SU1328103A1 - Способ регулировани сварочной дуги и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к сварочному производству и может быть использовано в машиностроительной промышленности. Изобретение позвол ем повысить качество сварного соединени  за счет формировани  характеристики регул тора напр жени  дуги в зависимости от жесткости внешней характеристики сварочного источника питани . Дл  этого управление изменением крутизны характеристики регул тора напр жени  дуги производитс  за счет управлени  скоростью подачи электродной проволоки в соответствии с выражением Vno Vno(a/G + G), где Vno - скорость электрода в номинальном установившемс  режиме при отсутствии отклонений; ( (Ua-Uo)/Uo - относительное рассогласование напр жени  дуги Уд с эталонным Uo; G (1кз - 1до)/1до - относительна  жесткость внешней характеристики сварочного источника (Ьо - ток номинального режима; 1кз - ток короткого замыкани ). Устройство дл  регулировани  сварочной дуги содержит сварочный источник питани , источник эталонного напр жени , блок сравнени , электромеханический привод подачи электродной проволоки , блок суммировани , пропорциональный усилитель рассогласовани , делитель напр жени  дуги, интегрируюший усилитель сигнала рассогласовани . Такое выполнение устройства позвол ет повысить качество регулировани  и сварки за счет оптимального согласовани  характеристик регул тора и сварочного источника и повысить интенсивность регулировани  при круто- и пологопа- даюших характеристиках источниках питани . 2 с.п. ф-лы, 4 ил. Ё сл со 00

Description

Изобретение относитс  к сварочному производству и может быть использовано дл  дуговой сварки и наплавки в различных отрасл х машиностроительной промышленности (энергомашиностроение, транспортное, т желое машинострое ние и т.п.).

Целью изобретени   вл етс  повышение качества сварного соединени  за счет формировани  характеристики регул тора напр жени  дуги в зависимости от жесткости внешней характеристики сварочного источника питани .

На фиг. 1 изображена функциональна  блок-схема устройства; на фиг. 2 - статические характеристики; на фиг. 3 - принципиальна  схема устройства; на фиг. 4 - зависимости интенсивности регулировани  от жесткости внешней статической характеристики сварочного источника.

Устройство содержит сварочный источник питани  1, источник 2 эталонного напр жени , блок 3 сравнени , электромеханический привод 4 подачи электродной проволоки , блок 5 суммировани , пропорциональный усилитель 6 рассогласовани , делитель 7 напр жени  дуги, интегрирующий усилитель 8 сигнала рассогласовани .

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

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

На фиг. 4 позицией 13 обозначены зависимости интенсивности регулировани  от жесткости внешней статической характеристики сварочного источника: автомата регулировани  напр жени  дуги (АРПД) (ji jno + jcT -|- JCH), 14 - автомата регулировани  дуги саморегулированием (АРДС) (J2 JCT + JCH), 15 - предлагаемого устройства (J3 J -{- JCT + JCH).

Способ осуществл етс  следующим образом .

Настраивают внешнюю характеристику сварочного источника 1 (фиг. 1) согласно заданному значению напр жени  сварочной дуги и скорость подачи электродной проволоки согласно заданному значению сварочного тока установкой величины Ki в элементе 4. Затем наход т величину крутизны (жесткости) внешней характеристики сварочного источника (измер ют или определ ют по паспортным данным) и устанавливают равным этой величине коэффициент передачи усилител  6. После включени  устройства в работу известными приемами (с короткого замыкани , с холостого хода) зажигают дугу и производ т сварку.

Известно, что скорость плавлени  электрода зависит от тока и напр жени  дуги V, КстЬ - Ксниэ,.(2)

где К - коэффициент саморегулировани 

дуги по току, см-с -а ; Кен - коэффициент саморегулировани 

дуги по напр жению, CMC в ; Уэ - скорость плавлени  электрода,

см-с .

Согласно способу в статическом режиме (при Уэ : Vn):

или

Кст1д - КснУд Vno ( + G)

Уд UoB + CIo,

(3)

(4)

где

.

14-KcHf о vno

рКет

Дл  ТОГО, чтобы реализовать устройство, у которого параметр измен л бы крутизну характеристики и эти характеристики образовывали бы пучок пр мых в выбранной рабочей точке (режима сварки) сделаем при- ближенную замену переменной G на переменную К2 со следующими допущени ми (уточнени ми):

Vno -Д- KaVno - дл  зависимой состав- л ющей скорости подачи электрода;

Vno G (2-K2)Vno-дл  независимой составл ющей скор ости (что имеет место в диапазоне О 0,8...1,2). В результате замены получаем

Vn Ki(U, +Uo),(За)

где и, К2(4-ид - Uo); К, а также 35UA B|Uo 4- С:1д,

&V™

4-:-1 «(1-1); KiK2+KcH К:Ка

Г KtT о Кет

К,Кг-ЬКс„ К,

Величина Ci - это крутизна вольт- амперной характеристики (ВАХ) регул тора. В относительных единицах приведенна  крутизна регул тора равна

.1f- 1до

- идо

Уравнение (4а) при различных значени х К2 описывает пучок пр мых 10 (фиг. 2) (при К2 О - статическа  , характеристика АРДС, при К2 1 - характеристика АРНД). При этом, как видно из уравнени  (За), реализовать устройство по

предлагаемому способу управлени  можно, использу  деление сигнала напр жени  дуги делителем 7 и усилитель сигнала рассогласовани  с коэффициентом передачи

К2 4r: независимый сигнал (Jo при этом не требует преобразований.

Координаты центра пучка определ ютс  величиной U() и Ki.

от I . IKl+2Kcii , ,

, 1л Ьо

Кет

к,

Uo.

Кс

Дл  согласовани  устройства со сваных параметров процесса 1ло и и.ш. тем по величине U,w устанавливают дви резистора Ri в соответствующее пол ние и перевод т движок резистора Rj с в положение, соответствующее крут внешней характеристики сварочного ис ника. После указанной настройки ве.пи тока дуги и напр жени  дуги оказыв с  фиксированными (центр пучка), а на

рочным источником нужно, чтобы центр пуч- tn характеристики 10 (фиг. 2) регул тор

1/-Vо ..

ка пр мых 10 находилс  на внешней характеристике источника, т.е.,чтобы рабоча  точка А статического состо ни  в процессе регулировани  совпадала с центром пучка.

Внешние характеристики источника в общем случае представл ют собой также пучок пр мых 9 (если характеристики криволинейны , то вблизи точки статического равновеси  их можно заменить приближенными линеаризованными пр мыми).

Устройство (фиг. 3) в случае, когда переключатель S поставлен в положение П, реализует функциональную схему без интегрирующего усилител  8 сигнала рассогласовани . Источник 1 посто нного тока обеспечивает дуге обратную пол рность; источник 2, условно показанный резистором RI, обеспечивает установку величины Uo; в блоке 3 сравнени  выдел етс  рассогласование между половиной напр жени  дуги, получаемой с делител  7 (сопротивлени  R2, Rs) и напр жением UQ. Усилитель 6 на операционном усилителе OY2 обеспечивает усиление рассогласовани  в зависимости от установки движка резистора R . Напр жение с выхода усилител  суммируетс  в сумматоре 5, а практически - на резисторе Rs,  вл ющемс  задатчиком скорости электропривода 4. Электропривод 4 имеет электродвигатель посто нного тока и усилитель, так что резистором Rs задаетс  коэффициент KI от нул  до максимального

жет подстраиватьс  либо по имеющейс  личине крутизны сварочного источника бо по качественным показател м проц сварки (характеристики форм1 ровани  лика наплавленного метал.та, разбрызг

15 ние и т.д.).

Устройство при положении П пере чател  S соответствует пропорциональн статическому регул тору напр жени  д статические ощибки которого устран  фиксированной настройкой характерис

20 источника 1 (сварочный источник в случае также должен иметь устройство ф сации настройки, преп тствующей изм нию ее при К.2 0).

В случае установки переключател 

25 положении U в усилитель 6 замен  интегратором на операционном усили ОУз с цепью RBCI, определ ющей вел ну посто нной времени интегрировани  превращает регул тор в астетический.

При этом статическа  вольтамперна 

30 рактеристика устройства I1 (фиг. 2) о печивает нулевые статические ошибки, а рактеристика пропорционального регули ни  9 переходит в ранг динамической и хран ет свое вли ние на сварочный про как и в первом случае, если посто 

35 времени интегрировани  существенно б ще времени кратковременных возмущ процесса (броски тока и колебани  пр жени  при капельном переносе, бл дании дуги и т.п.). Астетическое рег рование в последнем случае допускает

К Уншох

-

(5)

Кроме того, устройство имеет блокировку движков резисторов Ri, R4 и Rs, например механическую, как показано в верхней части фиг. 3, позвол ющую производить подстройку RI (напр жение дуги) и Rs (ток дуги), только при нулевом положении резистора R4.

Работа устройства при осуществлении способа заключаетс  в следующем.

Движок резистора R4 устанавливают в нулевое положение. При этом устройство  вл етс  регул тором АРДС, величина независимой подачи и ток дуги в котором определ ютс  величиной К,, положением движка резистора Rs, а положение движка Ri

5 И органами настройки сварочного

источника.

Опробование предлагаемого способа провели с использованием устройства (фиг. 3), д5 где в качестве электромеханического привода использовали тиристорный электропривод ЭТ1Е1 с электродвигателем СЛ-661.

В качестве источника 1 питани  использовали ВКСМ-1000 с балластным реостатом; на входе сетевого питани  ВКСМ-1000 50 включали трехфазный регул тор напр жени  RHTT-300-600.

Сваривали пластины из стали 20Г толщиной 4 мм встык без разделки кромок на флюсовой подушке под флюсом. Диаметр электродной проволоки 3 мм, ток 500не вызывает никакого воздействи . В этом 55 525 А, напр жение 30-32 В, скорость сварки 30 м/ч. Механические свойства металла щва при сварке по способу и при независимой скорости подачи на одном и том же режиме идентичны. Формирование щва

положений производ т начало сварки, устанавливают ток величиной Ki, напр жение дуги - изменением внешней характеристики сварочного источника 1 до получени  заданных параметров процесса 1ло и и.ш. Затем по величине U,w устанавливают движок резистора Ri в соответствующее положение и перевод т движок резистора Rj с нул  в положение, соответствующее крутизне внешней характеристики сварочного источника . После указанной настройки ве.пичины тока дуги и напр жени  дуги оказываютс  фиксированными (центр пучка), а наклон

характеристики 10 (фиг. 2) регул тор

характеристики 10 (фиг. 2) регул тор

..

1 может подстраиватьс  либо по имеющейс  величине крутизны сварочного источника, либо по качественным показател м процесса сварки (характеристики форм1 ровани  валика наплавленного метал.та, разбрызгивание и т.д.).

Устройство при положении П переключател  S соответствует пропорциональному статическому регул тору напр жени  дуги, статические ощибки которого устран ютс  фиксированной настройкой характеристики

источника 1 (сварочный источник в этом случае также должен иметь устройство фиксации настройки, преп тствующей изменению ее при К.2 0).

В случае установки переключател  S в

положении U в усилитель 6 замен етс  интегратором на операционном усилителе ОУз с цепью RBCI, определ ющей величину посто нной времени интегрировани , что превращает регул тор в астетический.

При этом статическа  вольтамперна  характеристика устройства I1 (фиг. 2) обеспечивает нулевые статические ошибки, а характеристика пропорционального регулировани  9 переходит в ранг динамической и сохран ет свое вли ние на сварочный процесс, как и в первом случае, если посто нна 

времени интегрировани  существенно боль- ще времени кратковременных возмущений процесса (броски тока и колебани  .напр жени  при капельном переносе, блуждании дуги и т.п.). Астетическое регулирование в последнем случае допускает управление блокировок между движками R,,

R. , R

5 И органами настройки сварочного

источника.

Опробование предлагаемого способа провели с использованием устройства (фиг. 3), где в качестве электромеханического привода использовали тиристорный электропривод ЭТ1Е1 с электродвигателем СЛ-661.

В качестве источника 1 питани  использовали ВКСМ-1000 с балластным реостатом; на входе сетевого питани  ВКСМ-1000 включали трехфазный регул тор напр жени  RHTT-300-600.

Сваривали пластины из стали 20Г толщиной 4 мм встык без разделки кромок на флюсовой подушке под флюсом. Диаетр электродной проволоки 3 мм, ток 50025 А, напр жение 30-32 В, скорость свар525 А, напр жение 30-32 В, скорость сварки 30 м/ч. Механические свойства металла щва при сварке по способу и при независимой скорости подачи на одном и том же режиме идентичны. Формирование щва

при способе улучшаетс  (снижаетс  высота усилени , снижаетс  веро тность подрезов , зашлаковок, повышаетс  плавность перехода от наплавленного к основному металлу ) .

Таким образом, способ и устройство обеспечивают согласование характеристик источника и регул тора и сохранение этого согласовани  при значительных изменени х крутизны внешних характеристик источника . Кроме того, в широком диапазоне изменени  характеристик источника обеспечиваетс  высока  интенсивность регулировани  н-апр жени  (длины) дуги.

Оптимальным согласованием характеристик , если они представлены в безразмерных , относительных единицах,  вл етс  случай , когда они взаимно перпендикул рны, что обеспечивает меньший уход рабочей точки от положени  равновеси  и наиболее широкий диапазон настройки регул тора и источника по напр жению и току.

Действительно, дл  двух согласованных характеристик (Кг -(j), например 9 и 10, угол их пересечени  равен

7  - (ф + Р) л- (arcctg G +

, „ 2KfT 1до1до.- л

iC iruo

Введем пон тие об относительной интенсивности регулировани 

ДУп + АУэ f.

где ДУ„, ДУэ

4,0

(6)

отклонение скорости подачи электрода, вызванное принудительно системой регулировани  и приращение скорости плавлени  конца электрода , вызванные изменением длины дуги Ь. на величину

ди

Принима  дл  качественного анализа быстродействие принудительного регулировани  и саморегулировани  одинаковыми, получим из вольтамперных характеристик источника, дуги и регул тора

J jn + J + .

,т/-

где,1 А2 -g-; j А, G; jcH Ai -соответственно составл ющие интенсивности регулировани  (принудительного, саморегулировани  по току, саморегулировани  по напр жению), где UaK - анодно-ка- тодное падение напр жени  в дуге.

На фиг. 4 показана зависимость интенсивности регулировани  от жесткости внешней характеристики сварочного источника. Дл  сравнени  на графике показана зависимость интенсивности регулировани  системы саморегулировани  АРДС, представл юш ,а  -сумму JCT + jc. Эта система не может использоватьс  при падаюш,их и крутопадающих внешних характеристиках источника в св зи с резким снижением саморегулировани  и удалени  характеристик от оптимального согласовани .

Система АРНД имеет . составл юплую JII, не завис пхую от жесткости источника и равную А|, а в целом обща  интенсивность регулировани  резко возрастает

за счет саморегулировани  по току. Однако , при удалении от так называемых крутопадающих ВАХ источника эта система становитс  неэффективной из-за больших статических ошибок ввиду далеко не оптимального согласовани  характеристик.

Технический эффект изобретени  состоит в повышении качества регулировани  и сварки за счет оптимального согласовани  характеристик регул тора и сварочного источника и повышени  интенсивности регулировани  при крутопадающих и полого- падающих характеристиках источника.

Claims (2)

1. Способ регулировани  сварочной дуги , преимущественно при сварке плав щимс  электродом, при котором осуществл ют настройку и фиксацию внешней статической вольтамперной характеристики сварочного источника питани , сравнивают на- пр жение дуги с эталонным и осуществл - ют управление скоростью подачи электродной проволоки пропорционально результату сравнени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества сварного соединени  за счет формировани  характеристики регул тора напр жени  дуги в зависимости от жесткости внешней характеристики сварочного источника питани , скорость подачи электродной проволоки определ ют по формуле

V

„ Vno (-| + о).

оптимальна  скорость подачи электродной проволоки;

5

а

ЦУ-ЦО 1/о

0

-относительное рассогласование напр жени  дуги с этат улонным Uo;

G °- относительна  жесткость внещ- вольтамперной характеристики сварочного источника (1кз - ток короткого замыкани ; 1до - номинальный ток режима).

2. Устройство дл  регулировани  сварочной дуги, содержащее источник эталонного напр жени , подключенный к блоку е сравнени , электромеханический привод подачи электрода, а также сварочный источник питани , отличающеес  тем, что в него дополнительно введены делитель напр жени  дуги и последовательно соединенные усилитель рассогласовани  и блок суммировани , другой вход которого подключен к источнику эталонного напр жени , а к выходу блока суммировани  подключен

электромеханический привод подачи электрода , а делитель напр жени  дуги подключен к второму входу блока сравнени , выход которого соединен с входом усилител  рассогласовани .

11

&

1

HanpsoKSHuei

Гак

Фиг.з

15- Зойблйенов устройство Ji ljn Jcm-tjcHj

i } $$$f$$i

ЗА,

. J3-APMU,jm jon-jt