Автоматизация сварочных процессов
Автоматика и
автоматизация сварочных процессов
Введение
сварочный автомат электрод
Большое значение в развитии сварки в
машиностроении имела разработка способов автоматической сварки. Современное
оборудование для сварки позволяет программировать режимы сварки.
Во второй половине ХХ в. произошел переход от
машинно-технической революции к научно-технической, которая характеризуется
широким использованием наукоемких технологий. В начале третьего тысячелетия
сварка является одним из ведущих технологических процессов.
Автоматической системой (системой
автоматического управления, или системой автоматического регулирования)
называют совокупность управляемого объекта и управляющего устройства,
взаимодействующих между собой в соответствии с законом (алгоритмом) управления.
Задаваемое на входе требуемое значение регулируемой величины называется
задающим воздействием системы.
Решение задач автоматики следует начинать с
детального изучения управляемого объекта или объекта регулирования. Режим
работы, состояние объекта характеризуются совокупностью физических показателей
(параметров) и определяются текущими внутренними процессами, на характер
которых влияют внешние воздействия.
1. Саморегулирование дуги с плавящимся
электродом
Особенностью электрических дуг при сварке
плавящимся электродом является присущее им свойство самовыравнивания
энергетического состояния в условиях возмущающих воздействий. Это явление
называется саморегулированием дуги (АРДС). Его использование позволило создать
автоматы для дуговой сварки с постоянной скоростью подачи электродной проволоки
без применения специальных регуляторов.
На рисунке 1 приведены ВАХ источника питания 1 и
статическая характеристика дуги 2, равенство токов и напряжений имеет место в
двух точках - А1 и А2.
Рисунок 1 - Внешняя характеристика источника
питания (1) и вольтамперная характеристика дуги (2)
Для устойчивого горения дуги вольтамперная
характеристика источника питания должна быть более крутопадающей, чем вольтамперная
характеристика дуги.
2. Управление скоростью вращения электроприводов
В механизмах подачи электродной проволоки в
сварочных полуавтоматах и автоматах и механизмах перемещений автоматов
преимущественно применяются электродвигатели постоянного тока. Управлять
скоростью двигателя можно тремя способами: изменением подводимого напряжения,
потока, сопротивлением цепи якоря. Включение дополнительного сопротивления в
цепь якоря приводит к получению падающей механической характеристики привода (с
ростом нагрузки на валу скорость вращения двигателя падает), что неприемлемо в
сварочных установках.Управление скоростью изменением величины магнитного потока
также в сварочных установках практически не применяется, т. к. в этом случае
скорость регулируется от номинальной и выше. В автоматах и полуавтоматах
электроприводы по своему назначению делятся на два типа (рисунок 2, 3):
для управления скоростями подачи электродной
проволоки и перемещения сварочной каретки и их стабилизации;
для управления напряжением дуги и его
стабилизацией - зависимая подача.
УС - усилитель разности сигналов задания Uз и
обратной связи Uос;
РН - регулятор напряжения для регулирования
напряжения на якоре двигателя Uя; Д - электродвигатель подачи электродной
проволоки; N - число оборотов двигателя; Р - редуктор; Vп - скорость подачи
электродной проволоки
Рисунок 2 - Функциональная схема управления
приводом независимой подачи электродной проволоки
ИП - источник питания; ДН - датчик напряжения на
дуге
Рисунок 3 - Функциональная схема управления
приводом зависимой подачи для регулирования и стабилизации напряжения на дуге
Из приведенных функциональных схем видно, что
необходимый закон регулирования напряжения на якоре двигателя обеспечивается
сигналом обратной связи ОС, снимаемой с входных зажимов якоря (в схеме с
независимой подачей) и с дугового промежутка (в схеме с зависимой подачей).
Этот сигнал сравнивается с сигналом задания в устройстве сравнения, а
полученная разность через усилитель УС управляет регулятором напряжения РН на
якоре двигателя Д.
Устройство сравнения в практических схемах
представляет собой схему вычитания двух напряжений и часто реализуется на3
резисторах. После сравнения сигналов задания обратной связи требуется усиление
разницы сигналов с большим коэффициентом усиления. На практике для этой цели
применяются усилители постоянного тока. В более ранних разработках они
реализовывались на транзисторах, а в последние годы используются интегральные
усилители постоянного тока. Эти усилители, называемые операционными,
практически не имеют недостатков, присущих усилителям на дискретных
компонентах. Обладая высоким коэффициентом усиления, большим входным
сопротивлением и имея два входа (прямой и инвертирующий), они объединяют в себе
функции сравнения и усиления сигналов, а также функции коррекции управляющих
воздействий. Последнее позволяет простыми средствами формировать требуемые
законы регулирования, обеспечивая тем самым необходимые статические и
динамические свойства электроприводов.
3.Автоматы с постоянной скоростью подачи
электрода
.1 Общие сведения
При достаточных скоростях плавления электродной
проволоки возможна удовлетворительная работа дугового автомата при постоянной
скорости подачи электродной проволоки без применения каких-либо автоматических
механизмов для регулирования процесса сварки. Оригинальная идея использования
подобного автомата, требующего минимального ухода и обслуживания, принадлежит
Институту электросварки им. Е.О. Патона. Институт разработал целую серию
автоматов для сварки под флюсом токами до 3000 А.
Конструкции автоматов отличаются простотой:
трехфазный асинхронный электродвигатель с постоянным числом оборотов через
коробку передач приводит во вращение ролик, подающий электродную проволоку.
Скорость подачи проволоки изменяется сменой передаточных зубчатых колес. Таким
же образом регулируется скорость перемещения по шву у самоходных автоматов и
сварочных тракторов.
Автоматы снабжены дополнительными устройствами:
для правки электродной проволоки, поворота, наклона и точной установки автомата
над швом, указателями и копирами, корректирующими положение конца электрода
относительно оси шва. Автоматы с постоянной скоростью подают проволоку все
время по направлению к изделию, зажигание дуги производится кратковременным
пуском электродвигателя автомата в обратную сторону. После зажигания дуги
электродвигатель автомата переключается на подачу электродной проволоки к
изделию и вследствие саморегулирования сварочной дуги быстро устанавливается нормальная
работа автомата. В конце сварного шва выключается механизм перемещения дуги и
автомат, подающий электродную проволоку; сварочный ток не выключается, и дуга
продолжает гореть до естественного обрыва вследствие ее удлинения. Таким
образом заваривается конечный кратер.
Управляют автоматом обычно через установленный в
удобном месте кнопочный пульт управления.
Автоматы с постоянной скоростью подачи электрода
наиболее распространены вследствие простоты устройства и надежности в работе.
.2 Универсальный дуговой автомат АДФГ-630
Универсальный сварочный автомат АДФГ-630
предназначен для автоматической однослойной, многослойной сварки и наплавки
электродной проволокой в среде защитных газов, а так же под слоем флюса изделий
из малоуглеродистых и низколегированных сталей на постоянном токе.
АДФГ-630 используется при сварке стыковых,
угловых и нахлесточных соединений (с разделкой и без разделки кромок), внутри и
вне колеи автомата, прямым и наклонным электродом, а так же при сварке угловых
соединений «в лодочку». Сварочные швы могут быть прямолинейными и кольцевыми.
Автомат в процессе сварки перемещается
непосредственно по свариваемому изделию или рядом с изделием, а так же может
передвигаться по уложенной направляющей профильной линейке.
Рисунок 3 - Универсальный дуговой автомат
АДФГ-630
Основные преимущества:
- Универсальность, так как на базе
одной тележки может производить сварку в среде защитных газов, а так же под
слоем флюса, при установке соответствующей комплектации на автомат (под газ или
под флюс).
- Плавная регулировка скорости подачи
электродной проволоки.
- Плавная регулировка скорости
перемещения тележки автомата.
- Дистанционное включение и плавное
регулирование сварочного напряжения источника.
- Регулировки положения сварочной
головки в различных пространственных положениях.
- Наличие пульта дистанционного
управления.
- Наличие тормозного устройства под
кассету сварочной проволоки с внутренним диаметром 50 мм.
- Надежность и простота конструкции.
- Малый вес и габаритные размеры.
Таблица 1 - технические характеристики
параметры
|
значения
|
1
|
2
|
|
В
среде газа
|
под
слоем флюса
|
Напряжение
питающей сети, при частоте 50 Гц, В
|
3
х 380
|
Номинальный
сварочный ток , А
|
630
|
Диаметр
электродной проволоки, мм: - стальная - порошковая
|
1,2
- 2,4 1,2 - 3,2
|
1,2
- 3,01,2 - 3,2
|
Пределы
регулирования скорости подачи электродной проволоки, м\ч
|
120
- 720
|
Пределы
регулирования скорости сварки, м\ч
|
12
- 120
|
Угол
поворота сварочной головки относительно вертикальной оси, град.
|
±90
|
Угол
поворота сварочной головки вокруг горизонтальной оси, град.
|
Максимальный
боковой наклон трактора, град.
|
45
(с поворотной опорой стойки)
|
Ход
вертикального суппорта, мм
|
100
|
|
Ход
горизонтального суппорта, мм
|
100
|
|
Межосевое
расстояние колес, мм
|
240
|
|
Колесная
колея, мм
|
182
|
|
Вместимость
кассеты для сварочной проволоки, кг
|
15
|
|
Масса
трактора, без проволоки, кг
|
32
|
35
|
|
Габаритные
размеры, мм (длина х ширина х высота)
|
680х385х63
|
680х385х692
|
|
|
|
|
|
|
Заключение
Современный технологический процесс выполняется
машинами, где человеку отводится роль оператора, наблюдающего за его ходом и
принимающего решения. Для влияния на ход процесса необходимо обеспечивать
контроль его параметров и производить необходимые измерения и действия.
Зачастую все эти задачи решаются автоматически и оператору выдается только
необходимая информация в наиболее удобной форме.
В условиях производства без широкого применения
автоматики, теории и техники автоматического регулирования невозможно получить
сварные соединения высокого качества. Особое значение автоматизация сварки
имеет в атомной, энергетической, судостроительной, химической промышленности, в
ракетной технике, где всегда важно получать сварные соединения высокого
качества.
Инженер-сварщик должен уметь самостоятельно
разрабатывать технические задания на проектирование автоматических устройств,
систем управления, в том числе и выполняемых на базе ЭВМ.
В данной работе был выбран сварочный автомат,
определены характеристики дуги, последовательность установки заданного режима
сварки по току и напряжению дуги, а также, приведена схема автомата и описан
принцип его работы.
Список использованных источников
1. Автоматизация сварочных
процессов: учеб.пособие. -СПб.: ВТУЗ-ЛМЗ, 2006. - 101 с.
Львов, Н.С. Автоматика и
автоматизация сварочныхпроцессов / Н.С. Львов, Э.А. Гладков. - М.:
Машиностроение,1982. - 302 с.
Автоматизация сварочных процессов /
под ред. В.К. Лебедева, В.П. Черныша. - Киев: В. школа, 1986. - 296 с.
Гладков, Э.А. Автоматическое
регулирование сварочныхпроцессов / Э.А. Гладков, И.И. Заруба, Ю.Н. Ланкин. -
М.: Наука, 1981.
Интертехприбор // INTERTEHNO.RU:
ежедн. интернет-изд. 2009. URL:
http://www.intertehno.ru/articles/c4/33/
(дата обращения: 29.01.2014).
Портал о сварке // WELDING.SU:
ежедн. интернет-изд. 2007. URL:
http://www.welding.su/articles/additional/additional_6.html
(дата обращения: 29.01.2014)