SU1278157A1 - Способ контрол и регулировани процесса контактной шовно-стыковой сварки и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  сварки, в частности контактной сварки, и предназначено дл  непрерьшного контрол  и автоматического регулировани  процесса шовно-стыковой или шовной сварки швов большой прот женности при непрерьшном протекании тока. Целью изобретени   вл етс  повьш1ение качества сварных соединений за счет ста .бильпости тепловложени . Способ заключаетс  в том, что измер ют усредненное значение температуры за электродами на поверхности одной из свариваемых деталей после выравнивани  в них температуры, суммируют полученное значение со значени ми п-производных , измеренных на злектротепловой модели зоны формировани  сварного соединени , полученный результат § используют дл  сравнени  с заданным значением. В устройстве с помощью мо (/ дели зоны формировани  сварного соединени , дифференцирующих звеньев, вход щих в состав узла компенсации запаздывани , формируют сигнал усредненного значени  температуры в зоне контрол . Полученные сигналы п-проbo М изводных и сигнал с нелинейного узла поступают на сумматор узла компенсации запаздывани . По результату сум00 мировани  формируетс  сигнал на узел сравнени , выходной сигнал которого ел управл ет регул тором сварочного тока сварочной машины. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к сварке, в частности к контактной сварке, и предназначено дл  непрерьшного контрол  и автоматического регулировани  процесса шовно-стыковой и шовной сварки швов большой прот женности при непрерьшном протекании тОка, Целью изобретени   вл етс  повышение качества сварных соединений за счет стабильности тепловложеки . На фиг. 1 показана схем способа шовно-стыковой сварки и расположение зоны отпечатка электродов с деталью и зоны контрол ; на фиг. 2 - функцио нальна  схема устройства. На схеме (фиг. 1) обоз наченьв элек троды 1, свариваемые детали 2, на .кладки 3, soria 4 контрол , зона 5 от печатка электродов с деталью и зона формировани  сварного соединени . Сущность способа заключаетс  в следующем, В установившемс  режиме теплосодержарше в зоне 6 формировани  сварного соединени  определ51етс  выражением 3 И1 cp(x,y,z)Tj(x,y,z)dx. , где Q, количество тепла, в зоне 6 формировани  сварного соединени ; ср(х,у, - значе1ше объемной теплоемz ) кости в точках с координатами X, у, Z; T.j(x,y, - значение температур в точz ) к ах с координатами х, 3r,z в зоне б формировани  свар ного соединени ; dx-dy dz- элементарный объем в зоне формировани  сварного соединени , имеющий температу ру T.j,(x,y,z) и удельную теплоемкость cp(x5,y,z):; V - объем зоны 6 формировани  сварногосоединени ; Vj S,,, б - толщина свариваемых деталей 2 с учетом накладок; Sp - площадь зоны 5 отпечатка электродов с деталью. После выхода зоны б формировагш  .сварного соединени  из-под электродов начинаетс  выравнивание температур по толщине свариваемых деталей 2 После выравниварш  температур по высоте теплосодержание в зоне 4 контро л  (если S| SoTh) : QK S. T,(x,y).dxdy, где cp; - среднее значение удель ной теплоемкости в зойе 4 контрол ; Т(х,у) - температура в точках с координатами X, у в зоне контрол  (при S Если S : S , к отп QH -К, cp-S,-S |--JjTjx,y).dx. dy, где К - коэффициент, учитьшающий изменение теплосодержани  в зоне 4 контрол , если ее площадь не равна площади зоны 5 отпечатка электродов с детааью; S - площадь зоны 4 контрол . Обозначим Т(х,у)- dx-dy. где Т ,7 средн   температура поверхности в зоне 4 контрол . QS KSQK. где К - коэффициент, св зывающий теплосодержание в зоне 4 контрол  и теплосодержание в зоне б формировани  сварного соединени . Окончательно имеем Q3 K2-K,-cf .S-s, т к т,,, где К., ,,-ср S-S - коэффициент , св зывающий теплосодержание в зоне 6 формировани  сварного соединени  и среднюю температуру в зоне 4 контрол . Таким образом, после выравнивани  температур по толщине свариваемых деталей 2 усредненное значение температуры в зоне 4 контрол  пропорцион ,ально тепловложению в зону 6 формировани  сварного соединени , обусловленному изменением параметров напр жени  питающей сети, изменением параметров сварочного контура, аналогично значению тепловложе ш  колеблетс  усредненна  температура в зоне. 4 контрол . Оптимальна  ширина soi-ш 4 контрол  А D или вс определ етс  шириной накладок 3 из фольги и смещением фольги при сварке длинньк прот женных швов при шовной сварке - шириной электродов с учетом допусков на осевое биение электродов 1. При ширине зоны 4 контрол  менее ширины зоны отпечатка электродов с деталью уменьшаетс  точность контрол  -теплосодержани  в зоне 6 формировани  сварного соединени , так как контроль осуществл етс  в узкой зоне а также в большей степени вли ют флуктуации тока сварки на границе вы хода электродов 1 со свариваемой деталью 2. При ширине зоны 4 контрол  более ширины зоны отпечатка электродов с деталью снижаетс  точность измерени  усредненного значени  температур . Оптимальна  длина зоны 4 контрол  А В или DC выбираетс  в пределах 50-100% от длины зоны 5 отпечатка электродов с деталью. При длине зоны 4 контрол  менее длины зоны 5 отпечатка электродов с деталью увеличиваютс  колебани  коэффициента пропорциональности между усредненным зн чением температуры и теплосодержанием в зоне 6 формировани  сварного соединени . В св зи с тем, что основной вклад тепла в зоне 6 формировани  сварного соединени  осуществл етс  за осевой линией электродов (Левее осевой линии), то длина зоны 4 контрол  может колебатьс  от 50 до 100% зоны формировани  сварного соединени  . При длине зоны 4 контрол  более Длины зоны 5 отпечатка электродов 1 с деталью увеличиваютс  колебани  ко эффициента пропорциональности между усредненным значением температуры и теплосодержанием в зоне 6 формировани  сварного соединени . Минимальное рассто ние между началом зоны 4 контрол  (в С) и концом зоны 5 отпечатка электродов с де талью (AD) выбираетс  из услови  выравнивани  температур по высоте шва. Если рассто ние выбрано менее минимального , то результат измерени 

усредненного значени  температур зависит от неустановившейс  температуры на поверхности свариваемых деталей , что снижает точность контрол  величины теплосодержани  в зоне 6 формировани  сварного соединени .

Максимальное рассто ние между началом зоны 4 контрол  и концом зоны формировани  сварного соединени  выбираетс  из услови  построени  системы регулировани  усредненной температуры поверхности за электродами 1 с высокими показател ми качества ре|Гулировани  (точность, быстродействие ). В случае, если 1 V-1 то возможно построение системы регулиыражением

и„. |-IJ U(x-y).dx-dy,

к

VCP

уровень выходного сигнала датчика температуры;

- уровень выходного сигнала бесконтактного датчика 11 температуры, обусловленньй температурой в точке с координатами х, у; (х-у) к Т(х,у),

и

дт

где - посто нна  Стефана-Больцмана;

Claims (2)

1. Т(х,у)- температура в точке с координатами х,у; ровани , обеспечивающей компенсацию запаздьшани . Устройство состоит из задатчика 7 температуры, узла 8 сравнени , узла 9 коррекции, сварочной машины 10, бесконтактного датчика 11 температуры , нелинейного узла 12, модели 13 зоны формировани  сварочного соединени , узла 14 компенсации запаздывани , при этом выход задатчика 7 температуры соединен с первым входом узла 8 сравнени , выход которого через узел 9 коррекции соединен с входом сварочной машины 10. Первый выход сварочной машины 10 через модель 13 зоны формировани  сварного соединени , соединен с вторым входом узла 14 компенсации запаздывани , а второй выход - с бесконтактным датчиком 11 температуры, выход которого через нелинейный узел 12 соединен с первым входом узла 14 компенсации запаздывани , выход которого соединен с вторым входом узла 8 сравнени  . Устройство работает следующим об-; разом. При подаче уровн  напр жени  с заатчика 7 температуры через узел 8 сравнени , узел 9 коррекции, сварочую машину 10 начинаетс  нагрев сваиваемых деталей 2 и, соответственно, агрев зоны формировани  сварного содинени . В св зи с тем, что из-за азмеров электродов невозможно измеение температуры бесконтактным датиком 11 без транспортного запаздьшаи , его выходной сигнал по вл етс  запаздыванием. Выходной сигнал бесконтактного атчика 11 температуры при радиационом способе измерени  определ етс  m - показатель степени, завис щий от способа регистрации излучени  (если измер етс  полное излучение m 4,, если частичное m 4). При посто нной температуре всех точек в зоне контрол  (Т(х,у) const) напр жение на выходе датчика 11 температуры определ емс  вы- . р жением ifTX. К Т Таким образом, сигнал на вькоде датчика 1I температуры имеет степенную за1зисимость от температуры () Дл  исключени  степенной зависимости между выходным сигналом бесконтактного датчика 11 температуры и температурой сигнал с бесконтактного датч1и а 11 температуры поступает на нелинейньй узел 12, который выполн ет операцию. u ,r (K/n V, выходной сигнал нелинейного узла 12, Таким обра:зом, выходной сигн;ш нелинейного узла 12 пропорционапен температуре . Этот сигнал с запаздыванием поступает на первый вход узла 14 компенсации запаздывани , на второй вход которого поступает сигнал с модеши 13 зоны формировани  сварного соединени  без запаздывани . Узел 14 компенсации запаздывани  в момент времени, ког .да в св зи с запаздыванием отсутствует сигнал, пропорциональпьй действительной температуре Т, обеспечивает управление процессом сварки по фиктивной температуре Т , получаемой на выходе модели 13 зоны формировани  сварного соединени . В установившемс  режиме на выход узла 13 койпенсации запаздывани  проходит . только сигнал, пропорциональный действительной температуре Т, а cигнaJ:( с выхода модели 13 зоны формировани  сварного соединени  не проходит на выход. Передаточна  функци  узла 14 компенсации запаздывани  определ етс  выражением -:-H,..ii.....) коэффициент пере коэффициент нередачи по входу 2 дачи по входу 1 где t П выход ну 6 ни , запа «Иут Е W Так - запаздьюание; S - оператор Лапласа. редаточна  функци  участка с . а сварочной машины, включа  зоформировани  сварного соединедо выхода узла 14 компенсации здывани  определ етс  выражением W ccs-w, W, . + - 2 сли W W 9 ..) W -w,. Jifcc 3 т как i-t.s передаточна  функци  з«рсс МЗЧС соответственно зоны формировани  сварного соединени  и ее модели, .., то узел 14 компенсации позвол ет компенсировать запаздывание в системе регулировани  путем формировани  сигнала в течение времени запаздывани , равного сумме п-производных со своими весовыми коэффициентами . Если t.. ty, то производные равны нулю, и регулирование с компенсацией заназдыванн  в системе невозможно . Наличие неустранимого запаздывашш в системе регулировани  значительно снижает показатели ка4ecTj a системы регулировани  (точность , быстродействие). Сигнал с выхода узла 14 компенсации запаздьшани   вл етс  сигналом обратной св зи и поступает на второй вход узла 8 сравнени . Разность -сигналов задатчика- 7 температуры и сигнала обратной св зи поступает на узел 9 коррекции, который обеспечивает усиление и необходиьаге показатели качества системы регулировани  температуры поверхности. Таким образом, в системе регулировани  степенна  зависимость бесконтактного датчика 11 температуры устран етс  при помощи нелинейного узла 12, а запаздьшание - при помощи узла 14 компенсации запаздьшани . Пример, Электротехническую сталь 3414 толщиной 0,7 мм и ширино 0,8 мм полосы сваривают шовно-сты ковой сваркой с использованием накл док из стали 0,8 КП толщиной 0,1 мм и шириной 4 мм при стабилизации тем пературы поверхности при помощи бло ка стабилизации. Основные параметры: Ток сварки, кА 13-55 Скорость сварки, м/с 3,3 Усилие электродов, кГс430 Усредненна  температура поверхности, °С Длина отпечатка электродов с деталью , мм7,5 Ширина отпечатка электродов с деталью , мм4 Длина зоны контрол , мм5 Ширина зоны контрол , мм5 Рассто ние между началом зоны контрол  и концом зоны отпечатка электродов с деталью, мм10 Предлагаемые способ и устройство контрол  и регулировани  процесса щовно-стыковой или шовной сварки шв большой прот женности при непрерывном протекании тока обеспечивают не зависимость результатов контрол  от возмущающих факторов (изменени  пар метров процесса сварки, изменени  , геометрии заточки электродов, случай ных изменений электропроводности и теплопроводности контактов электроддеталь , например, при загр знении по ;верхностей электродов). Это обусловливает более высокую точность, и надежность данного способа контрол  и регулировани  процесса шовно-стыково сварки. Применение его позвол ет повысить качество соединени , выполненного шовно-стыковой и шовной свар кой, а также расширить диапазон свариваемых толщин в сторону уменьшени  (показатели качества - предел прочности на раст жение, количество пер гибов - улучшаютс  на 20-30%, а диа пазон толщин расшир етс  до 0,35 мм Формула изобретени  1. Способ контрол  и регулировани  процесса контактной шовно-cTtJKOвой сварки, при котором измер ют тепловые параметры поверхности свариваемых деталей, сравнивают их с заданными и по результатам сравнени  регу-; лируют сварочньй ток, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества сварных соединений, измер ют усредненное значение температуры за электродами на поверхности одной из свариваемых деталей после . выравнивани  в них температуры, суммируют полученное значение со значени ми п-производных, измеренных на электротепловой модели зоны формировани  сварного соединени , полученньй результат используют дл  сравнени  с заданньм значением, при этом врем , необходимое дл  выравнивани  температуры по толщине деталей, определ ют исход  из вьфажени  V где t - врем  выравнивани  температур по толщине свариваемых деталей; К - коэффициент пропорциональности; 2bz - толщина свариваемых деталей ; а - коэффициент температуропроводности .
2. 2. Устройство дл  контрол  и регулировани  процесса контактной шовностыковой сварки, содержащее задатчик температуры, соединенньй с первым входом узла сравнени , сварочную машину в которой установлен датчик температуры , отличающеес  тем, что, с целью повьшени  качества сварного соединени  за счет стабильности тепловложени , оно снабжено узлом коррекции, нелинейным узлом, уз- пом компенсации запаздьшани  и модедью зоны формировани  сварного соединени , при этом выход узла сравнени  соединен через узел коррекции со сварочной машиной, датчик температуры г последовательно соединен с нелинейным узлом, узлом компенсации запаздывани  и вторым входом узла сравнени , причем один из выходов сварочной мапшны соединен с входом модели зоны ормировани  сварного соединени , выход которой соединен с вторым входом узла компенсации запаздывани .