Управление процессами и оборудованием при дуговой сварке

Структура сварочного контура и возмущающие воздействия

Современный уровень развития сварочной техники и технологии сварки характеризуется использованием большого разнообразия источников нагрева, их энергетических характеристик и способов теплового воздействия на изделие. При рассмотрении процессов сварки как объектов автоматического управления целесообразно исходить из общей для всех способов сварки последовательности преобразования энергии.

Электрическая энергия, поступающая из промышленной сети, преобразуется в источнике питания в форму, наиболее полно соответствующую каждому конкретному источнику нагрева, который затем преобразует электрическую энергию в термическое воздействие на изделие и присадочный материал.

Таким образом, формирование сварного соединения можно рассматривать как результат функционирования двухконтурной системы источник питания – источник нагрева – сварочная ванна (рисунок. 5.1). Отдельные компоненты этой системы объединены ОС в сложную многосвязную систему. Действие этих связей проявляется в том, что изменения процесса формирования сварного соединения оказывают обратное воздействие на источники нагрева и питания. При дуговой сварке изменение глубины проплавления сопровождается изменением длины дуги, в результате чего изме­няется напряжение дуги и режим работы источника питания.

F_и.п, F_и.н, F_с.в ^— векторы возмущений в источнике питания, источнике нагрева и сварочной ванне соответственно

Рисунок 5.1 – Схема сварочного контура

Из сварочных источников нагрева наиболее распространена электрическая дуга (для дуговой и плазменной сварки).

Все многообразие параметров процесса сварки можно условно разделить на три группы:

энергетические, характеризующие вклад энергии в процесс образования сварного соединения (напряжение и сила тока дуги, мощность источника нагрева, температура изделия, длительность отдельных сварочных операций);

кинематические, характеризующие пространственное перемещение или положение источника нагрева относительно изделия (скорость подачи электродной проволоки, амплитуда и частота поперечных колебаний электрода, скорость перемещения свари­ваемого изделия (скорость сварки));

технологические, характеризующие условия формирования и кристаллизации сварных швов, переноса электродного металла (диаметр электрода, форма и размеры разделки, зазор между сва­риваемыми деталями, вылет и угол наклона электрода, положе­ние шва в пространстве, способ защиты наплавленного металла).

В производственных условиях технологический процесс сварки подвержен воздействиям — возмущениям, нарушающим его нор­мальное протекание и приводящим к отклонениям показателей качества сварного соединения от требуемых значений. Возмуще­ния могут быть приложены к любому из трех компонентов сварочного контура.

По аналогии с классификацией технологических параметров все виды возмущений можно разделить также на три группы: энергетические, кинематические и технологические.

Источниками энергетических и кинематических возмущений являются промышленная сеть; колебания длины дуги и отклонения электрода от оси стыка; возмущения в основном сварочном оборудовании (источнике питания, аппаратуре управления, приводах подачи электрода и перемещения изделия).

Причины технологических возмущений — несовершенство технологии подготовки кромок свариваемой заготовки и их сборки; изменения химического состава свариваемого материала, состава защитного газа.

Непрерывно возрастающие требования к качеству сварных соединений при действии на объект возмущений могут быть удов­летворены лишь на основе использования САУ процессом дуговой сварки, которые выполняют следующие функции:

программное управление перемещениями рабочих органов сварочного оборудования;

управление последовательностью операций — системы программного управления сварочными циклами;

стабилизация режима сварки, обеспечивающая исключение влияния на сварной шов возмущений: по току и напряжению дуги, скорости сварки, вылету электрода, длине дуги, расходу защитного газа и др.;

автоматизация направления электрода по оси сварного соединения с помощью следящих систем;

компенсация отдельных технологических возмущений.

В последнее время разрабатывают системы, осуществляющие автоматическое управление процессом сварки с использованием математических моделей, описывающих процесс образования сварного соединения с учетом трудно контролируемых технологических возмущений. К ним относятся изменение химического состава основного и присадочного материалов, защитной среды; изме­нения условий отвода теплоты от области образования шва при переменной геометрии изделия и т.д.