(54) СПОСОБ СЛЕ Изобретение относитс к сварочному производству , а именно к способам нанравлени сварочной головки по стыку. Известен спосоо слежени по стыку с исполь зованием в качестве датчика положени сварочной дуги, а в качестве информации о положени величину сварочного тока, при котором дуге за дают колебани поперек кромок стыка, а полученную информацию после преобразовани используют дл коррекции положени дуги относительно стыка 1. Недостатком зтого способа вл етс вли ние формы соедин емых поверхностей на точность слежени . Цель изобретени - исключение вли ний формы соедин емых поверхностей на точность слежени . Поставленна цель достигаетс тем, что информацию положени снимают только при приб лижении к крайним точкам колебаний, преобразуют ее в импульсный сигнал с амплитудой, соответствующей величине сварочного тока, и пол рностью, согласованной с близостью дуги к правой или левой кромкам стыка, запоминаЯ ПО СТЫКУ 5«i,r -:Tr:.( iv riX53.;i;..; ;:. ; j ют уровень сигнала на весь период колебаний, сн того в течение импульса, и дополнительно осуществл ют суммирование запоминаемых сигналов и сравнение полученной суммы с заданной величиной, а полученный сигнал рассогласовани используют дл коррекции амплитуды поперечных колебаний. На фиг. 1 показаны кривые сигналов коррекции и тока сварки; на фиг. 2 - кривые сигналов коррекции; на фиг. 3 - механическое устройство и структурна схема реализации предложенного спосс а; на фиг. 4-6 - примеры колебательного движени сварочной головки в разделке; на фиг. 7-11 - схематично аппаратура ; дл управлени движением и колебанием сварочной головки; на фиг. 12-14 - кривые сигналов коррекции; на фиг. 15 и 16 - панели управлени сварочным процессом. На фиг. 1 показана крива изменени сварочного тока при дуговой сварке с короткими замыкани ми с изменени ми тока от 100 до 600 А. На фиг. 1 показана та лее крива , но с раст нутой шкалой времени, на ней видны многочисленные флуктуации f на каждой кри379
вой тока S. Сигнал переменноТо тока, наложенный на основную кривую S. далее усиливаетс , отфильтровываетс , ограничиваетс по амплитуде и обрабатываетс дл использовани в системе коррекции сварочной головки. Этот обработанный сигнал Sj показан на фиг, 1. Небольша часть этого сигнала А-4 в другом масштабе показана на фиг. 2. На фиг. 2 крива показывает синусоидальный путь, который проходит сварочна головка при продольном перемещении и .колебани х поперек стыка между кромками соедин емых поверхностей. Эти кромки определ ют ширину зазора G, который должен быть заполнен или по крайней мере частично за один проход сварочной головки, В идеальном случае сварочна головка должна подходить очень близко к кромкам, но не касатьс их. Если сварочна головка касаетс кромок , то в кромке образуетс углубление, что приводит к браку. Если же головка не подходи близко, то нет контакта, что также приводит к браку.
Способ реализуетс при G 7,6 мм. Размах поперечных колебаний при передвижении головки вдоль главной оси зазора составл ет 2,54 мм При обычной скорости перемещени сварочной головки частота колебаний равна 2-10 Гц (лучший вариант 3-6 Гц). Ток в сварочной дуге возрастает при приближении сварочной головки к кромке соедин емых поверхностей (возрастание тем сильнее, чем ближе головка к кромке) Крива тока 2 (фиг, 2) показывает увеличение в виде отдельного сигнала, имеющего максимальное значение в точках 3 и 4. Это соответствует обычному увеличению тока при крайних положени х сварочной дуги. Между этими максимальными значени ми показана седловина или нулевое значение 5, характеризующее отсутствие существенного измене1ш тока при пересечении сварочной головкой за30pai G. Разница между точками 3 и 4 показана в виде Д I . Она представл ет собой идеализированный сигнал, который трудно выделить в исходном сигнале Si, показанном на фиг. 1. Этот сигнал необходамо выделить прежде, чем его использовать дл управлени наложением сварочной головки. Методы, которыми осуЩествл ютс эти преобразовани , основанные на использовании фильтров, будут рассмотрены ниже. Отфильтрованный сигнал 2 усиливаетс в следующем каскаде дл получени кривой тока 6 (фиг. 2).-В точках 7 и 8, соответствующих точкам 3 и 4 кривой 2 (фиг. 2), формируетс дискрепа1й сигнал с механической выдержкой времени, показанный на кривой 9 (фиг. 2), в котором один корректирующий сигнал соответствует левой кромке 10, а другой соответствует правой кромке 11. Уси ,леиные амплитуды сигналов запоминаютс
до следующего колебательного движени сварочной головки к противоположной кромке (крива 12, фиг. 2). Полученный у противоположной кромки управл ющий сигнал 10 возпастает по величине и запоминаетс (отрезок 13), так как он имел большую амплитуду , чем предыдущий сигнал у этой кромки, то он запоминаетс на весь период колебани сварочной головки к другой кромке. Этот сигнал зависит от величины сигнала в точках 7 и 8 кривой 6 (фиг. 2). Далее производитс сравнение сигналов 13 и 14 дл регулировани перемещени сварочной головки по оси стыка и регулировани ее положени по ширине стыка . Разность сигналов 13 и 14, используема дл регулировани перемещени сварочной голоки по оси сть1ка, показана на фиг. 2 крива 5. Сумма сигналов 13 и 14, используема дл регулировани положени сварочной головки по ширине стыка, показана на фиг. 2 крива 16, она сравниваетс с заданным опорным сигналом соответствующим заданной ширине. Дл установки головки по оси зазора, если разность между максимальными величинами кривых 10 и 17 отрицательна и положительна, примен етс механическое центрирующее или регулирующее устройство дл перемещени головки к оси зазора.
При регулировании по осевой линии при помощи двухпозиционной системы включеновыключено , требуетс эталонна величина. Если сумма двух сигналов 14 и 15 превышает по абсолютной величине эталонную, крива 18 (фиг. 2), выше которой требуетс коррекци , то сигнал управлени центровкой головки вызывает срабатывание выключател сигнала, управл ющего центровкой сварочной головки,
Заэор G (фиг. 3) показан между кромками вместе с отрезком кривой 1. Сварочна головк подключена к источнику питани 19 по линии 20, второй провод линии 21 заземлен на одно из изделий в точке 22. Пункт 23, включенный в линию 21, вл етс датчиком токового сигнала . Этот сигнал пр мо пропорционален току, дуги в линии 21, проходит через фильтр 24, чтобы отфильтровать высшие гармоники (фиг.1) Полученные сигналы 3 и 4 показаны на фиг.2, вместе с низкочастотными составл ющими могут иметь вид, показанный на фиг. 1, причем они могут быть обусловлены различными факторами при горении дуги. Чтобы избавитьс от-., низкочастотных составл ющих, сигнал пропускают через сглаживающий фильтр 25, причем синусоидальные пульсации переменного тока проход т через фильтр 25 без изменений. После фильтра 25 остаетс требуемый сигнал 2 (фиг. 2), который усиливаетс дл получени сигнала 6 (фиг. 2), имеющего минимальные значени 7 и 8. Чтобы св зать сигнал 6 с положением сварочной дуги по ширине зазора, применен коммутатор который вырабатывает временной сигнал, длительность которого ограничена временем , в течение которого сварочна головка находитс вблизи кромки. Коммутатор состоит из двух микровыключателей 26 и 27, вклю ченных параллельно другим элементам схемы, при этом микровыключатели подключены на выход фильтра 25. Дл замыкани и размыкани микровыключателей в требуемые моменты времени используетс вращающийс кулачковы диск 28, приводимый электродвигателем синхронно с механизмом, перемещающим колебательно сварочную головку поперек зазора G, Диск 28 может быть непосредственно сочленен с таким приводом. На диске установлен кулачок 29, который воздействует на толкатели. 30 -. укрепленные на поворотных рачагах 31, уста- новленных так, чтобы попеременно замыкать один или другой микровыключатель в течение каждого полупериода полного колебани сваро ной головки. Другие зажимы микровыключателей 26 и 27 подключены к устройствам запоминани от одной кромки 31 и от другой кромки 32. Второй выход фильтра 25 подключен к другим входам устройств запоминани 31 и 32. На кривой 1 (фиг. 3) показано врем Т и Tj нахождени сварочной головки У одной и у другой кромок. Обычно, это врем составл ет дл каждой кромки 30°-75° (желательно 60°). Таким образом, максимальные значени сигналов 7 и 8 ввод тс в устройство, усиливаютс и запоминаютс в виде сигнала 12 в устройстве 31 и сигнала 17 в устройстве 32. Выходные сигналы из устройств 31 и 32 подаютс в блок сравнени 33 дл определени величины разности тока Д1 . С выхода блока 33 величина Д 1 поступает во второй блок сравнени 34, где сравниваетс с заданной эталонной величиной, получаемой от источника посто нного напр жени 35, и используетс дл управлени электродвигателем, если Л 1 превышает заданную величину. Выходной сигнал с блока сравнени 34 поступает на центрирующее устройство 35, которое производит регулирование положени сварочной головки в требуемом направлении. Таким образом, сварочна головка удерживаетс на осевой линии зазора при ее движении по заданному пути. Чтобы исключить беспор дочные колебани сварочной головки при величине сигнала на выходе устройств 33 и 34 меньше заданной эталонной величины, регулирование положе ни сварочной головки не производитс . Сигналы с выходов устройств 31 и 32 одновременно поступают в устройство, регули-. рующее псложешге головки по ширине ;ia:iopa 36, где они складываютс . Выходной сигнал устройства 36 подаетс в блок сравнени 37, где он сравниваетс с эталонным сигналом, получаемым от потенциометра 38. Эталонный сетнал может мен тьс в засисимости от свариваемых материалов, условий сварки и технологических требований к стыку. В блоке сравнени 37, если сумма превышает эталонную вели чину, устройство дл регулировани , положени головки по щирине зазора 39 начинает работать и делает шов уже. Если же сумма меньше эталонной величины, регулирова ше приводит к расширению шва. На фиг. 4 и 5 показаны два смежных издели 40 и 41, которые изображают внешнюю и внутреннюю стенки зазора G , который должен быть заполнен наваренным металлом. На обеих фигурах в процессе предыдущих операций уже выполнено частичное заполнение зазора. В случае сварки труб считаетс , что выполнены начальный внутренний щов S и первый внешний шов F, остальна часть зазора должна быть заполнена. Этот зазор имеет такую ширину, что дл его хорошего заполнени и св зи сварного шва с обеими стенками необходимы поперечные колебани дуги, причем сварочна головка перемещаетс продольно по оси зазора и при перемещении совершает также колебательные движени поперек зазора. Зазор G показан с имеющим более или менее вертикальные стенки 42 и 43 и внешние скосы 44 и 45 вверху. При способе сварки (фиг. 4), сварочна головка совершает, возвратно-поступательное движение вперед и назад поперек зазора G и одновременно перемещаетс по полеречноц оси зазора. Головка останавливаетс ближе к стенке 43 (пунктирные линии), чем к стенке 42 (сплошные линии). Следовательно, головку нужно сместить влево. Головка совершает угловые колебани относительно оси X (фиг, 5), вследствие чего проволока W приближаетс попеременно под острым углом то к одной стенке , то к другой, только она смещена вправо, а следовательно, при перемещении головки по оси зазора G нужна коррекци влево. В этом случае коррекци может быть i осуществлена пуем изменени пределов колебаний так, чтобы ходила дальше влево и меньше в другом на равлении, при этом углы приближени проолоки к обеим боковым стенкам станут разыми и это может быть причиной брака. ледовательно, центрирование перемещени гоовки важно .в обеих случа х (фиг. 4 и 5), ри которых может понадобитьс корректирова амплитуды колебаний. Важной частью этого процесса вл етс олучение изгибов от дуги, которые ее харакеризуют , и правильность выбора поперечного движени дуги в зазоре. Благодар этому мо1гут быть получены сигналы и ис обходимой коррекции, и она может быть осуществлена раньше, чем дуга уйдет от заданного пути перемещени . Путь сварочной головки пройден за полупериод от среднего положени к одной стенке и обратно в среднее положение (фиг„ 6), Втора половина полного периода аналогична (на фиг, 6 не показана). Если прин ть крайнее положение у стенки за нулевую точку периода колебаний головки, то головка, если она правильно отцентрована, проходит среднюю точку зазора при 270° полного периода и возвращаетс в среднее положение при 90°, при зтом головка также перемещаетс по продольной оси зазора. Путь V зависит от скорости продоль ного движени и частоть поперечных колебаний . В тшшчном случае продольное движение может составл ть примерно 2,55 мм за каждый полный период колебаний при частоте 1-20 Гц. Пусть, в момент А сварочна головка находитс в положении д на кривой Y. Когда головка приближаетс ,близко к боковой стенке, то ток BoapacTiaeT, как показано на кривой 1, от небольшого среднего значени LI (в это врем дуга движетс между боковыми стенками с заданной частотой колебаний до значени Lj. Если дуга доходат до боковой стенки, го ток может достичь значени L3, примерно 500 А и более от среднего значени тока 240-260 А. В типичном случае это возрастание тока составл ет 1-2% от среднего значени , т.е. только несколько ампер. В течение отрезка периода от -30 до +30° дуга находитс вблизи стенки, останавливаетс у нее и возвращаетс обратно. Как показано на кривой тока 1 (фиг. 6), ток дуги во врем этого движени значительно измен етс . В этот отрезок времени крива колебаний V проходи через небольшой пр моугольник R. При помощ описанных способов из кривой колебани полу qaioT дискретный;сигнал или сигналы, причем его длительность ограничена временем нахождени и остановки дуги вблизи боковой стенки. При этом получаютс амплитудные значени сигнала 3 или 4 (фиг. 2). На фиг. 7 показана гидромеханическа система дл колебани головки в зазоре G между свариваемыми детал ми 40 и 41 и дл корректировки как линии осевого перемещени , так и амплитуды колебаний Сварочна проволока по даетс через головку от питающего устройства 46. Головка крепитс щарнирно на оси 47 к подвижной раме 48, котора может быть сдвинута вправо или влево посредством nopimoi :49 в гидравлическом цилиндре 50, смонтирова ном на передвижной каретке, котора перемещает сварочное устройство вдоль его пути перемещени . Жидкость, может подаватьс в цилиндр 50 или отсасыватьс из него посредством соответствующего насоса (на фиг, 7 не показан). Эта жидкость служит дл перемещени порщн 49 вправо или влево. Таким образом регулируетс положение продольной осевой линии головки. Дл задани колебательного движени сварочной головке относительно ее щарниркой опоры 47 шток 51 поршн сочленен с головкой в точке 52, расположенной выше точки 47, и движетс вправо и влево поршнем 53 в гидроциливдре 54. Моюща спиральна пружина 55, наход ща с внутри цилиндра, нормально смещает поршень влево, а поступающа слева гидравлическа жидкость, преодолева усилие пружины, продвигает поршень вправо. Жидкость подаетс в гилиндр 54 по трубе 56 от другого гидроциливдра 57, внутри которого находитс порщень 58, который совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз за счет воздействи вращающейс кулачковой шайбы 59. Толкатель 60, расположенный ниже штока 61, заставл ет поршень подниматьс и проталкивать гидравлическую жидкость внутри цилиндра 54 в течение полуоборота кулачковой шайбы. В течение второго полуоборота пружина 55 вытесн ет поршень 58 ъунз. Кулачкова шайба щарнирно закреплена на вращающейс оси, приводимой электродвигателем 62, установленным на подвижной раме 48. Ст жна винтова муфта 63 между кулачковой шайбой и ее осью позвол ет измен ть угол поворота шайбы относительно несу- , щей ее оси, чем достигаетс регулировка ходов поршней 58 и 53 и требуемое изменение размаха колебаний. На фш. 8 показана более проста система, котора позвол ет регулировать только размах колебани . Электродна проволока, подаваема питающим устройством 64, поступает к дуге через головку. Последн закреплена щарнирно в точке 65 к неподвижной опоре и совершает колебательные движени назад и вперед поперек зазора с помощью зубчатой рейки 66, шарнирно сочлененной с головкой ниже точки креплени шарнира, а также при помощи реверсивного электродвигател 67, св занного с рейкой 66 при помощи шестерни 68. Путем изменени пределов поворота электродвигател можно отрегулировать размах кoлeбa щй сварочной топръкк и осевую линию ее перемещени . .Однако, в отличие от устройства (фиг,7) регулировка осевой линии может быть достигнута за счет ухудшени регулировки углов приближени электродной Проволоки к боко°вь1М стенкам. 9 Сварочна головка совершает колебани вокруг шарнира, расположенного на оси 69, кото ра находитс довольно близко от дуги (.фиг.9 Из-за низкого расположени шарнира углы при ближени электродной проволоки к стенке 70 и основанию 71 можно отрегулировать в широких пределах. Такое устройство может быть ис пользовано при заварке V-образного зазора; Обычно головка устанавливаетс так, что она делит пополам угол между двум свариваемым детал ми. Дл данного случа могут быть использованы механизмы, изображенные на фиг. 7-10. Дл V-образного зазора сварочна головка может покачиватьс в пределах угла зазора, который делитс головкой пополам. На фиг. 10 показана механическа система дл регулировани положени дуги относительно осевой ЛИ1ШИ и углового положени сварочной Головки, а также устройства дл колебани головки и изменени размаха колебашй. Сварочна головка колеблетс внутри зазора G BOKpjo- мгновенного неподвижного центра шарнира по оси 72. Последн имеет зубчатую рей ку на ее верхнем конце дл зацеплени с шестерней 73, смонтированной на реверсивном шаговом злектродвигателе 74, установленном на сравнительно неподвижной главной раме 75. Рычаг 72 расположен так, чтобы исключить пр молинейное движение рамы вправо и влево (смеш.енйе ее вправо или влево приведет к изменению положени головки, относительно осевой линии зазора). Рычаг 76 совершает колебани вправо или влево за счет воздействи кривошипа 77 на колесо 78, которое непрерывно вращаетс в одну и ту же сторону с помошью электродвигател 79. Т га 80 соедин ет рычаг 76 с головкой, причем ее левый конец закреплен с помощью регулируемого шарнира в вертикальном пазу рычага 76. При поднимани или опускании левого конца т ги 80 в этом пазу можно изменить размах колебаний головки . Така регулировка выполн етс с помощью небольшого реверсивного электродвигател 81, шарннрно закрепленного в точке 82 на рьшаге 72, имеющем ось с резьбой 83, котора св зана с гайкой 84, щарнирно закрепленной в отверстии т ги 80. Эти устройства позвол ют просто осуществить регулировку положени головки относительно осевой линии i и размах ее колебаний. В устройстве дл получени дискретных сигналов (фиг. 11 и 3) вместо двух комплекдов рычагов и толкателей, предусмотрена одна кулачкова шайба 85, имеюща два кулачка 86 и 87 дл воздействи на один и тот же
рычаг дважды в течение одного периода. Кулач- 55 посредством описанных средств регулироваки 86 и 87 поднимают рычаг 88 посредством . ни удерживаетс строго на оси зазора, толкател 89, чтобы замкнуть контакты выклю-В визуальное сигнальное устройство дл