Системы программного управления процессом оплавления при стыковой сварке

Наиболее распространенное направление автоматизации про­цесса контактной стыковой сварки непрерывным оплавлением — программирование основных параметров режима. Практически уп­равление процессом оплавления ограничено возможностями из­менения по заданной программе вторичного напряжения или ско­рости перемещения плиты машины. Указанные параметры могут изменяться одновременно в функции времени или пути переме­щения подвижной плиты. Программирование по перемещению наиболее целесообразно в тех случаях, когда необходимо выдер­живать точно заданные размеры свариваемых изделий, например при производстве сварных колец из чистовых профилей. Возмож­ные варианты построения СПУ показаны на рисунок. 6.13.

Рисунок. 6.13 – Классификация СПУ процессом оплавления

Эти программы перемещения целесообразно применять при сварке деталей с поперечным сечением до 1 000...1 500 мм², когда для получения требуемой зоны разогрева не изменяется вторич­ное напряжение сварочного трансформатора, а оплавление про­исходит с большим запасом устойчивости.

Программу перемещения чаще всего задают с помощью кулач­ка и определяют его профилем и скоростью вращения. Этот спо­соб задания программы наиболее прост, однако имеет существен­ные недостатки. При сварке деталей с неровными торцами необ­ходимая зона нагрева образуется лишь в случае, когда программа изменения скорости включается в момент начала оплавления по всему сечению деталей (длительность оплавления косины не долж­на входить в общее время сварки). При использовании кулачка это требование не удается выполнить. Кроме того, с изменением на­чального зазора невозможно задать программу перемещения плиты машины сразу же с момента возбуждения оплавления, в результате чего фактическая скорость оплавления деталей не со­ответствует заданному режиму. Длительная эксплуатация профиль­ных кулачков вызывает износ рабочей поверхности и изменение заданной программы перемещения. Если необходимо изменить по программе не только ν_п,но и U₂, то применение кулачков еще больше осложняет наладку и эксплуатацию машины.

Более удобно использовать для программирования по переме­щению различные коммутационные устройства. В машинах типа К617, К607, К340, К566, предназначенных для сварки кольцевых заготовок, поступательное движение подвижной станины через рейку и систему шестерен преобразуется во вращательное движе­ние, которое передается на вал переключателя.

В машинах типа К355, К555, К190П для сварки рельсов и про­фильного проката программы изменения ν_п и U₂ задаются с по­мощью реле времени, в качестве которых используют командные приборы типа КЭП-12У и МКП. Оба прибора позволяют задавать длительность операций при включении и выключении электри­ческих цепей общим числом до 12. Применение этих устройств облегчает настройку машины при сварке различных деталей.

Для стыковых рельсосварочных машин в ИЭС им. Е.О. Патона разработана цифровая СУ. В ней режимы сварки вводят в память устройства управления посредством кнопочных переключателей — коммутаторов в зависимости от типоразмера свариваемых рельсов. Дискретность считывания программы составляет 0,1 с.

В некоторых стыковых машинах с гидравлическим приводом (типа МСГА-500 и др.) программу скорости оплавления задают, изменяя проходное сечение гидравлического дросселя в контуре управления приводом подвижной плиты. Существенный недоста­ток такого программирования — вследствие изменения темпера­туры жидкости изменяется ее вязкость, а из-за всевозможных уте­чек давление в гидросистеме не остается постоянным, поэтому воспроизведение заданной программы происходит с большими погрешностями.

Более точно воспроизводить заданную программу скорости могут машины, снабженные следящим гидроприводом, т.е. гид­роприводом с ОС по перемещению. Схема следящего гидроприво­да, используемого в стыковых машинах типа К190П, К355 и др., приведена на рисунок. 6.14. Обратная связь в приводе осуществляется золотником, в корпусе 6 которого выполнены пять цилиндричес­ких выточек, соединяющихся штуцерами с гидросистемой маши­ны. Центральная выточка соединена с линией нагнетания, две крайние — со сливной линией. Выточка Б соединена с правой полостью гидроцилиндра 4перемещения подвижной станины (пли­ты) 3, выточка А — с левой полостью. В нейтральном положении шток 5 рабочими поясками перекрывает выточки А и Б, поэтому доступ масла в полости гидроцилиндра перемещения перекрыт и подвижная станина машины находится в покое.

1 — червячный редуктор; 2 — неподвижная станина; 3 — подвижная станина; 4 — гидроцилиндр; 5 — шток; 6 — корпус золотника; А, Б — выточки

Рисунок. 6.14 – Схема следящего гидропривода

Масло подается в полости гидроцилиндра подвижной станины только при смещении штока вправо или влево от нейтрального положения. В стыковых рельсосварочных машинах шток золотника перемещается с помощью винта редуктора, установленного на неподвижной станине 2. Одноступенчатый червячный редуктор 1 приводится во вращение управляющим двигателем малой мощно­сти (30/70 Вт). Шток золотника копирует перемещения винта, при этом при смещении штока влево от нейтрального положения от­крывается доступ масла в левую полость гидроцилиндра, а правая соединяется со сливом. В этом случае подвижная станина, а вместе с ней и корпус золотника начнут двигаться влево. Если приоста­новить движение штока золотника влево (выключить двигатель), то корпус золотника будет перемещаться влево до тех пор, пока пояски штока не перекроют выточки А и Б, доступ масла в по­лость гидроцилиндра и перемещения станины прекратятся. При этом станина пройдет расстояние, на которое был сдвинут шток от нейтрального положения. При непрерывном движении штока золотника станина машины и установленный в ней корпус золот­ника непрерывно движутся вслед за штоком, отслеживая все его перемещения. Поэтому изменения вязкости масла или просачива­ние его из одной полости гидроцилиндра в другую практически не сказывается на точности слежения. Скорость движения стани­ны задается скоростью вращения управляющего электродвигателя.

Гидроприводы, используемые в машинах конструкции ИЭС им. Е.О. Патона, обладают достаточно высокими динамическими свойствами. Так, реверсирование подвижной станины машины К.190П, движущейся со скоростью 0,25 мм/с, осуществляется че­рез 0,1 с после подачи сигнала на реверс, тогда как на машине с электромеханическим приводом — через 1 с.

Несмотря на непрерывное совершенствование способов и ап­паратуры для задания программы, применение разомкнутых СПУ не обеспечивает гарантированного качества сварных соединений при действии на процесс различных возмущений. В таких системах управляющее воздействие не зависит от непрерывно изменяющихся в процессе производства условий сварки. Лучшие результаты дает применение СПУ с корректирующими обратными связями по пара­метрам сварочного процесса (напряжению, току, пульсациям тока). Корректоры скорости оплавления с ОС по напряжению применя­ют в стыковых машинах типа МС-2001, ЦСТ-200М и др. В каче­стве чувствительного элемента в системе используют реле напряжения, подключенное к зажимным губкам машины. При устой­чивом оплавлении действующее значение напряжения на свари­ваемых деталях мало отличается от напряжения холостого хода сварочного трансформатора, и реле остается включенным. При коротком замыкании напряжение резко падает и становится не­достаточным для удержания сердечника реле, которое переклю­чает приводной двигатель на реверс. Коррекция скорости по напряжению не предотвращает пере­хода оплавления в режим короткого замыкания, а только огра­ничивает его продолжительность.