РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ по дисциплине «Основы автоматизации производства» для обучающихся профессии 15.01.05 Сварщик (электросварочные и газосварочные работы)
Пояснительная записка
Сварку используют в различных отраслях машиностроения, в строительстве, на транспорте, в энергетике, разрабатываются новые и совершенствуются старые методы сварки. В условиях производства без широкого применения автоматики, теории и техники автоматического регулирования невозможно получение сварных соединений высокого качества. Особое значение автоматизация имеет в атомной, авиаракетной, энергетической, судостроительной промышленности, в производстве химической аппаратуры, где необходимо получать сварные соединения высокого качества.
Сварка прогрессивный метод создания неразъемных соединений металлов, сплавов и различных материалов. Современное сварочное оборудование имеет высокую производительность. Уровень механизации сварочных работ оценивают при наличии экономии затрат труда во время изготовления сварных конструкций.
Большие перспективы в развитии сварочного производства открывает автоматизация процесса сварки. В решении задачи автоматизации необходим комплексный подход к проблеме. Это означает, что подлинный прогресс сварочного производства возможен только в том случае, если при использовании автоматики будет решен весь комплекс задач по автоматизации основных, заготовительных, транспортных, сварочных и отделочных операций.
Автоматика увеличивает производительность труда, повышает эффективность технологических процессов, улучшает качество продукции, повышает точность, сокращает численность обслуживающего персонала. Труд рабочего в условиях механизированного и автоматизированного производства более содержательный и творческий.
Автоматизация процесса сварки означает полный перевод сварочного оборудования на автоматический режим работы, внедрение в производство устройств, действующих частично или полностью без участия человека.
При механизированном процессе независимо от степени его механизации рабочий частично или полностью освобождается лишь от выполнения мускульных усилий, но полностью остается его участие в процессе из-за сохранения за ним функций контроля и управления.
Автоматизация высшая форма механизации. Она характеризуется освобождением человека частично или полностью также и от оперативного управления механизмами, и от постоянного его участия в процессе.
Содержание
13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc453068984" 14Пояснительная записка 13 PAGEREF _Toc453068984 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc453068985" 14Тема 1. Основы теории автоматического регулирования и управления сварочными процессами 13 PAGEREF _Toc453068985 \h 1471515
13 LINK \l "_Toc453068986" 141.1. Общая характеристика объекта регулирования и управления 13 PAGEREF _Toc453068986 \h 1471515
13 LINK \l "_Toc453068987" 141.2. Системы автоматики 13 PAGEREF _Toc453068987 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc453068988" 141.3. Автоматическое регулирование 13 PAGEREF _Toc453068988 \h 1491515
13 LINK \l "_Toc453068989" 141.4. Регулирование по отклонению и по возмущению регулируемой величины 13 PAGEREF _Toc453068989 \h 14111515
13 LINK \l "_Toc453068990" 141.5. Прямое и непрямое регулирование 13 PAGEREF _Toc453068990 \h 14121515
13 LINK \l "_Toc453068991" 14Тема 2. Анализ условий автоматизации 13 PAGEREF _Toc453068991 \h 14131515
13 LINK \l "_Toc453068992" 142.1. Автоматизация сварочных процессов как часть комплексной механизации и автоматизации сварочного производства 13 PAGEREF _Toc453068992 \h 14131515
13 LINK \l "_Toc453068993" 142.2. Анализ возмущающих воздействий при сварке 13 PAGEREF _Toc453068993 \h 14141515
13 LINK \l "_Toc453068994" 142.3. Характеристики объектов регулирования при различных способах сварки 13 PAGEREF _Toc453068994 \h 14161515
13 LINK \l "_Toc453068995" 14Тема 3. Разомкнутые системы автоматического управления 13 PAGEREF _Toc453068995 \h 14221515
13 LINK \l "_Toc453068996" 143.1. Системы управления сварочными источниками питания дуги 13 PAGEREF _Toc453068996 \h 14221515
13 LINK \l "_Toc453068997" 143.2. Системы управления параметрами процесса при контактной сварке 13 PAGEREF _Toc453068997 \h 14261515
13 LINK \l "_Toc453068998" 14Тема 4. Системы автоматической стабилизации сварочных процессов 13 PAGEREF _Toc453068998 \h 14271515
13 LINK \l "_Toc453068999" 144.1. Системы автоматического регулирования энергетических параметров дуги при сварке плавящимся электродом 13 PAGEREF _Toc453068999 \h 14271515
13 LINK \l "_Toc453069000" 144.2. Системы автоматического регулирования параметров дуги при сварке неплавящимся электродом 13 PAGEREF _Toc453069000 \h 14291515
13 LINK \l "_Toc453069001" 144.3. Системы автоматического регулирования контактной сварки 13 PAGEREF _Toc453069001 \h 14301515
13 LINK \l "_Toc453069002" 14Тема 5. Системы программного управления 13 PAGEREF _Toc453069002 \h 14311515
13 LINK \l "_Toc453069003" 145.1. Системы программного управления при дуговой сварке неплавящимся электродом 13 PAGEREF _Toc453069003 \h 14321515
13 LINK \l "_Toc453069004" 145.2. Системы программного управления при дуговой сварке плавящимся электродом 13 PAGEREF _Toc453069004 \h 14331515
13 LINK \l "_Toc453069005" 145.3. Программное управление процессами контактной сварки 13 PAGEREF _Toc453069005 \h 14341515
13 LINK \l "_Toc453069006" 14Тема 6 Системы пространственной ориентации рабочего органа при сварке и резке 13 PAGEREF _Toc453069006 \h 14361515
13 LINK \l "_Toc453069007" 146.1. Системы ориентации электрода по стыку при аргонодуговой сварке криволинейных поверхностей 13 PAGEREF _Toc453069007 \h 14361515
13 LINK \l "_Toc453069008" 146.2. Системы ориентации рабочего органа при сварке криволинейного плоского стыка 13 PAGEREF _Toc453069008 \h 14381515
13 LINK \l "_Toc453069009" 14Тема 7. Кибернетические системы управления 13 PAGEREF _Toc453069009 \h 14411515
13 LINK \l "_Toc453069010" 147.1. Самонастраивающиеся и экстремальные системы 13 PAGEREF _Toc453069010 \h 14411515
13 LINK \l "_Toc453069011" 147.2. Промышленные роботы в сварке 13 PAGEREF _Toc453069011 \h 14411515
13 LINK \l "_Toc453069012" 14ЛИТЕРАТУРА 13 PAGEREF _Toc453069012 \h 14451515
15
Контрольный лист
Наименование темы
Дата защиты
Подпись преподавателя
1.1. Общая характеристика объекта регулирования и управления
1.2. Системы автоматики
1.3. Автоматическое регулирование
1.4. Регулирование по отклонению и по возмущению регулируемой величины
1.5. Прямое и непрямое регулирование
2.1. Автоматизация сварочных процессов как часть комплексной механизации и автоматизации сварочного производства
2.2. Анализ возмущающих воздействий при сварке
2.3. Характеристики объектов регулирования при различных способах сварки
3.1. Системы управления сварочными источниками питания дуги
3.2. Системы управления параметрами процесса при контактной сварке
4.1. Системы автоматического регулирования энергетических параметров дуги при сварке плавящимся электродом
4.2. Системы автоматического регулирования параметров дуги при сварке неплавящимся электродом
4.3. Системы автоматического регулирования контактной сварки
5.1. Системы программного управления при дуговой сварке неплавящимся электродом
5.2. Системы программного управления при дуговой сварке плавящимся электродом
5.3. Программное управление процессами контактной сварки
6.1. Системы ориентации электрода по стыку при аргонодуговой сварке криволинейных поверхностей
6.2. Системы ориентации рабочего органа при сварке криволинейного плоского стыка
7.1. Самонастраивающиеся и экстремальные системы
7.2. Промышленные роботы в сварке
Тема 1. Основы теории автоматического регулирования и управления сварочными процессами
1.1. Общая характеристика объекта регулирования и управления
Объект управления или регулирования – это устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими или регулирующими воздействиями, которые формируются управляющим устройством или регулятором.
Режим работы, состояние объекта характеризуются совокупностью физических показателей (параметров) и определяются текущими внутренними процессами, на характер которых влияют внешние и внутренние воздействия.
В автоматической системе часть входных воздействий, предоставляющих ей информацию о задачах управления, называются управляющими воздействиями gi(t). Они либо задаются человеком, либо вырабатываются управляющим устройством.
Рис. 1.1.1 Объект управления
Другие воздействия на объект, не связанные с задачами и результатами управления, называются возмущениями fn(t). Из-за существования возмущений возникает необходимость регулирования.
К возмущениям можно отнести и помехи ненужные, вредные составляющие информации, содержащиеся в задающем воздействии и возникающие вследствие субъективных ошибок человека при управлении объектом, либо из-за погрешностей задающего устройства.
Входное (управляющее) воздействие или любые возмущения вызывают изменение всех или части выходных или регулируемых величин Vz(t).
Если объект имеет всего одну управляющую и одну управляемую величину, то его относят к простым или одномерным (односвязным). При наличии нескольких выходных координат объект называют многомерным.
Описать свойства объекта можно различными способами: схемами (функционирования, принципиальной, блок-схемой) с пояснительными текстами, графическими зависимостями и параметрами, логическими зависимостями, экспериментальными характеристиками и математическими уравнениями (дифференциальными или разностными).
В зависимости от вида системы дифференциальных уравнений объекта его называют линейным (если система представлена линейными дифференциальными уравнениями или может быть сведена к ним) или нелинейным.
Существуют два состояния объекта статическое и динамическое. Статическое характеризуется независимостью управляемых величин от внешних воздействий по времени:
x=F1(gi,fn)
В динамическом состоянии соответствующие характеристики объекта рассматривают во времени, при изменениях внешних воздействий
x(t)=F1(gi(t), fn(t))
1.2. Системы автоматики
Системы автоматической блокировки имеют два назначения: защита оборудования от неправильных действий обслуживающего персонала и обеспечение заданной последовательности действия оборудования или включение резервного оборудования при выходе из строя основного. Примером соответственно может служить система обеспечения строгой очередности зажигания игнитронов с помощью схемы управления в источниках сварочного тока машин контактной сварки.
Рис. 1.2.1 Системы автоматического контроля (а), управления (б) и регулирования (в)
Системы автоматического контроля делят на три группы: измерения, сигнализации и регистрации.
1) Системы автоматического измерения контролируют параметры объекта, процесса и выдают результаты в абсолютных значениях во всем диапазоне изменения. Например, при дуговой сварке контролируют ток и напряжение дуги, скорость сварки.
2) Системы автоматической сигнализации применяют в тех случаях, когда требуется определять не конкретный параметр процесса, а лишь получать информацию о том, изменяется ли он в допустимых пределах. О достижении граничного значения такая система оповещает световым или звуковым сигналом.
3) Системы автоматической регистрации контролируемых параметров состоят из соответствующих датчиков и самопишущих приборов или осциллографов, записывающих изменения параметров объекта на каком-либо носителе.
Системы автоматического управления предназначены для автоматического пуска, торможения и реверсирования электродвигателей, для управления приводами и сварочным оборудованием с помощью какого-либо управляющего устройства.
Системы автоматического регулирования – системы, в которых объект регулирования и регулятор связаны замкнутым контуром. По одной из связей контура к регулятору поступает информация о состоянии объекта, о ходе происходящего в нем процесса. Регулятор на основании полученной информации и заданного закона регулирования анализирует состояние объекта и формирует соответствующее регулирующее воздействие РВ, которое посылает по второй линии связи на объект. Так продолжается до тех пор, пока объект не достигнет заданного состояния. Примером может служить система автоматического регулирования напряжения на дуге в сварочном аппарате АДС-1000.
1.3. Автоматическое регулирование
Автоматическое регулирование это автоматическое поддержание заданной регулируемой величины (переменной состояния) объекта путем постоянного контроля его состояния и действующих на него возмущений, а также регулирующего воздействия (при необходимости) на его регулирующий орган.
Система автоматического регулирования замкнутая автоматическая система, основанная на принципе обратной связи управлении объектом с использованием информации о результатах управления.
Система автоматического регулирования противодействует возмущениям, компенсирует, нейтрализует или ослабляет их вырабатываемыми встречными регулирующими воздействиями, обеспечивая заданное на каждый момент времени состояние объекта. Регулирование продолжается до тех пор, пока ошибка не становится меньше порога чувствительности системы.
Рис. 1.3.1 Функциональная схема системы автоматического регулирования
Функциональная схема состоит из устройств, узлов, элементов, каждый из которых исполняет свою функцию в системе и графически изображается прямоугольниками, а также из связей между ними, изображаемых стрелками, указывающими направление прохождения сигналов (информации).
1. Датчик или измерительное устройство (элемент) ИЭ измеряет действительную регулируемую величину х(t) и преобразует ее в сигнал x1(t), удобный для дальнейшего использования (чаще всего в ток или напряжение).
2. Задатчик или задающее устройство ЗУ формирует требуемое на каждый момент времени задающее воздействие g (t) в удобном для сравнения с x1(t) виде, имитирующее заданное значение регулируемой величины х(t).
3. Сравнивающее устройство (элемент) СЭ выявляет и измеряет разность х1(t)-g(t) и дает на выходе сигнал ошибки
·(t), пропорциональный отклонению действительной регулируемой величины
·х(t) от заданного на данный момент значения.
4. Усилитель или усилитель-преобразователь УП усиливает и преобразует сигнал ошибки до у1(t), достаточный для управления исполнительным устройством
5. Исполнительное устройство ИУ под воздействием y1(t) вырабатывает регулирующее воздействие у(t), поступающее на регулирующий орган объекта управления.
6. Корректирующие устройства КУ включают последовательно или параллельно для улучшения качества регулирования объекта с помощью формирующихся в них дополнительных воздействий г(t).
1.4. Регулирование по отклонению и по возмущению регулируемой величины
Все системы регулирования можно разделить на две группы в зависимости от места приложения регулирующего воздействия.
Рис. 1.4.1 Функциональная схема систем автоматического регулирования по отклонению (а), возмущению (б), комбинированная (в).
Оно может быть направлено либо на компенсацию отклонения регулируемой величины, либо на ликвидацию возмущения, которое вызвало это отклонение.
Большая часть систем автоматического регулирования построена по контролю отклонения регулируемой величины от заданной (компенсационный принцип ПолзуноваУатта). В таких системах контролируется регулируемая величина х(t); она сравнивается с заданным для данного момента управляющим воздействием g(t), в результате чего выявляется ошибка
·(t)=х(t)-g(t).
При регулировании по возмущению из всех возможных возмущений, которые могут действовать на систему и вызывать отклонение регулируемой величины, выбирается какое-то одно, основное fi(t), которое в данных условиях работы оказывает решающее влияние на состояние объекта.
В комбинированной системе регулирования контролируются одновременно регулируемая величина и основное возмущение
1.5. Прямое и непрямое регулирование
Системы автоматического регулирования можно классифицировать по способу воздействия чувствительного элемента системы на регулирующий орган.
В системах прямого регулирования чувствительный элемент (датчик) непосредственно воздействует на регулирующий орган, сам поставляя ему необходимую энергию.
В системе непрямого регулирования энергия, необходимая для перемещения регулирующего элемента, поступает от вспомогательного источника. Чувствительный элемент только выявляет отклонения регулируемой величины (рассогласования). Датчик действует уже не на регулирующий орган, а на усилитель или преобразователь, который воздействует на регулирующий орган с необходимой для этого мощностью.
Рис. 1.5.1 Функциональные схемы систем прямого (а) и непрямого (б) регулирования: СЭ – сравнивающий элемент; РО – регулирующий орган; УП – усилитель.
Контрольные вопросы:
Почему необходимость регулирования возникает в связи с тем, что:
Статическое и динамическое состояние объекта регулирования характеризуется:
Системы автоматического контроля классифицируются
Системой автоматического регулирования является такая система.
Особенности системы прямого регулирования:
Отличительные особенности систем прямого и непрямого регулирования
Тема 2. Анализ условий автоматизации
2.1. Автоматизация сварочных процессов как часть комплексной механизации и автоматизации сварочного производства
Комплексную автоматизацию сварки в общем случае можно рассматривать как совокупность решения двух задач: I ориентированного движения рабочего органа (электродов, дуги, луча) по заданной пространственной траектории, обеспечения требуемого цикла сварки и закона управления технологическими параметрами (скоростью сварки, силой тока, напряжением на электродах, скоростью подачи проволоки и т. д.) в функции различных технологических возмущений; II механизации и автоматизации подготовительных сварочных и транспортных операций.
Особенности I-ой задачи: необходимость изучения свойств технологического объекта регулирования каждого способа сварки с целью построения расчетных моделей; определение критериальных физических и геометрических параметров объекта, наиболее полно характеризующих качество сварного соединения, разработка способов измерения критериальных параметров в процессе сварки; исследование на моделях сварочного контура совместно с источником питания; разработка замкнутых систем автоматического регулирования различных критериальных параметров объекта.
Сложность решения задачи I обусловлена необходимостью учета при построении расчетных моделей физических процессов, происходящих в сварочном контуре (электрических, электромагнитных, тепловых, механических, гидродинамических, радиационных). Из-за изменения параметров процесса во времени и физических констант от внешних условий, нелинейности характеристик процесса не всегда удается описать его простыми дифференциальными уравнениями
Конечной целью решения задачи I является построение системы автоматического регулирования или управления параметрами процесса сварки. Эффективность работы этих систем зависит от уровня механизации и автоматизации подготовительных, сборочных и транспортных операций (задача II). Таким образом, решение задачи II полностью связано с решением задачи I. Оно позволяет улучшить качество сборки стыка под сварку, повысить точность позиционирования детали под электродами, а следовательно, снизить уровень возмущений в сварочном контуре.
2.2. Анализ возмущающих воздействий при сварке
Процесс сварки, как и любой другой процесс, протекает в тесной взаимосвязи с окружающей средой. Изменения в окружающей среде вызывают изменения в характере процесса сварки. В автоматике такой процесс называют возмущенным. Возмущения могут привести к отклонению свойств сварного соединения от требуемых, т. е. к появлению недопустимых дефектов в сварном шве.
Различные по физической природе возмущения приложены в разных точках сварочного контура источник дуга изделие, поэтому влияние одних возмущений на процесс сварки может быть ослаблено или относительно легко устранено путем их измерения и компенсации, устранение других связано с определенными трудностями.
Например, влияние возмущений, воздействующих на цепь источниксварочная дуга (колебания напряжения питающей сети, изменение длины дуги и т. д.), сравнительно просто устранить с помощью систем автоматической стабилизации параметров режима сварки: сварочного тока, напряжения на дуге, скорости сварки, скорости подачи плавящегося электрода (присадочной проволоки) и т. д.
Значительно сложнее компенсировать влияние возмущений, приложенных к цепи электроддеталь. Влияние их не ослабляется с помощью систем автоматической стабилизации параметров режима сварки.
С некоторыми допущениями эти возмущения условно можно разделить на две группы: конструктивные и технологические.
Конструктивные возмущения обусловлены конструктивными особенностями сварного соединения. Они возникают при расположении отверстий или приливов в непосредственной близости стыка, изменении толщины свариваемого металла, разностенности детали и т. д. Влияние конструктивных возмущений выражается в изменении условий теплопередачи и перераспределении тепловой мощности сварочной дуги между деталью и окружающей средой.
Технологические возмущения возникают в основном при неточностях в сборке стыка, приводящих к изменению зазора между свариваемыми кромками, формы и размеров разделки кромок, смещению кромок, изменению степени прилегания формирующей подкладки по длине стыка. Кроме того, к этим возмущениям можно отнести эрозию электрода, изменение структурной и химической однородности свариваемого материала, изменение качества защитной среды, наличие технологических прихваток по длине стыка. Технологические возмущения в основном имеют случайный характер. Они чаще всего появляются из-за несовершенства сборочных приспособлений и технологической оснастки.
Конструктивные и технологические возмущения трудно контролировать в процессе сварки. Для измерения их требуются специальные датчики, работающие по различным физическим принципам.
Классификация основных возмущений, действующих в сварочном контуре, приведена на рис. 2.2.1. В ней учтены точка приложения возмущений в сварочном контуре, физическая природа возмущения.
Рис. 2.2.1. Классификация возмущений в сварочном контуре
2.3. Характеристики объектов регулирования при различных способах сварки
Контактная сварка. Физическая природа образования сварного соединения при контактной сварке определяется способом сварки. Различают два основных способа нагрева металла при контактной сварке: сопротивлением (стыковая сварка сопротивлением) и оплавлением (стыковая сварка оплавлением). При сварке сопротивлением ток проходит через плотно сжатые детали в месте будущего сварного соединения. В каждом элементарном объеме металла выделяется теплота, количество которой пропорционально квадрату плотности тока, удельному сопротивлению мегалла и времени протекания тока. При сварке оплавлением детали плотно не сжимаются, а лишь доводятся до соприкосновения. Благодаря большой плотности тока в местах соприкосновения металл быстро нагревается, элементарные контакты между деталями превращаются в жидкие перемычки, которые под действием электродинамических сил или в результате перегрева разрушаются. Необходимый для сварки разогрев деталей можно получить, перемещая их навстречу друг другу так, чтобы процесс возникновения и разрушения элементарных контактов был непрерывным.
При стыковой сварке сопротивлением основной регулируемой переменной, наиболее полно характеризующей качество сварного соединения, является размер литого ядра. Так как непосредственное измерение размеров ядра в процессе сварки затруднительно, возможно измерение косвенных параметров процесса, функционально связанных с изменением размеров ядра. К таким параметрам относятся: температура вблизи зоны сварного соединения, сопротивление между электродами, перемещение электродов при сварке. Основными регулирующими параметрами процесса можно считать силу сварочного тока и его форму, усилие на электродах.
При стыковой сварке оплавлением оценочным параметром качества процесса можно считать частоту разрыва жидких перемычек сварочного контакта. Стабильность частоты разрыва перемычек в зоне контакта является необходимым и достаточным условием устойчивости оплавления. В момент разрыва перемычки в контакте наблюдаются пульсации сварочного тока. Поэтому измеряя пульсации сварочного тока, можно получить информацию о качестве процесса оплавления сварочного контакта. При этом способе не исключается также контроль за качеством протекания оплавления по температуре вблизи зоны контакта, по полному сопротивлению между электродами и по напряжению между электродами,
Основные регулирующие параметры процесса: непрерывное, импульсное или колебательное перемещение подвижной плиты детали, напряжение между электродами, комбинации обоих параметров.
Дуговая сварка. При дуговой сварке для нагрева и плавления металла используют тепловую энергию дуги. Сварочный контур (рис. 2.3.1) при дуговой сварке включает источник питания, дугу, сварочную ванну. Все элементы контура с учетом функциональной связи между ними образуют двухконтурную электрогидродинамическую систему. Воздействие на систему по любому из указанных на схеме возмущений вызывает одновременное изменение параметров во всех элементах контура.
Рис. 2.3.1 Структура сварочного контура: ИП источник питания; Д дуга; СВ сварочная ванна; 13 EMBED Equation.3 1415- возмущения, действующие на элементы контура
Например, изменение в процессе сварки длины дуги вызывает изменение ее динамического сопротивления, силы тока, напряжения в источнике питания и, как следствие, энергетического и силового воздействия дуги на сварочную ванну. Временной характер изменения параметров в системе существенно зависит от статических и динамических свойств источника питания. При некотором сочетании параметров источника питания и дуги контур I может потерять устойчивость, а в контуре II могут появиться незатухающие автоколебания.
Обеспечение условий стабильного горения дуги в электрогидродинамической системе является одним из основных условий протекания процесса сварки в требуемом режиме.
Под стабильным горением дуги понимается возможность ее длительного горения в прерывистом и непрерывном режимах в условиях действующих на нее возмущений.
Свойства сварочной дуги, кроме параметров источника питания, зависят от рода тока, среды, в которой горит дуга, и материала электродов. По роду тока различают дуги постоянного и переменного тока.
В зависимости от материала электродов дуги бывают с плавящимся и неплавящимся электродами. По характеру защитной среды в зоне дуги различают следующие способы дуговой сварки: плавящимся электродом под флюсом; плавящимся электродом в среде защитного газа; плавящимся электродом со специальным покрытием или наполнением; неплавящимся электродом в среде защитного газа.
Существенное влияние на процесс сварки могут оказать следующие возмущения: в контуре I:
а) изменения длины дуги, вызываемые неровностями на поверхности изделия, капельным переносом металла и другими причинами;
б) изменения «вылета» электрода вследствие возможных колебаний расстояния между токоподводящим мундштуком и изделием;
в) изменения напряжения холостого хода (ЭДС) источника питания и сопротивления сварочной цепи, вызываемые колебаниями напряжения сети, нагревом обмоток, нестабильностью контактов и многими другими причинами;
г) изменения момента на валу двигателей подачи электрода и перемещения вдоль стыка сварочного автомата; эти возмущения приводят к изменению скорости подачи электродной проволоки и скорости сварки;
в контуре II:
д) изменения геометрии сборки стыка под сварку, зазора, притупления, угла разделки кромок;
е) структурная и химическая неоднородность свариваемого материала;
ж) изменения толщины свариваемого материала по длине стыка;
з) изменения состояния свариваемой поверхности металла (наличие на поверхности окисных пленок, масла и других вредных покрытий);
и) эрозия и изменения химического состава электрода в процессе сварки;
к) смещения электрода и стыка относительно друг друга.
Перечисленные возмущения, вызывая отклонения от номинала основных параметров режима (тока и напряжения дуги, скорости сварки) и изменяя условия ввода теплоты в зоне стыка, приводят к появлению в шве таких недопустимых дефектов, как непровары, подрезы, наплывы, поры, перехваты и др.
Электронно-лучевая сварка. Особенность характеристик объекта регулирования (сварочной ванны) при электронно-лучевой сварке обусловлена спецификой взаимодействия между лучом и жидким металлом сварочной ванны. В начале процесса сварки мощность луча сосредотачивается в поверхностном слое металла, равном глубине проникновения электронов в металл при данном ускоряющем напряжении. На этой стадии кинетическая энергия электронов при их торможении переходит в тепловую, площадь пятна нагрева близка к площади поперечного сечения луча, воздействующего на свариваемый металл. По прошествии некоторого времени начинается испарение расплавленного металла и в нем образуется углубление в виде конуса, внутрь которого углубляется электронный пучок, частично экранируемый жидким металлом ванны. Струя пара металла, двигаясь вверх, взаимодействует с жидким металлом ванны, вызывая неравномерное его перемещение вверх и образование волн и выступов на стенках ванны. При взаимном перемещении детали и электронного луча в этом случае возникает значительный градиент температур в кратере.
При разработке оборудования для электронно-лучевой сварки, с целью стабилизации гидродинамических процессов в сварочной ванне, необходимо решать задачи стабилизации и управления мощностью пучка электронов в электронных пушках, задачи стабилизации и управления фокусировкой пучка, разрабатывать системы колебаний и модуляции пучка по нужному закону относительно поверхности кратера. Быстродействие систем управления этими параметрами должно быть достаточно высоким, учитывая указанный выше частотный спектр возмущений в объекте.
Контрольные вопросы:
Под I задачей комплексной автоматизации сварки понимают:
Под II задачей комплексной автоматизации сварки понимают:
Приведите классификацию возмущений в сварочном контуре
Перечислить особенности объектов регулирования при контактной сварке
На процесс дуговой сварки существенное влияние оказывают ______________________ возмущения
Тема 3. Разомкнутые системы автоматического управления
3.1. Системы управления сварочными источниками питания дуги
Системы дистанционного управления источником питания.
Дистанционное управление сварочным источником необходимо в тех случаях, когда сварщик удален от источника (например, находится внутри свариваемой конструкции), при изменениях пространственного положения электрода, когда необходимо изменить сварочный ток и т. д.
Устройства для дистанционного управления сварочным источником питания при дуговой сварке можно разделить на две группы:
1) выносные устройства дистанционного регулирования тока, требующие применения специальных кабелей управления;
2) устройства, в которых для передачи сигналов управления используется сварочный кабель.
Устройства первой группы содержат элементы, дублирующие органы управления током самого источника (например, реостат в цепи возбуждения генератора, потенциометр в обмотке управления магнитного усилителя, пусковые кнопки электромеханического привода, контакторы включения источника питания и т. п.).
Устройства второй группы обязательно содержат аппаратуру для получения и расшифровки логических сигналов, необходимых для управления силовой частью источника питания. Их применяют главным образом при сварке в монтажных условиях, так как они обеспечивают хорошую маневренность в управлении и надежность в работе.
Функциональная схема устройства первой группы показана на рис. 3.1.1 Последовательно с обмоткой управления wу дросселя насыщения ДН включен блок транзисторов БТ, выполняющих функции переменного резистора. Для управления транзисторами служит потенциометр Rр, подключенный к их базам и размещенный на держателе горелки. Цепь управления питается от стабилизированного источника ИП.
Рис. 3.1.1 Схема дистанционного управления источником питания дуги при сварке на переменном токе.
Аналогичные устройства дистанционного управления сварочным током могут быть построены при сварке на постоянном токе. Базовым источником питания дуги в этом случае является управляемый выпрямитель.
Примером применения устройств второй группы является автоматизация включения сварочного трансформатора и выключения его в перерывах сварки на переменном токе, что позволяет экономить до 30 % электроэнергии. На рис. 3.1.2 показана схема, с помощью которой при соприкосновении электрода со свариваемой деталью сварочный трансформатор включается, а при размыкании сварочной цепи выключается.
Рис. 3.1.2 Схема дистанционного включения источника питания дуги
При разомкнутой цепи между электродом Э и изделием И обмотка К1 двухобмоточного реле переменного тока К получает питание от понижающего трансформатора Т через размыкающий контакт 2ПМ магнитного пускателя ПМ, вторичную обмотку сварочного трансформатора СТ и дроссель L. Индуктивное сопротивление обмоток СТ и L велико, поэтому реле К не срабатывает. Замыкание электрода Э на детали И закорачивает эти обмотки. Ток, протекающий через обмотку реле К1, возрастает, и оно срабатывает. Замыкающий контакт К1 коммутирует цепь обмотки магнитного пускателя ПМ, он срабатывает и контактом 1ПМ включает сварочный трансформатор СТ. Одновременно размыкается контакт 2ПМ, но реле К не отпускает и удерживает якорь своей обмоткой К2 до тех пор, пока по дросселю L идет сварочный ток. При размыкании цепи между электродом и деталью дроссель L обесточивается, реле К отпускает свой якорь, сварочный трансформатор СТ магнитным пускателем ПМ отключается от сети. При повторном замыкании электрода на деталь описанный процесс коммутации повторяется.
Устройства регулирования и стабилизации тока и напряжения в сварочных трансформаторах и выпрямителях. Для управления током и напряжением в источниках питания применяют магнитные усилители (МУ). На рис. 3.1.3, а приведена принципиальная схема источника питания для сварки на переменном токе с МУ дроссельного типа.
Рис. 3.1.3 Электрическая схема источника переменного тока с магнитным усилителем дроссельного типа
Рабочие обмотки wр1 и wр2 МУ включены в сварочную цепь последовательно с обмоткой трансформатора СТ. Обмотка управления
·у питается от стабилизированного источника выпрямленного тока В, величину которого можно регулировать с помощью реостата R. Для подавления тока четных гармоник в цепь обмотки управления включен дроссель L с большим индуктивным сопротивлением, поэтому переменный ток практически не будет протекать в цепи управления. МУ работает в режиме вынужденного намагничивания. Это дает возможность при идеализированной прямоугольной форме кривой намагничивания сердечника МУ получить прямоугольную форму кривой сварочного тока, что способствует стабильности горения дуги.
МУ дает возможность регулировать сварочный ток Iсв электрическим способом. Это позволяет создать источники питания без перемещающихся механических устройств, таких как подвижные катушки и магнитные шунты, что резко упрощает их конструкцию, повышает эксплуатационную надежность и срок службы.
Автоматическое управление режимами работы источника сварочного тока наиболее часто используют для плавного снижения сварочного тока при заварке кратера и формировании внешних характеристик с помощью обратных связей.
Устройства для снижения напряжения холостого хода сварочных источников питания. При ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов не исключена возможность попадания электросварщика под напряжение источника сварочного тока. При этом тяжесть травмы зависит от напряжения и времени его действия. Опасным считают напряжение 12 В и выше. В режиме холостого хода источника питания напряжение может достигать 100 В и более. Кроме того, в перерывах между сварками выполняются различные вспомогательные операции: смена электрода, очистка электрододержателя, подтягивание кабеля и т. д., во время которых вероятность касания токопроводящих элементов сварочной цепи резко возрастает. Таким образом существует реальная опасность поражения сварщика током в режиме холостого хода источника.
В целях повышения электробезопасности рабочих-сварщиков применяют специальные устройства для снижения напряжения холостого хода источников питания до 12 В. В таких устройствах время действия напряжения холостого хода источника устанавливают минимально необходимым (не более 0,5 с) для стабильности возбуждения дуги.
На рис. 3.1.4 приведена электрическая схема, одновременно обеспечивающая формирование внешних характеристик сварочного трансформатора, стабилизацию режимов его работы, дистанционное управление и снижение напряжения холостого хода. Это возможно благодаря использованию фазного регулирования тиристоров V1 и V2 в первичной обмотке трансформатора СТ в функции сигналов управления, поступающих с регулятора Р и элемента обратной связи ЭОС по току дуги.
При разрыве сварочной цепи сигнал обратной связи с элемента ЭОС не поступает. Тиристоры V1 и V2 частично закрываются. Одновременно элемент ЭСН отключает резистор Zш в первичной цепи сварочного трансформатора. Резистор К остается включенным параллельно тиристорам. Это позволяет увеличить угол включения тиристоров до величины, при которой выходное напряжение трансформатора СТ не превышает 12 В и не представляет опасности для сварщика.
Рис. 3.1.4 Функциональная схема управления сварочным источником переменного тока с пониженным напряжением холостого хода.
3.2. Системы управления параметрами процесса при контактной сварке
Автоматическое регулирование при контактной сварке преследует цель получения наиболее стабильных и качественных сварных соединений.
Контактная сварка характеризуется малым временем протекания процесса. Это ограничивает время регулирования и не позволяет получить хорошие результаты при инерционном управлении сварочным оборудованием. Кроме того, для однофазных машин, питаемых через тиристорный контактор, единственным способом регулирования тока является изменение угла включения тиристоров. При этом время регулирования определяется длительностью полупериода напряжения сети, так как после включения тиристор становится неуправляемым и дальнейшее регулирование процесса возможно только в следующий полупериод. Важна также стабильность параметров режима сварки во всех циклах.
Основные параметры режима сварки: сила тока, усилие сжатия электродов и продолжительность их действия, геометрия рабочей поверхности электродов. Параметры за время цикла сварки одного соединения (точки, стыка) изменяются по заданной программе, зависящей от марки и толщины (сечения) свариваемого металла и других факторов. Требуемая программа изменения параметров режима реализуется с помощью специальной аппаратуры управления контактных машин.
Программа работы аппаратуры обычно заранее задается соответствующими блоками управления.
Контрольные вопросы:
Дистанционные устройства управления сварочным источником необходимы для:
Устройства для дистанционного управления сварочным источником можно разделить на группы:
Применения магнитных усилителей для управления током и напряжением в источниках питания имеют преимущества:
Напряжение холостого хода источников питания необходимо снижать, т.к.
С точки зрения регулирования, процесс электрической контактной сварки имеет следующие особенности:
Тема 4. Системы автоматической стабилизации сварочных процессов
4.1. Системы автоматического регулирования энергетических параметров дуги при сварке плавящимся электродом
Простейшие системы автоматического регулирования энергетических параметров дуги (тока и напряжения) состоят из механизма подачи электродной проволоки МП, дуги Д и питающей системы ИП – системы автоматического регулирования дуги саморегулированием (АРДС).
Рис. 4.1.1 Функциональная схема системы автоматического регулирования дуги саморегулированием
На их основе построены автоматы и полуавтоматы с постоянной скоростью подачи электродной проволоки (трактор ТС-17 и его модификации, АБС и др.). В этих системах механизм подачи электрода МП задающий орган, а постоянная скорость подачи электрода V задающий параметр. С его помощью устанавливается требуемая сила тока Iз в сварочном контуре. В процессе сварки заданная скорость подачи электрода Vп сравнивается со скоростью его плавления Vэ. При достижении равенства Vп =Vэ в сварочном контуре устанавливается определенная сила тока Iд, которая с требуемой точностью поддерживается системой саморегулирования на уровне Iз.
Система АРДС стабилизирует с определенной статической ошибкой сварочный ток при колебании напряжения сети. Опыты показывают, что относительная ошибка по току при дуговой сварке под флюсом при изменении напряжения на дуге от 30 до 50 В в системах АРДС не превышает 10 %.
В схему системы автоматического регулирования напряжения дуги с воздействием на скорость подачи электродной проволоки АРНД в отличие от АРДС дополнительно входит специальное устройство (регулятор), стабилизирующее напряжение дуги путем принудительного изменения скорости подачи электрода.
На базе системы АРНД построены автоматы АДС-1000-2 и др.
Сравнительная оценка систем АРДС и АРНД показала, что автоматы на основе системы АРДС значительно проще, дешевле и надежнее, чем и обусловлено их широкое распространение.
Система автоматического регулирования вылета электрода (АРВ). Подобные системы представляют собой комбинацию системы АРДС и внешнего регулятора длины вылета электрода. Дополнительное введение регулятора позволяет уменьшить статические ошибки по току и напряжению дуги при значительных возмущениях в питающей системе и по длине вылета.
Изменение длины вылета электрода, особенно при больших плотностях тока, может существенно влиять на режим сварки. Исследованиями установлено, что при сварке на форсированных режимах изменение вылета на 1 мм вызывает изменение сварочного тока на 1012 А.
Система автоматического регулирования тока и напряжения дуги с воздействием на питающую систему (АРП) можно разделить их на астатические (с механическим приводом) и статические (с воздействием на питающую систему через электрические параметры).
Системы автоматического регулирования питающей цепи (АРП) применяют для улучшения качества регулирования основной системы АРДС, так как она не отрабатывает возмущений, действующих на питающую систему (возмущения по напряжению сети, изменению сопротивления сварочной цепи из-за нагрева).
4.2. Системы автоматического регулирования параметров дуги при сварке неплавящимся электродом
Особенность динамических процессов в сварочном контуре с неплавящимся электродом заключается в отсутствии эффекта саморегулирования длины дуги, свойственном системам с плавящимся электродом. Кроме того, в контуре с неплавящимся электродом напряжение дуги связано определенной функциональной зависимостью с длиной дуги.
На практике используют два способа регулирования параметров дуги с неплавящимся электродом при действии возмущений в сварочном контуре: с помощью систем автоматического регулирования напряжения и длины дуги (системы типа АРНД) и с помощью автоматических регуляторов параметров питающей системы (регулятор типа АРП).
АРНД представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования с воздействием на пространственное положение электрода относительно поверхности изделия.
4.3. Системы автоматического регулирования контактной сварки
В связи с кратковременностью процесса контактной сварки в одном цикле обеспечить стабилизацию параметров режима и соответственно высокое качество сварных соединений без автоматического регулирования практически невозможно. САР должна в течение короткого времени (сотых долей секунды и менее) измерить регулируемую величину, сравнивая ее с уставкой, и выдать управляющий сигнал, обеспечивающий стабилизацию различных параметров режима сварки. Современные регуляторы состоят из сложных электронных узлов, различных по устройству и выполняемым функциям.
САР процесса контактной сварки в зависимости от параметров регулирования можно разделить на две большие группы: I - САР электрических параметров режима сварки; II САР физических параметров режима сварки.
К группе I относятся регуляторы сварочного тока Icв, мощности Рсв и энергии Wсв, падения напряжения между электродами
·Uэл. К группе II относятся регуляторы температуры t° околоэлектродной зоны и инфракрасного излучения, перемещения электродов
·hэл под действием теплового расширения металла, электрического сопротивления Rдет участка цепи между электродами, частоты пульсации
·fп при стыковой сварке. Возможны системы регулирования двух и более параметров, как электрических, так и физических (комбинированные САР).
Регуляторы перемещения электродов под действием теплового расширения металла. В результате нагрева и расплавления металл в зоне сварки расширяется и раздвигает электроды машины. Исследованиями установлено, что между перемещением электродов и размерами зоны расплавления существует взаимосвязь, которая может быть использована при построении регулятора качества сварки. Расчеты и опыты показывают, что при отсутствии вдавливания электродов (одноосном расширении в вертикальном направлении) и нормальных размерах зоны расплавления приращение толщины деталей
·0 от нагрева может составить 8-10% суммарной толщины свариваемых деталей. Параметр
·0 вызывает перемещение
·S подвижной головки машины, измеряемое с помощью датчика перемещения ДП и преобразованное в пропорциональное напряжение. Таким образом, можно построить САР качества сварки по перемещению электродов сварочной машины
Контрольные вопросы:
Охарактеризуйте системы автоматического регулирования энергетических параметров дуги при сварке плавящимся электродом
Опишите принцип работы САР контактной сварки
Тема 5. Системы программного управления
Системы программного управления сварочными процессами можно разделить на ряд групп по уровню их совершенства. Наиболее просты системы с жесткой программой и без обратных связей.
Они задают и осуществляют определенный последовательный цикл операций процесса и не содержат устройств для контроля результатов управления. Эти программы обеспечивают определенную последовательность операций включения и выключения отдельных узлов автомата. Их широко применяют в крупносерийном и массовом производствах.
На более высоком уровне стоят системы управления, изменяющие несколько параметров процесса по заранее разработанной жесткой программе уставок по этим параметрам. И в этом случае программирование из-за отсутствия информации о результатах управления не позволяет получить качественных сварных соединений при технологических возмущениях.
Наиболее перспективны в условиях действия технологических возмущений системы программного управления с обратными связями по программируемым параметрам. Обратная связь в таких системах реализуется с помощью датчиков, дающих в любой момент времени истинную информацию об изменении каждого параметра процесса. В этих системах обеспечивается режим гибкого программного управления. Они сложнее перечисленных выше систем, но обладают значительно большими возможностями в управлении процессом сварки, особенно в условиях действия случайных технологических возмущений.
5.1. Системы программного управления при дуговой сварке неплавящимся электродом
При разработке программ сварочного цикла важны выбор технологической схемы сварки, а также определение границ участков с одинаковыми параметрами режима. Это следует решать в зависимости от требований: нужно ли получить максимальную производительность, соблюсти определенный термический цикл или обеспечить выполнение процесса при минимальных изменениях режима.
Например, для кольцевого стыка труб из коррозионно-стойкой стали в широком диапазоне диаметров 40400 мм и более, выполняемого автоматически аргонодуговой сваркой за несколько проходов, можно составить типовую программу последовательности сварочных операций,
5.2. Системы программного управления при дуговой сварке плавящимся электродом
Программное управление сварочным циклом при сварке флюсом. Циклограмма работы автомата для сварки под флюсом показана на рис. 5.2.1, а.
Рис. 5.2.1 Циклограмма работы (а) и функциональная схема (б) системы управления циклом работы автомата для сварки под флюсом электродной проволокой
Цикл начинается с операции «Возбуждение дуги». Для надежного возбуждения дуги применяют способ отрыва конца электродной проволоки от свариваемого изделия в момент включения сварочного напряжения на автомате источнике питания. Перед началом сварки конец электродной проволоки подводят к детали до получения с ней электрического контакта. При включении автомата появляется сварочное напряжение между свариваемым изделием и электродной проволокой и запускается двигатель механизма подачи, который начинает отводить конец электродной проволоки от детали, возбуждая дугу. По мере отвода конца электродной проволоки напряжение на дуге возрастает, и когда оно достигает определенной величины, двигатель реверсируется и начинает подавать электродную проволоку в зону дуги. Время этой операции на циклограмме обозначено t1.
После возбуждения дуги начинается операция «Сварка», во время которой в зону дуги подается электродная проволока и перемещается сварочная каретка. Длительность операции, обозначенная на циклограмме t2, зависит от длины шва и скорости сварки. После окончания операции «Сварка» происходит растяжка дуги, осуществляется она путем прекращения подачи электродной проволоки в зону дуги без выключения сварочного напряжения. Под действием напряжения дуга продолжает гореть, и конец электродной проволоки оплавляется, растягивая дугу до тех пор, пока она не оборвется. При обрыве дуги выключается сварочное напряжение. Время операции «Растяжка дуги» обозначено на циклограмме t3
На рис. 5.2.1, б представлена функциональная схема системы управления циклом сварки. При замыкании выключателя S через реле включения контактора РВК включается контактор источника питания КИП, подавая сварочное напряжение на электрод. В это же время с помощью системы управления электроприводом подачи проволоки СУЭП и устройства реверса двигателя УРД запускается двигатель подачи проволоки ДПП. Конец электродной проволоки отводится от детали, дуга возбуждается, и напряжение на ней (Уд начинает увеличиваться. Через схему совпадения И напряжение дуги подается на пороговое устройство ПУ, которое срабатывает при достижении напряжением заранее установленного значения. Сработав, пороговое устройство запускает через систему управления электроприводом каретки СУЭК двигатель перемещения каретки ДПК и с помощью устройства реверса УРД реверсирует ДПП. С этого момента начинается подача электродной проволоки в зону дуги и происходит сварка.
По окончании сварки элемент S выключают, и двигатель ДПП останавливается, прекращая подачу проволоки. Останавливается также и двигатель ДПК, так как пороговое устройство вернулось в исходное состояние из-за снятия сигнала со входа схемы И выключателем S. Контактор КИП продолжает оставаться включенным, потому что РВК снабжено устройством задержки на отпускание УЗО. Происходит растяжка дуги. По истечении времени t3, определяемого УЗО, реле РВК обесточивается, и контактор КИП отключает сварочное напряжение. На этом цикл работы заканчивается.
5.3. Программное управление процессами контактной сварки
В большинстве контактных машин с механизированным приводом применяют программное управление для автоматизации процесса сварки.
Примером машин с программным управлением процессом сварки могут служить серийные точечные машины с пневматическим приводом, снабженные четырехпозиционным тиристорным регулятором времени РЦС-403. В этих машинах при нажатии педальной кнопки автоматически по заданному циклу совершается определенная последовательность операций: сжатие, сварка, проковка, пауза. При нажатой педальной кнопке, после определенной выдержки времени (пауза для перемещения детали или электродов), цикл сварки повторяется в той же последовательности.
На рис. 5.3.1 представлена циклограмма такого процесса. Программируемыми параметрами здесь являются длительность перечисленных операций, закон изменения давления Р и сварочного тока Iсв.
Рис. 5.3.1 Циклограмма процесса точечной контактной сварки
Контрольные вопросы:
Системы программного управления сварочными процессами можно разделить на группы:
Наиболее перспективными в условиях действия технологических возмущений являются __________________________________________________________ системы программного управления сварочными процессами
Программное управление это:
Тема 6 Системы пространственной ориентации рабочего органа при сварке и резке
6.1. Системы ориентации электрода по стыку при аргонодуговой сварке криволинейных поверхностей
В практике сварки часто встречаются криволинейные плоские швы, например, кольцевые швы некруглой формы и продольные стыки на поверхностях вращения с криволинейной образующей в вертикальной плоскости. Для сохранения заданного режима при сварке таких профилей конец электрода должен описывать эквидистантную кривую (штриховая линия) в плоскости профиля, с тем, чтобы в любой точке сварки длина дуги поддерживалась постоянной.
Рис. 6.1.1 Перемещения сварочной горелки при сварке деталей с криволинейной образующей в вертикальной плоскости: а неповоротных; б поворотных.
· угловая скорость поворота изделия;
·i радиус i-й точки контура относительно центра вращения;
·i угол, образованный направлением вектора скорости Vг или V
· и касательной в i-й точке свариваемого профиля.
Сварочная горелка должна поворачиваться в этой плоскости относительно точки сварки для сохранения заданного угла наклона электрода
· к поверхности, на которой сваривается шов. При этом стабилизируются условия подачи присадочной проволоки и защиты сварочной ванны аргоном.
Скорость горизонтального перемещения сварочного инструмента Vг при сварке продольных криволинейных поверхностей или трансверсальная скорость V
· при сварке кольцевых некруговых швов должна изменяться так, чтобы результирующая скорость Vсв, получаемая путем геометрического сложения Vг и Vв или V
· и Vв в любой точке Ai сварки была постоянной и равной заданной по режиму.
Итак, при сварке указанных профилей необходимо выполнить три условия:
lд = const;
·=const; Vсв=const.
Сварочный автомат АГК-1 предназначен для аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом деталей из коррозионно-стойких сталей и жаропрочных сплавов током до 300 А с применением присадочной проволоки.
В основу конструкции автомата положен принцип решения тригонометрических уравнений с помощью следящей системы, одним из элементов которой является синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ) и электронная схема автоматического регулятора длины дуги (АРНД).
Рис. 6.1.2 Функциональная схема автомата АГК-1 с системой слежения за профилем детали
Система автоматического регулирования длины дуги обеспечивает постоянство последней с помощью устройства, реагирующего на изменение напряжения сварочной дуги, которое пропорционально длине дуги.
При отработке разности напряжений системой автоматического регулирования длины дуги принудительно обеспечивается возвратно-поступательное движение электрода с определенной скоростью Vв, зависящей от скорости сварки и кривизны свариваемого профиля.
6.2. Системы ориентации рабочего органа при сварке криволинейного плоского стыка
Для решения данной задачи можно использовать следующие способы:
1. Применение систем цифрового программного управления с записью кривизны стыка или программы позиционного перемещения рабочего органа в цифровом коде.
2. Слежение за криволинейным стыком с помощью программирующей и отрабатывающей следящих систем, работа которых объединена между собой через запоминающее устройство (ЗУ), синхронизированное со скоростью сварки. В качестве задатчика сигнала управления в программирующей следящей системе можно использовать телевизионные, фотоэлектрические или электромагнитные датчики положения стыка, работающие непосредственно по линии стыка с опережением на длине l от рабочего органа (сварочной горелки).
3. Слежение за кривизной стыка с помощью фотоэлектрического датчика, работающего по программной линии, наносимой специальными методами эквидистантно линии стыка.
4. С помощью автоматического устройства, содержащего привод разворота датчика стыка, жестко связанного со сварочной горелкой стержнем длиной l, и привод корректирующего перемещения сварочной горелки, пропорционального кривизне трактрисы линии стыка.
Решение 1-ой задачи предполагает обеспечение программного управления позиционным и контурным движением сварочного рабочего органа с использованием режима обучения при подготовке программы. Этот способ весьма перспективен при многослойной дуговой и электронно-лучевой сварке, при массовом производстве однотипных деталей дуговой и контактной сваркой.
Системы программного управления положением или позиционного программного управления (ППУ) обеспечивают управление последовательными положениями изделия и (или) сварочного рабочего органа. Системы программного управления движением или контурного программного управления (КПУ) обеспечивают одновременное согласованное перемещение детали и (или) сварочного рабочего органа в двух и более координатах с целью изменения его положения относительно детали по любой траектории с заданной скоростью.
Системы КПУ сложнее, чем ППУ, так как в последних траектория и скорость перемещения из любого положения в последующее могут быть произвольными и не влияют на сварочный процесс. В то же время системы КПУ более универсальны и их можно применять также для управления положением, тогда как системы ППУ в общем случае невозможно использовать для управления движением, и применяют их только для управления положением.
Системы ППУ пригодны для автоматизации контактной точечной сварки, приварки выводов микромодулей к платам с печатным монтажом, сварки электрозаклепками, сварки коротких швов в разных пространственных положениях. Системы КПУ предназначены для автоматизации дуговой и электронно-лучевой сварки швов сложной формы, наплавки сложных кромок и поверхностей, а также для резки газовым пламенем, плазмой и т. д. Система цифрового программного управления движением состоит из систем подготовки и отработки программы (последняя система обычно на базе шаговых двигателей).
Наиболее распространенный метод подготовки программы для систем цифрового программного управления движением состоит из следующих операций: расчета на ЭВМ координат последовательных опорных точек траектории движения (по данным чертежа детали и технологии обработки); интерполяции полученных данных на интерполяторе (кодовом преобразователе), который либо входит в схему управления установкой, либо размещен отдельно.
Контрольные вопросы:
Опишите особенности сварки кольцевых швов некруглой формы и продольных стыков на поверхности вращения с криволинейной образующей
При сварке кольцевых швов некруглой формы и продольных стыков на поверхности вращения с криволинейной образующей необходимо выполнять условия
Опишите принцип работы автомата с системой слежения за профилем детали
При разработке системы ориентации рабочего органа при сварке криволинейного плоского стыка можно использовать способы:
Тема 7. Кибернетические системы управления
7.1. Самонастраивающиеся и экстремальные системы
Рассмотренные системы автоматического регулирования рассчитаны на воспроизведение заблаговременно заданного закона управления сварочной машиной. Трудоемкость выбора оптимального закона управления, программы регулирования для каждого типоразмера свариваемых деталей и характеристик оборудования, необходимость перестройки аппаратуры управления с переходом к сварке других деталей создают известные неудобства при использовании простейших одноконтурных систем автоматического регулирования. Возникает необходимость разработки новых САР, способных самостоятельно изменять свою настройку или алгоритм работы с целью оптимизации сварочного процесса, что могут обеспечить только самонастраивающиеся системы автоматического регулирования.
По своему назначению эти системы могут быть с самоизменяющимися уставкой, программой, параметрами, структурой и самообучающимися. Главное отличие систем автоматического поиска (САП) от САР состоит в том, что с помощью САП анализом состояния системы в данный момент времени невозможно определить требуемое направление изменения, приводящего систему в состояние, удовлетворяющее заданным условиям. В этих системах направление движения определяется автоматическим поиском.
Для определения этого направления необходимо контролировать изменения регулирующего воздействия v, если они имеются в системе, или даже специально их вводить и анализировать изменение регулируемой величины
·, являющееся следствием изменения v. Сравнением величин или знаков приращений v и
· можно привести систему в требуемое состояние. При этом зависимость v = f(
·) должна иметь экстремум в точке, соответствующей оптимальному режиму или близкой к нему.
7.2. Промышленные роботы в сварке
Полная автоматизация сварки требует, чтобы сварочный автомат управлял одновременно как режимом, так и пространственным положением инструмента. К автоматам такого типа относится промышленный робот - автоматическое устройство с программным управлением, оборудованное рабочим органомрукой с тремяшестью степенями свободы, обладающее памятью, специальной системой обучения, способное быстро переналаживаться на очередной цикл операций и допускающее объединение с другими роботами в группу, управляемую одной центральной ЭВМ.
Конструктивно промышленный робот является комплексным устройством, в котором в сложной взаимосвязи сочетаются механические, электрические и электронные информационные элементы и устройства. Он состоит из механической части, системы управления и силового оборудования. Назначение механической части обеспечить перемещения рабочего органа с нагрузкой. Механическая часть представляет собой манипулятор, имеющий несколько степеней свободы, прикрепленный на неподвижном основании. Манипулятор состоит из независимо перемещающихся механизмов исполнительных органов, каждый из которых снабжен собственным приводом перемещения рабочего органа, получающим питание от силового блока робота.
Привод по каждой из координат робота обеспечивает силовое воздействие на соответствующий исполнительный механизм, позволяя реализовать заданное перемещение.
Устройство управления имеет несколько функций. Его основные задачи управлять автоматическим действием робота, обеспечивать связь с обслуживаемым оборудованием и программировать при обучении.
В режиме автоматической работы устройство управления выдает командные сигналы на систему приводов робота, извлекая для этого информацию из запоминающего устройства в заданной последовательности и перерабатывая ее. При этом последовательность действий может определяться как внутренними командами блока синхронизации, так и внешними сигналами, поступающими от технологического оборудования.
В режиме обучения сигналы на систему приводов подаются оператором, производящим обучение и управляющим роботом вручную; одновременно информация о положении рабочего органа поступает в запоминающее устройство для записи. Управление ведется, как правило, с выносного пульта, располагаемого возле объекта обработки, что позволяет программировать процесс с меньшими погрешностями.
Перемещения сварочного органа человеком и промышленным роботом различны, так как различны их возможности. Для получения точечного шва одноточечной подвесной машиной сварщик перемещает автоматически работающие клещи вдоль линии шва с некоторой средней скоростью рывками, не выдерживая строго расстояния между свариваемыми точками, прерывая движение при сжатии клещей.
Промышленный робот, выполняя ту же операцию, последовательно перемещает сварочные клещи от точки к точке с заданной постоянной скоростью, останавливая их в заданной позиции до начала сжатия электродов. В данном случае движения робота менее целесообразны. Однако разброс и пропуски сварных точек, допускаемые при сварке вручную, вынуждают предусматривать большее число сварных точек, с тем чтобы была выдержана требуемая прочность сварного соединения. Строгое позиционирование точек промышленным роботом позволяет обойтись меньшим числом сварных точек.
Промышленный робот для автоматизации контактной точечной сварки. Цикл контактной точечной сварки делят на две группы процессов: собственно сварка, выполняемая во время сжатия электродов, и вспомогательные операции, заключающиеся в транспортировке клещей или объекта обработки. Промышленный робот предназначен для автоматизации вспомогательных операций. Можно выделить три случая использования промышленного робота для контактной точечной сварки:
1) загрузка и разгрузка специализированной сварочной машины, рассчитанной на определенный тип изделия; здесь робот устанавливает заготовку в машину, а после сварки вынимает ее и заменяет следующей;
2) обслуживание стационарной сварочной машины, которое состоит в том, что робот подает очередную деталь, располагает ее надлежащим образом, включает машину, перемещает деталь и убирает ее;
3) сварка с помощью автоматически работающих сварочных клещей, укрепленных на конце руки робота.
Контрольные вопросы:
Самонастраивающиеся системы это:
Опишите принцип работы самонастраивающейся системы регулирования процесса стыковой сварки оплавлением
Промышленный робот это
Промышленные роботы при контактной сварке применяются в таких случаях, когда
ЛИТЕРАТУРА
1. Львов Н.С., Гладков Э.А. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. М.: Машиностроение, 1982. 302с.
2. Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования сварочных процессов. М.: Машиностроение, 1973. 127с.
3. Гладков Э.А. Автоматизация сварочных процессов. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1976. 176с.
4. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. – М: Машиностроение, 1978. 350с.
5. Сварка и свариваемые материалы.// Технология и оборудование. Справочное издание /Под. ред. В.М. Ямпольского. В 3-хт. Т 2. М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2001. 574 с.
6. Сварка и свариваемые материалы: Автоматизация. Качество. Безопасность. Справочное издание /Под. ред. В.М. Ямпольского. В 3-хт. Т 3. М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2002. 532 с.
7. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
8. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
9. www.[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
13 PAGE \* MERGEFORMAT 144515
13 PAGE \* MERGEFORMAT 14115
Root Entry