварки. Однако измерять температуру расплавленного металла ядра или окружающей его зоны в процессе сварки деталей не представляется возможным. Известно, что температура в контакте электрод – деталь на поверхности детали характеризует температуру и размеры литой зоны сварного соединения.

С целью контроля и регулирования процесса точечной сварки температура в контакте электрод – деталь измеряется одним из электродов, представляющим собой контактную термопару (рис. 6.21,а). Для этого в электрод вводится тонкая, изолированная теплостойкой изоляцией константановая проволока, образующая с ним термопару медь – константан, «спай» которой находится на поверхности детали. В результате нагрева металла в процессе сварки в термопаре появляется напряжение U_тп, которое подается на вход соответствующей аппаратуры. Управляющая аппаратура по достижении заданной температуры на поверхности детали выключает сварочный ток машины. Температуру, при которой необходимо отключить ток, определяют экспериментальным путем, контролируя размеры литого ядра.

Регулирование процесса точечной сварки по температуре в контакте электрод- деталь обеспечивает достаточно стабильные размеры ядра точек при колебаниях I_св, изменении размеров рабочей поверхности электродов и усилия сжатия, а также шунтирования.

Метод контроля и регулирования по температуре имеет существенные недостатки, из-за которых ограничено его практическое использование. Значительное влияние на оценку по температуре размеров зоны расплавления оказывают состояние поверхности свариваемых деталей, размеры электродов и особенно степень их износа и охлаждения. Быстродействие системы регулирования с термопарой низкое вследствие ее большой инерционности. Зависимость U_тп = f(Т) нелинейна из-за влияния проходящего по электродам сварочного тока на напряжение U_тп.

Рис. 6.21. Способы контроля точечной контактной сварки по температуре и инфракрасному излучению зоны ядра

Существуют методы измерения температуры бесконтактным способом с помощью фотоэлектрических пирометров и фоторезисторов. Фоторезисторы воспринимают инфракрасное излучение с поверхности деталей вблизи зоны сварки. Примеры установки фоторезисторов с максимальной чувствительностью в инфракрасной части спектра показаны на рис.6.21,б,в. Фоторезисторы 2, 3 крепятся к электроду кронштейном 1. Фоторезисторы 2, установленные сверху, защищены от инфракрасного излучения и служат для компенсации влияния окружающей температуры. Контроль температуры Т_и на поверхности изделия осуществляют фоторезисторы 3. Однако и бесконтактные методы измерения Т_и имеют свои недостатки, поскольку свечение металла наблюдается к концу процесса сварки, когда ядро уже образовалось, и поэтому можно лишь констатировать его наличие. Активное регулирование процесса идет с запаздыванием. На показание фоторезисторов влияют внешние помехи: засветка от посторонних источников, изменение плотности и прозрачности окружающей среды из-за пыли, паров воды и т.д. Поэтому рассмотренные контактные и бесконтактные методы контроля и регулирования по температуре до настоящего времени редко применяются в производстве.

Далее: 6.7.2 Регуляторы перемещения электродов тепловым расширением металла