Управление технологическими параметрами при однопроходной сварке неплавящимся электродом.

При этом способе сварки обычно в задачу управления процессомсварки, помимо управления циклом сварки, которое реализуется при проектировании источников питания, входит задача управления параметрами дуги (длиной дуги).

Особенность динамических процессов в сварочном контуре с нeплавящимся электродом заключается в отсутствии эффекта са­морегулирования длины дуги, свойственного системам с плавящимся электродом. Кроме того, в контуре с неплавящимся электродом напряжение дуги связано определенной функциональной зависимостью с длиной дуги:

где U_Д — напряжение дуги; a, b, с, d — коэффициенты, учитывающие геометрические и физические особенности дуги; l_д — длина дуги; I_д — ток дуги.

Указанные особенности контура определяют характер отработки технологических возмущений, действующих на его элементы: источник питания, дугу, непосредственный объект регулирования сварочную ванну. При возмущающем воздействии на питают; систему и дугу в системе источник питания—дуга с неплавящимся электродом появляются статические ошибки по току ΔI_д и напряжению дуги Δ U _д(рис. 2.15).

Рис. 2.15. Влияние возмущений по питающей системе и длине дуги на энергетические параметры дуги в сварочном контуре с неплавящимся электродом:

1, 1* — невозмущенная и возмущенная ВАХ питающей системы; 2, 2' — невозмущенная и возмущенная ВАХ дуги A, A*, B, B* — рабочие точки; ΔI_д, ΔI_1, ΔI_2, Δ U _д— ошибки по току и напряжению дуги.

Ошибки по току ΔI_д прямо пропорциональны величине возмущения по длине дуги и обратно пропорциональны динамическому сопротивлению сварочного контура, определяемому углом наклона ВАХ питающей системы (1, 1*) и дуги (2, 2*) в рабочих точках. Ошибку по току можно уменьшить увеличением динамического сопротивления питающей системы. Например, при переходе на ВАХ 1*ошибка по току ΔI₂ меньше аналогичной ошибки ΔI₁ соответствующей ВАХ 1. Сложнее регулировать ошибку по напряжению дуги, особенно, если она вызвана изменением длины дуги:

где k_Д — градиент столба дуги; ΔI_д — возмущение по длине дуга. На практике используют два способа регулирования параметров дуги с неплавящимся электродом при действии возмущений и сварочном контуре: с помощью систем автоматического регули­рования напряжения и длины дуги (систем типа АРНД и АРДД) и с помощью автоматических регуляторов параметров (регулято­ров типа АРП) питающей системы.

Рис. 2.16. Зависимость напряжения дуги от ее длины при дуговой свар­ке в аргоне неплавящимся элект­родом: 1 - I_д = 170 А; 2 - I_д = 140 А

Системы АРНД представляют собой замкнутые САР с воздействием на пространственное положение электрода относительно поверхности изделия. Принцип построения АРНД основан на ис­пользовании функциональной зависимости U₂ =f(l_д) при сварке неплавящимся электродом, характер которой для двух режимов показан на рис. 2.16.

Функциональная схема системы АРНД (рис. 2.17) состоит из сварочного контура I (источник питания—дуга—сварочная ванна) и внешнего регулятора — II. В регулятор входит суммирующий элемент Σ, в котором текущее напряжение дуги U_Д сравнивается сзаданным эталонным U₃. Разность Δ U _д = U₃ - U_Д усиливается в бло­ках УН и УМ по напряжению и мощности соответственно.

Усиленный по мощности сигнал питает исполнительный дви­гатель, который через редуктор обеспечивает вертикальное пере­мещение сварочной горелки до устранения рассогласования меж­ду U_Д и U₃, т.е. до Δ U _д= 0.

 

Рис. 2.17. Функциональная схема системы АРНД при дуговой сварке неплавящимся электродом:

ИП источник питания; СГ — сварочная горелка; Р — редуктор; М — исполнительный двигатель; ОВ — обмотка возбуждения двигателя; ТГ — тахогенератор; УM — усилитель мощности; УН — усилитель напряжения; Σ — суммирующий элемент; RP — балластный реостат; I — сварочный контур; II — внешний регулятор; I_д — ток дуги; U_Д, U₃ — текущее и заданное значения напряжения дуги; Δ U _д = U₃ - U_Д; U_дв, U_oc — напряжение двигателя и обратной связи.

Для лучшего демпфирования системы при обработке различ­ных возмущений по длине дуги в ней используется скоростная ОС, которая реализована на тахогенераторе.

В промышленность внедрены АРНД непрерывного и релейного типа. Точность стабилизации напряжения дуги у систем непре­рывного типа несколько выше, чем у систем релейного типа, и составляет 0,1...0,15 В при напряжении сварочной дуги 8...24 В. Особенность АРНД релейного типа — это реализация выходной части регулятора в виде релейного усилителя, который управляет исполнительным двигателем постоянного тока. Релейный усили­тель часто линеаризуют применением запаздывающей отрицатель­ной ОС по напряжению на якоре исполнительного двигателя. Из­менение коэффициента ОС приводит к изменению скорости от­работки рассогласования. Применение ОС обусловливает скользя­щий режим при отработке рассогласований и, следовательно, ли­неаризует систему. В ряде случаев для линеаризации характерис­тик релейного усилителя применяют вибрационную линеариза­цию с помощью дополнительного сигнала, подаваемого на вход промежуточного усилителя напряжения.

В современной практике АРНД непрерывного типа реализуют с использованием усилителей на современных полупроводнико­вых элементах: транзисторах, тиристорах, интегральных микро­схемах. В схемные решения закладывают возможность применения АРНД с входным сигналом постоянного и переменного тока, ис­пользуя выпрямительные схемы и специальные сумматоры на­пряжения дуги и напряжения уставки.

В некоторых случаях (при сварке на малых токах) нарушается линейная зависимость между напряжением дуги и ее длиной. Для стабилизации напряжения дуги необходимо использовать автома­тические регуляторы длины дуги АРДД. В таких системах необхо­димо получение с помощью специального датчика сигнала, про­порционального длине дугового промежутка.

На практике в качестве датчиков применяют пневматические и фотоэлектрические датчики. В пневматических датчиках (ПД) рабочая среда — аргон, используемый в качестве за­щитного газа при сварке.

На базе универсальных элементов пневматики (УСЭППА) и агрегатной унифицированной пневмосистемы (АСУ) с ПД раз­работаны пневматические и электропневматические системы АРДД (рабочая среда — аргон). Точность работы этих систем — в преде­лах ±(0,2...0,3) мм. К недостаткам таких систем следует отнести их малое быстродействие по сравнению с электрическими систе­мами.

Интенсивность излучения сварочной дуги существенно зави­сит от сварочного тока, поэтому при построении САР длины дуги со спектральным датчиком необходимо предусматривать блок ком­пенсаций изменения сигнала на выходе датчика при изменении сварочного тока.