Система автоматического регулирования напряжения сварочной дуги
В сварочных установках системы автоматического регулирования напряжения дуги при плавящимся электроде называют системами с зависимой подачей электродной проволоки, имея в виду зависимость скорости подачи от напряжения на дуге. Подобное регулирование осуществляет сварщик при ручной дуговой сварке покрытыми электродами, изменяя скорость подачи электрода к изделию в зависимости от наблюдаемой им скорости плавления конца электрода. Такие системы регулирования были реализованы уже в первых установках механизированной сварки для стабилизации длины дуги и в настоящее время применение их особенно целесообразно для сварки и наплавки под керамическими флюсами, наплавки легированных слоев и т.п., т.е. в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к точности напряжения сварочной дуги. Следует иметь в виду, что чем меньше скорость подачи проволоки, больше ее диаметр и меньше плотность тока, тем эффективнее работа системы, так как в этом случае будет безусловное выполнение отношения tp ≪ Tт, где tp – время регулирования (время отработки системой возмущения), а Тт – тепловая постоянная, характеризующая инерционность процессов нагрева и плавления металла. При выполнении этого соотношения возмущения по напряжению дуги, связанные с изменением напряжения сети, изменением профиля поверхности свариваемых деталей, изменением скорости подачи электродной проволоки не отразятся на формировании сварочного шва.
Система АРНД для сварки плавящимся электродом работает по пропорциональному закону:
где Vпп – скорость подачи электродной проволоки;
kр – коэффициент усиления регулятора;
Uд – напряжение дуги;
Uр – заданное напряжение регулятора.
При установившемся режиме скорость подачи электрода Vпп равна скорости плавления Vпл, которая определяется энергетическими параметрами режима:
где ki и ku – коэффициенты саморегулирования по току и напряжению.
Приравнивания (4) к (5) и решая относительно Uд, получим уравнение статической характеристики системы АРНД:
где выражение kр·Uр / (kр+ku) = Uз – называют заданным напряжением дуги и выражение (6) может быть переписано как Uд = Uз + ∆U.
Коэффициент регулирования kp количественно выражает реакцию выходной величины регулятора Vпп на изменение регулируемой величины ∆Uд:
Статические характеристики системы АРНД и внешние характеристики источника питания представлены на рис. 20.
Изменение kр приводит к изменению наклона статической характеристики регулятора системы АРНД (прямые 4 и 5, рис. 20), то же действие оказывает изменение вылета электрода: больше вылет – больше наклон характеристики. Из рисунка видно, что система отрабатывает возмущения по напряжению с некоторой ошибкой ∆U, которая тем меньше, чем ближе характеристика к горизонтали (больше kp). Отсюда следует, что регулятор системы АРНД не оказывает прямого влияния на сварочный ток, и настройка сварочного тока должна производиться настройкой источника питания (углом наклона внешней характеристики), а настройка напряжения – установкой заданного напряжения дуги на сварочном тракторе, имеющем регулятор системы АРНД. Примером такой системы является схема сварочного трактора АДФ 1201.
Рис. 20. Статические характеристики системы АРНД: 1 и 2 – внешние характеристики источника питания при изменении напряжения сети; 2 и 3 – тоже при изменении внутреннего напряжения источника; 4 и 5 – статические характеристики регулятора АРНД
Упрощенная электрическая схема и пульт управления сварочного трактора АДФ 1201 представлены на рис. 21. Управление электроприводом подачи электродной проволоки осуществляется по схеме системы автоматической стабилизации частоты вращения электродвигателя, на вход которой дополнительно подается напряжение дуги через делитель R4 и R5. Таким образом, на вход усилителя подается алгебраическая сумма трех напряжений: дуги, заданного и обратной связи по напряжению якоря двигателя подачи проволоки. Напряжение выхода усилителя, преобразованное фазоимпульсным устройством (ФИУ), управляет тиристорным выпрямителем (УВ), к которому подключен якорь электродвигателя М. Пренебрегая нелинейностью регулировки Uя = f(U0), можно считать, что
где kp – общий коэффициент учитывающий k1… k4.
Рис. 21. Функциональная схема системы АРНД трактора АДФ 1201
с источником питания ВДУ 1201
Статическая характеристика регулятора скорости подачи электрода показана на рис. 22. При постоянной величине Uр скорость подачи электрода линейно зависит от напряжения дуги. При напряжении короткого замыкания Uрэ (начало процесса сварки под слоем флюса) в регуляторе происходит изменение направления движения проволоки и она движется вверх с маршевой скоростью до возбуждения дуги и появления напряжения Uд. Напряжение реверса электрода Uрэ составляет несколько вольт и устанавливается перед началом эксплуатации оборудования. Таким образом, система отрабатывает требуемый закон регулирования и настройка на заданный режим заключается в установке тока регулятором «I» ( наклон падающей характеристики) на пульте трактора (соответствует регулятору «UI» на источнике ВДУ 1201), а напряжение – регулятором «U» , что соответствует установке требуемой скорости подачи сварочной проволоки.
Рис. 22. Статическая характеристика регулятора скорости подачи электрода
Рассмотренная система имеет широкое применение и, работая совместно с источником, имеющим систему стабилизации сварочного тока, обеспечивает достаточную точность регулирования. Качество регулирования повышается по мере совершенствования элементной базы промышленной электроники и электропривода, применяемой в сварочном оборудовании.
Так в тракторах типа АДФ, выпускаемых с начала 2000-х годов (АДФ-850, АДФ-1000, АДФ-1250), в схеме управления используется микропроцессор. Применение электронного управление позволило обеспечить работу трактора как в системе АРДС, так и в АРНД, а также более гибкую надежную систему зажигания дуги (стартовые режимы) и предварительные настройки перед сваркой. Внешний вид трактора АДФ-1000 представлен на рис. 23.
Рис. 23. Внешний вид сварочного трактора АДФ-1000 с микропроцессором в системе управления
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!
Автоматическое регулирование параметров режима сварки
Автоматическое регулирование — процесс, при котором обеспечивается поддержание заданного значения регулируемого параметра с помощью специального регулятора благодаря действию обратных связей. Автоматические регуляторы в составе источников обычно предназначены для стабилизации их тока или напряжения.
Стабилизированный источник с обратной связью по силе сварочного тока показан на рисунок. 5.15, а. С датчика тока, например, шунта RS, снимается сигнал обратной связи в виде напряжения Uдт, пропорционального силе тока (Uдт=IдR). Этот сигнал сопоставляется в устройстве сравнения УС с сигналом задания Uзт, пропорциональным необходимому току, и разность двух сигналов воздействует на напряжение холостого хода U0 или сопротивление источника Zи, а поэтому и на фактическое значение силы тока Iд. Например, при уменьшении сетевого напряжения естественное снижение напряжения холостого хода U0 должно привести к пропорциональному уменьшению силы тока Iд. Однако при этом вступает в действие отрицательная обратная связь по току, т.е. снижается сигнал датчика Uдт и увеличивается разностный сигнал Uзт-Uдт регулятора источника, что приведет к увеличению напряжения холостого хода и тока, точнее, к их восстановлению на заданном уровне:
Рисунок. 5.15 – Блок-схема системы стабилизации сварочного тока (а) и внешние характеристики источников со стабилизацией тока (б) и напряжения (в)
Ток стабилизируется и при других возмущениях, например, колебаниях длины дуги или сопротивления источника. Таким образом, из естественных, подверженных колебаниям внешних характеристик источника можно получить почти вертикальные стабилизированные характеристики (рисунок. 5.15, б). Подобным образом при введении обратной связи по напряжению можно получить жесткие характеристики (рисунок. 5.15, в).
Стабилизация электрических параметров режима — тока и напряжения — может осуществляться не только в источнике, но и с помощью систем автоматического регулирования дуги, реализованных в приводах подачи электрода. Их основное назначение — поддержание непрерывного горения дуги, но это как раз достигается благодаря стабилизации тока и напряжения. Наибольшее применение нашли система саморегулирования (АРДС) и система автоматического регулирования напряжения дуги (АРНД).
Саморегулирование повышает запас устойчивости системы «источник-дуга», а при возмущении по длине дуги делает систему астатической, т.е. гарантирует после отработки возмущения полное восстановление длины дуги, а также ее напряжения и тока.
Успешно, хотя и со статической ошибкой, отрабатываются и другие возмущения — по напряжению сети, по скорости подачи проволоки и т.д. В системе АРДС отсутствует автоматический регулятор, но и сварщик в отличие от ручной сварки не может оказать корректирующее воздействие на процесс при появлении возмущения, следовательно, поддержание непрерывного горения дуги обеспечивается за счет специфических свойств элементов, входящих в систему.
Саморегулирование — это способность энергетической системы «источник-аппарат-дуга» без специального регулятора восстанавливать дуговой промежуток вследствие изменения скорости плавления электрода, т.е. поддерживать устойчивое горение дуги при умеренных возмущениях.
Система автоматического регулирования напряжения с воздействием на скорость подачи электродной проволоки показана на рисунок. 5.16. Здесь напряжение дуги Ud с помощью устройства сравнения УС сопоставляется с заданным напряжением Uзн, сформированным в задатчике напряжения ЗН. Разность Uд-Uзн через усилитель У подается на якорь двигателя исполнительного механизма ИМ, который с помощью редуктора Р и подающего ролика перемещает проволоку.
Проанализируем принцип действия системы АРНД при возмущении по длине дуги Uд. Например, при укорочении дуги снизится ее напряжение Uд, что приведет к снижению скорости подачи проволоки Vп и, следовательно, удлинению дуги, т.е. восстановлению дугового промежутка:
Система автоматического регулирования напряжения дуги обеспечивает устойчивое ее горение благодаря изменению скорости подачи электрода с целью восстановления дугового промежутка при умеренных возмущениях.
Рисунок. 5.16 – Блок-схема системы автоматического регулирования напряжения дуги
Системы автоматического регулирования
Система автоматического регулирования (САР) — это замкнутая автоматическая система, основанная на принципе обратной связи (ОС) — управлении объектом с использованием информации о результатах управления. Только в случае отрицательной ОС происходит измерение и сравнение фактического контролируемого параметра объекта x(t)с заданным на данный момент времени g(t),в результате чего выявляется ошибка (рассогласование) xε(r) = x(t) - g(t), которая служит стимулом процесса регулирования, на ее основе формируется регулирующее воздействие y(t).
В такой системе непрерывно идет обмен информацией между объектом и регулятором, воздействие передается от одного элемента регулятора к другому, последовательно меняя при этом свою физическую природу и уровень. Сформированное в результате регулирующее воздействие по своей природе может быть различно. Если, например, объект — электродвигатель привода подачи электродной проволоки, то регулирующее воздействие должно быть напряжением, подаваемым на его якорь; для сварочного источника питания регулирующее воздействие — это ток или напряжение, изменяемые в цепи управления.
Именно САР противодействует возмущениям, компенсирует, нейтрализует или ослабляет их вырабатываемыми встречными регулирующими воздействиями, обеспечивая заданное на каждый момент времени состояние объекта. Регулирование продолжается до тех пор, пока ошибка не становится меньше порога чувствительности системы.
Разнообразные САР отличаются одна от другой функциональными возможностями, принципами построения, конструктивной реализацией. По роду используемой энергии САР делят на электромеханические, электронные, пневматические, гидравлические, а также смешанного типа — электропневматические, электрогидравлические и др.
Все многообразие входящих в различные системы автоматики элементов по функциональному назначению может быть сведено в обобщенную функциональную схему САР (рисунок 5.4), состоящую из устройств, узлов, элементов, каждый из которых исполняет свою функцию в системе и графически изображается прямоугольниками, а также из связей между ними, изображаемых стрелками, указывающими направление прохождения сигналов (информации). Регулятор в таких схемах представляют в развернутом виде, а объект часто вообще опускают. Рассмотрим элементы САР.
Р — регулятор; ЗУ — задающее устройство; СЭ — сравнивающее устройство; ИЭ — измерительный преобразователь; Д — датчик; УП — усилитель-преобразователь; КУ — корректирующее устройство; ИУ — исполнительное устройство; КОС — корректирующая обратная связь; О — объект; ГОС — главная обратная связь;
g(t) — задающее воздействие; f(t) — возмущение; x(t) — регулируемая величина; x1(t), xε(t) — сигнал и ошибка регулируемой величины; y(t) — регулирующее воздействие; y1(t) — сигнал регулирующего воздействия; r(t) — дополнительное воздействие
Рисунок 5.4 – Функциональная схема системы автоматического регулирования
1. Датчик, или измерительный преобразователь (элемент ИЭ), измеряет действительную регулируемую величину x(t) и преобразует ее в сигнал х1(t), удобный для дальнейшего использования (чаще всего в ток или напряжение).
2. Задающее устройство (ЗУ) формирует требуемое на каждый момент времени задающее воздействие g(t) в удобном для сравнения с х1(t) виде, имитирующее заданное значение регулируемой величины x(t).
3. Сравнивающее устройство (элемент СЭ) выявляет и измеряет разность х1(t) - g(t) и дает на выходе сигнал ошибки ε(t), пропорциональный отклонению действительной регулируемой величины Δx(t) от заданного на данный момент значения. Часто сравнивающее устройство конструктивно объединяют с измерительным элементом.
4. Усилитель или усилитель-преобразователь (УП) усиливает и преобразует сигнал ошибки до величины y1(t), достаточной и пригодной для управления исполнительным устройством (ИУ), преобразует входной сигнал количественно и (или) качественно, согласует вход исполнительного устройства с выходом СЭ по роду используемой энергии.
5. Исполнительное устройство под воздействием y1(t) вырабатывает регулирующее воздействие y(t), поступающее на регулирующий орган (РО) объекта управления (О).
6. Корректирующее устройство (КУ) включают последовательно или параллельно названным элементам (на схеме показан последний вариант). Его назначение — улучшить качество регулирования объекта с помощью формирующихся в них дополнительных воздействий r(t).
Если выбранный для контролируемой системы параметр достаточно полно характеризует объект, то можно считать, что задача регулирования — поддерживать регулируемую величину на заданном уровне. Это позволяет при дальнейшем рассмотрении САР не изображать на функциональных схемах объект.
Некоторые элементы автоматической системы в отдельных случаях могут отсутствовать, но главная обратная связь (ГОС) должна функционировать всегда, ибо с ее помощью выявляется соответствие действительного состояния объекта регулирования состоянию, заданному на данный момент времени. Наличие ГОС — основной признак САР.
Автоматическое регулирование — это автоматическое поддержание заданной регулируемой величины (переменной состояния) объекта путем постоянного контроля его состояния и действующих на него возмущений, а также регулирующего воздействия (при необходимости) на его регулирующий орган.
Управляющее воздействие может быть неизменным (системы автоматической стабилизации), в этом случае его называют установкой (например, система автоматического поддержания напряжения дуги путем изменения ее длины в установках аргонодуговой сварки неплавящимся электродом; система поддержания напряжения дуги путем изменения скорости подачи электродной проволоки в аппаратах для дуговой сварки типа АДС-1000-4; система поддержания постоянства частоты вращения обечайки, в которой фактическая скорость измеряется тахогенератором).
В системах программного регулирования управляющее воздействие изменяется программным устройством по заранее назначенной программе в функции времени или перемещения (положения). Такие системы используют, например, для регулирования параметров режима сварки (тока, скорости сварки, скорости подачи проволоки, амплитуды или частоты поперечных колебаний электрода) в зависимости от пространственного положения электрода в установках для сварки неповоротных стыков труб; в электрогазорезательной машине «Кристалл» с программным управлением, предназначенной для газовой или газоэлектрической резки листов из стали или цветных сплавов.
Если САР вместо функциональной зависимости воспроизводит на выходе изменения входного воздействия, причем чаще на более высоком уровне мощности (т.е. реализует простую пропорциональную зависимость), а управляющее воздействие заранее неизвестно, произвольно, то такую САР называют следящей системой. Их применяют при электронно-лучевой, а особенно при дуговой сварке стыков большой протяженности (или криволинейных) для автоматической ориентации электрода относительно изделия, когда уход стыка из-за коробления и дефектов сборки заранее неизвестен. Используют следящие системы в сварочных манипуляторах и роботах.
Известны также САР, обеспечивающие изменение регулируемой величины по производной, интегралу или более сложной функции от задающего воздействия и др.
Факторы, обусловливающие отклонения (погрешность) xe(t) = x0 -x(t) регулируемой величины x(t) от ее установленных значений х0, называют возмущающими воздействиями f(t) (помехами, шумами, возмущениями), действующими на объект О автоматического управления (рисунок 5.5). Регулируемые величины, задающие и возмущающие воздействия могут быть различны по своей физической природе. Однако структурные схемы системы автоматического управления (регулирования) и решаемые с их помощью задачи не зависят от физической природы объектов управления.
Поэтому принципы построения систем автоматического управления (САУ) вполне пригодны для различных по своей физической природе объектов управления. Если возмущающее воздействие при работе объекта может быть измерено в любой момент времени, то задача управления объектом может быть решена с помощью принципа компенсациивозмущения, действующего на систему (принцип разомкнутого управления по выходному параметру объекта). Этот принцип предполагает управление, основанное на возможности измерения возмущений fn, действующих на объект управления, и их компенсации через СУ (рисунок 5.6).
Wf и Wu — передаточные функции объекта соответственно по возмущению и по управлению; х0 — установленное значение регулируемой величины; f(t) — возмущение; x(t) — регулируемая величина; xε(t) — ошибка регулируемой величины;
Рисунок 5.5 – Схема воздействий на объект управления
БК1. БКn — блоки компенсации; Wк1. Wкn — передаточные функции блоков компенсации; Wf и Wu — передаточные функции объекта соответственно по возмущению и по управлению; х0 — установленное значение регулируемой величины; u1. иn — управляющие воздействия; f(t) — возмущение; x(t) — регулируемая величина; xε(t) —ошибка регулируемой величины
Рисунок 5.6 – Структурная схема системы управления по возмущению
Примером построения САУ по принципу компенсации является система регулирования напряжения в сварочном трансформаторе с помощью контроля изменения напряжения питающей сети Uc (рисунок 5.7).
БТУ — блок тиристорного управления; БС — блок сравнения; L — индуктивность; U0 — эталонная уставка по напряжению сети; Uy — сигнал управления; Ûст — напряжение со вторичной обмотки трансформатора Т, Iд — ток дуги
Рисунок 5.7 – Система регулирования напряжения в сварочном трансформаторе при возмущении по напряжению сети Uc
Принцип компенсации обеспечивает высокое быстродействие системы регулирования. Однако при построении таких систем обычно ограничиваются выделением и компенсацией небольшого числа возмущений, играющих основную роль в отклонении регулируемой величины объекта от ее заданного значения, оставляя некомпенсированными все остальные возмущения.
Для устранения этого недостатка в теории построения СУ более широко применяют принцип обратной связи. Этот принцип предполагает управление, основанное лишь на изучении отклонения хε регулируемой величины х от ее заданного значения х0 и непосредственно не связанное с измерением возмущений f1. fn, действующих на объект регулирования.
Для построения структурной схемы САУ замкнутой ОС (рисунок 5.8) необходимо, в отличие от САУ по возмущению (см. рисунок 5.6) лишь одно управляющее устройство — регулятор Рос с передаточной функцией Woc
индекс ОС относится к блоку обратной связи; Wf1 и Wfn — передаточные функции объекта соответственно по возмущению и по управлению; х0 — установленное значение регулируемой величины; f(t) — возмущение; x(t) — регулируемая величина; xε(t) — ошибка регулируемой величины; u — управляющее воздействие
Рисунок 5.8 – Структурная схема системы управления с обратной связью (принцип управления по отклонению)
К недостаткам принципа обратных связей следует отнести затруднения, возникающие в процессе разработки быстродействующих САУ, особенно для сложных инерционных объектов. Стремление повысить точность работы таких систем и увеличение коэффициента усиления регулятора Р0с могут привести к потере устойчивости.
Пример применения принципа ОС в САУ сварочными процессами приведен на рисунке 5.9. Регулируемая величина в данном случае — ширина обратного валика b. Измерительное устройство величины b — это фотодатчик, устанавливаемый с обратной стороны изделия, при расплавлении последнего дугой.
ФД — фотодатчик контроля проплавления; УП — усилитель-преобразователь; УИП — управляемый источник питания дуги; СГ — сварочная горелка; Uфд — напряжение фотодатчика; Ф — световой поток; БС — блок сравнения; U0 — эталонная уставка по напряжению сети; Uy — сигнал управления; Iд — ток дуги
Рисунок 5.9 – Система регулирования значения b — ширины обратного валика с фотодатчиком в цепи обратной связи
Недостатки САУ с ОС можно устранить созданием комбинированных автоматических систем управления, объединяющих оба отмеченных принципа управления (рисунок 5.10).
1 и 2 — контуры регулирования по возмущению и отклонению; Рк — регулятор в блоке компенсации; Рос — регулятор в цепи обратной связи; хк— сигнал компенсации; индекс ОС относится к блоку обратной связи; х0 — установленное значение регулируемой величины; f(t) — возмущение; u — управляющее воздействие;
Рисунок 5.10 – Принципы комбинированного управления
В подобных комбинированных системах основная тяжесть компенсации главного возмущения f, действующего на систему, ложится на регулятор Рк. Точный регулятор Рoс подавляет или ослабляет остальные возмущения, действующие на объект, и приводит действительное значение регулируемой величины х к заданной х0. Пример использования комбинированного управления в сварочных установках приведен на рисунке 5.11. Принцип компенсации реализован в контуре 1, формирующем систему стабилизации напряжения на дуге Uaпри возмущениях по длине дуги lд (при регулировании использована линейная связь Uд= кlд). Контур 2 построен по принципу работы системы, представленной на рисунке 5.9. Регулируемая величина — это ширина обратного валика b.
1 и 2 — контуры регулирования по возмущению (длине дуги lд) и отклонению (ширине обратного валика b); УУ1 — привод перемещения СГ по вертикали; УУ2 — устройство управления параметрами УИП по сигналу от датчика проплавления (ДП); Uвэ — уставка номинального параметра b; Uд.э — уставка по напряжению дуги; Uдп — сигнал на выходе ДП; УИП — управляемый источник питания дуги; СГ — сварочная горелка; Ф — световой поток; БС — блок сравнения; Iд — ток дуги.
Рисунок 5.11 – Система комбинированного управления параметрами сварочного процесса
Автоматическое регулирование напряжения дуги
Прежде чем рассматривать вопрос автоматического регулирования наклона электрода к поверхности изделия, целесообразно познакомиться с системой автоматического регулирования напряжения на дуге по причинам, которые будут понятны из последующего текста.
Система автоматического регулирования установочной длины дуги имеет два существенных недостатка: во-первых, необходимость применять специальный датчик, во-вторых, наличие методической погрешности, которая ограничивает возможности применения системы при сколько-нибудь значительной кривизне
а) б)
Рис. 21. Зависимость напряжения дуги Uд от ее длины Lд (а) и
составляющие длины дуги (б)
поверхности. Поэтому в тех случаях, когда процесс сварки не сопровождается такими возмущениями, как изменяющиеся зазоры между стыкуемыми кромками и между изделием и технологической подкладкой, для автоматического регулирования вертикального положения сварочного электрода относительно поверхности изделия применяют систему автоматического регулирования напряжения дуги. В сварочной литературе автоматические регуляторы напряжения дуги обозначают абревиатурой АРНД. Поскольку между напряжением дуги Uд и ее длиной Lд существует функциональная зависимость (рис. 21,а), то, используя в качестве регулирующего воздействия на величину напряжения дуги вертикальное перемещение сварочной горелки, т.е. изменяя длину дуги, можно стабилизировать не только напряжение Uд, но и значение самой длины дуги.
Длину дуги Lд можно представить суммой двух составляющих:
где Lу – установочная длина дуги; Lск – скрытая составляющая длины дуги (рис. 21,б). Если в процессе сварки Lск не изменяется (не возникают упомянутые выше зазоры), то изменение напряжения на дуге будет обусловлено только изменением Lу и, следовательно, при стабилизации Uд будет стабилизироваться и установочная длина дуги. При этом нет нужды в специальном датчике, а контроль вертикального расположения электрода относительно поверхности свариваемого изделия осуществляется непосредственно в месте сварки, и поэтому кривизна соединения не вносит в работу системы дополнительной погрешности.
 |
Работу системы автоматической стабилизации длины дуги при сварке неплавящимся электродом поясним, используя рис. 22.
Рис. 22. Система автоматической стабилизации напряжения дуги
Величину напряжения дуги Uд задают величиной опорного (задающего) напряжения Uо путем перемещения движка потенциометра R1: чем больше опорное напряжение, тем больше напряжение дуги, а значит, больше и длина дуги. Если в процессе сварки отсутствуют возмущения, влияющие на Uд, между опорным напряжением и напряжением дуги устанавливается и сохраняется равенство (Uо = Uд), при этом на входе усилителя сигнал отсутствует (DU = Uо – Uд = 0), двигатель М не работает, и, следовательно, горелка не перемещается в вертикальном направлении.
Предположим, что длина дуги из-за кривизны стыка увеличилась. В этом случае возрастет Uд, и, поскольку величина Uо остается неизменной, на входе усилителя возникнет напряжение DU определенной полярности относительно входных клемм усилителя. Величина этого напряжения будет тем больше, чем больше изменится длина дуги. При DU ¹ 0 на якорь двигателя М с выхода усилителя будет подано напряжение Uя определенной полярности и соответствующей входному сигналу величины (если усилитель аналогового, а не релейного типа). Двигатель начинает работать, перемещая горелку вниз. Длина дуги уменьшается, и, следовательно, уменьшается напряжение Uд. Работать двигатель будет до тех пор, пока вновь не наступит равенство Uд = Uо, при котором длина дуги будет иметь первоначальное значение.
Если длина дуги уменьшится, изменят полярность DU и Uя, и горелка будет перемещаться вверх, пока опять не наступит равенство напряжения дуги опорному напряжению.
Напомним, что в рассмотренной системе регулирующим воздействием является вертикальное перемещение сварочной горелки. Сама система относится к системам астатическим: для установившихся состояний этих систем характерно равенство DU=0.
При сварке плавящимся электродом для стабилизации напряжения дуги используют или эффект саморегулирования, о котором будет сказано несколько ниже, или системы автоматического регулирования, в которых регулирующим воздействием является изменение скорости подачи электродной проволоки, а сами системы относятся, как правило, к системам статическим. В таких системах DU принципиально не может быть равным нулю, так как при DU = 0 будет равна нулю и скорость подачи электродной проволоки, что равнозначно отсутствию сварки. Другими словами, в этих системах (см. рис. 8, интерпретируя редуктор как механизм подачи электродной проволоки) каждому конкретному установившемуся режиму работы оборудования соответствует набор неизменных значений параметров: Uо1; Uд1; DU1; Uя1; Vэ1, где Vэ1 – скорость подачи электродной проволоки (нарис. 22 этот параметр не указан). При возникшем возмущении система придет к новому установившемуся режиму, при котором значение Uд2 будет обязательно отличаться от Uд1, но не больше,
чем на величину заданной точности. Таким образом, новому установившемуся состоянию будут соответствовать и новые значения параметров Uо, Uд, DU, Uя, Vэ, отличающиеся от первоначальных Uо1, Uд1, DU1, Uя1, Vэ1.
Система автоматического регулирования для сварки неплавящимся электродом (АРНД СНЭ)
В сварочной дуге с неплавящимся электродом отсутствует саморегулирование (самовыравнивание) и вследствие этого существует жесткая зависимость тока и напряжения дуги от ее длины. Поэтому изменение длины дуги при сварке неплавящимся электродом будет больше, чем при сварке плавящимся, сказываться на параметрах режима и качестве сварного соединения. Чем больше длина дуги, тем выше проходит ее статическая характеристика (рис. 24). Как следует из рисунка, любое изменение длины дуги приводит к появлению статических ошибок ∆I и ∆U.
Рис. 24. Статические характеристики дуги и внешние характеристики
источника питания: 1 – источник с крутопадающей характеристикой; 2 – со штыковой характеристикой; l – длина дуги
В связи с тем, что при сварке плавящимся электродом используют крутопадающие характеристики источников питания, то относительная ошибка U больше, чем I. Это тем более справедливо при применении источников со штыковой характеристикой (источники типа ВСВУ и др.), где в рабочем диапазоне ток дуги не зависим от напряжения. На основании этого достоверным источником информации о длине дуги при сварке неплавящимся электродом является ее напряжение. Зависимость между напряжением и длиной дуги практически является линейной за исключением малоамперных дуг. Это обстоятельство позволяет реализовать систему АРНД, используя в качестве сигнала обратной связи напряжение дуги.
Система АРНД представляет собой систему управления электроприводом постоянного тока вертикального перемещения горелки, работающим в режиме непрерывного реверса в зависимости от величины и полярности подводимого к якорю двигателя напряжения. Функциональная схема системы АРНД , входящей в типовую систему блоков автоматического регулирования, представлена на рис. 25.
Рис. 25. Функциональная схема системы АРНД для сварки неплавящимся
Работа системы АРНД заключается в следующем. После отработки начала цикла сварки блоком реле БР напряжение дуги поступает на вход усилителя У в противофазе заданному напряжению Uз. Выпрямитель VD необходим для случая сварки на переменном токе. При наличии разности U = Uд – Uз и в зависимости от знака (полярности) U усиленный сигнал преобразуется одним из двух фазоимпульсных устройств ФИУ и управляет одним из тиристорных выпрямителей УМ1 и УМ2, обеспечивая вращение якоря двигателя в ту или другую сторону. Двигатель через редуктор и винтовой механизм перемещения поднимает или опускает горелку до ликвидации ошибки. Как следует из вышеописанного, закон регулирования интегральный – величине ошибки пропорциональна скорость перемещения горелки – и ошибка регулирования связана лишь с точностью работы различных механических и электромеханических элементов системы (зазоры, люфты, величина напряжения троганья двигателя, трение и т.п.). Таким образом отрабатываются возмущения по напряжению дуги с точностью до десятых долей вольта и длины дуги с точностью до десятых долей миллиметра. Для приведенной схемы зона нечувствительности по напряжению дуги составляет 0,15 В.
Практически наиболее часто система АРНД для сварки неплавящимся электродом используется при автоматической сварке кольцевых швов обечаек большого диаметра, где радиальное биение может достигать десятков миллиметров, а также при сварке изделий с неплоской поверхностью, где в течение цикла сварка производится и на спуск, и на подъем под разными углами.
При широко распространенной импульсной сварке неплавящимся электродом в системе АРНД используется специальный регулятор импульсной дуги РИД. Необходимость такого регулятора объясняется следующим. При сварке неплавящимся электродом импульсной дугой длительность импульса и паузы близки и составляют десятые доли секунды, а токи импульса и паузы существенно различны. Для получения качественного соединения необходимо, чтобы длина (напряжение) дуги поддерживалась в соответствии с режимом импульса и не изменялась бы в паузе. Блок РИД обеспечивает работу системы АРНД только в импульсе и может работать с источниками питания дуги неплавящимся электродом типа ВСВУ или ИСВУ. Структурная схема РИД представлена на рис. 26.
Рис. 26. Структурная схема и лицевая панель блока регулирования напряжения импульсной дуги РИД
Работа системы АРНД с РИД не исключает и сварку непрерывной дугой. Переключателем S2 устанавливается род работы: стационарная дуга или импульсная. В зависимости от рода тока сварки выключатель SI ставят в соответствующее положение. Напряжение со сварочной дуги через SI подается на фильтр ФI, если ток постоянный, а при переменном напряжение предварительно выпрямляется. Отфильтрованное напряжение постоянного тока модулируется переменным частотой 3 кГц и выпрямляется. Таким образом далее подается сигнал в виде строго постоянного напряжения без пульсаций пропорционального напряжению дуги. При сварке импульсной дугой это напряжение подается далее через электронный ключ ЭКI только в периоды следования импульса с задержкой на время , которое позволяет получить на выходе ЭКI напряжение с вершиной маломеняющейся во времени (плоское, практически постоянное значение, так как за время переходной процесс, связанный с изменением тока от тока паузы к току импульса закончится). Таким образом на элемент сравнения схемы выдается напряжение пропорциональное длине дуги с минимальной погрешностью. Заданное напряжение подается на элемент сравнения через ключ ЭК2. При сварке стационарной дугой ключи ЭКI и ЭК2 отключаются S2. Управление ключами осуществляется от триггерного блока источника питания через элемент задержки, обеспечивающий . После сравнения полученный сигнал еще раз фильтруется (Ф2) и поступает через согласующий каскад на типовой усилитель УПТР-3 электропривода вертикального перемещения горелки. Работа с блоком РИД происходит без автоколебаний и имеет зону нечувствительности 0,04 В против 0,I5 В у блока АРНД обычных систем, для которых характерны автоколебания при вертикальном перемещении сварочной горелки.
При сварке на малых токах линейная зависимость напряжения от длины дуги нарушается. В этом случае применяют регуляторы длины дуги, где в качестве датчиков используют пневматические (рис. 27, 28) или фотоэлектрические устройства.
Точность работы систем с пневмодатчиками ± 0,2…0,3 мм. К недостаткам их относится и малое быстродействие в сравнении с электрическими. В пневматических датчиках рабочая среда – защитный газ для сварки аргон.
Датчик типа сопло-заслонка (рис. 28, а) обеспечивает измерение x до десятых долей миллиметра, а струйный (рис. 28, б) – до 6 мм.
Специальные фотоэлектрические датчики воспринимают спектр излучения дуги с выделением красных и инфракрасных линий аргона.
Рис. 27. Пневматические датчик длины дуги (ПД)
Рис. 28. Схемы пневматических датчиков: типа сопло-заслонка (а), струйного (б)
В системе автоматического регулирования в этом случае необходим блок компенсации изменения сигнала при изменении интенсивности излучения дуги при регулировании сварочного тока. Возможная точность стабилизации длины дуги с помощью САР со спектральным датчиком ± 0,1 мм.
Системы автоматического регулирования вылета электрода (АРВ)
При сварке плавящимся электродом с постоянной подачей изменение вылета электрода приводит к изменению сварочного тока, отклонению глубины провара и соотношения долей основного и электродного металла в сварном соединении. С уменьшением вылета при постоянной скорости подачи электрода линия устойчивых режимов работы смещается в сторону больших токов, рис. 29.
Рис. 29. Влияние вылета на режим сварки: 1 – внешняя характеристика
источника питания; 2 и 3 – линии устойчивой работы при различных вылетах
Построение таких систем мало отличается от систем АРНД для сварки неплавящимся электродом. Так в схеме на рис. 25 необходимо измерение напряжения дуги заменить на измерение тока со стандартного шунта с последующим усилением до соответствующего уровня. Такая система может успешно эксплуатироваться при сварке в защитных газах при условии строгого постоянства скорости подачи электродной проволоки и применении стабилизированного источника питания.
Частое изменение вылета происходит при полуавтоматической сварке в среде защитных газов. В этом случае постоянство сварочного тока достигается путем изменения скорости подачи электродной при постоянстве напряжения источника питания. Для этих целей в типовую схему стабилизации частоты вращения двигателя подачи проволоки дополнительно в цепь обратной связи с тахогенератором вводится сигнал по току с шунта в сварочной цепи, рис. 30.
Схема управления полуавтомата может запитываться от источника питания ИП или от дополнительного трансформатора Т и выпрямителя V1. Переключение вида питания производится переключателем S2. Управление напряжением якоря электродвигателя М через транзистор VT осуществляется суммирующим усилителем DA, на вход которого подается заданное напряжение с R1 (вход 2), импульсный сигнал для преобразования постоянного напряжения в импульсное (разгрузка транзистора, вход 3) и сигнал обратной связи с тахогенератора G. Дополнительно сюда же вводится сигнал с шунта RS.
Рис. 30. Электрическая схема универсального полуавтомата для сварки в СО2 и порошковыми проволоками конструкции ИЭС им. Е.О. Патона
Настройка обратной связи производится потенциометром R10. Включение схемы при сварке осуществляется кнопкой S1, которая подключает через реле К1 контактор К2 и клапан газа К3. После этого включается двигатель М. Введение дополнительной обратной связи практически исключает появление дефектов при колебаниях руки сварщика.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Читайте также: