Автоматическая стабилизация сварочных процессов

Автоматическая стабилизация сварочных процессов — стабилизация горения дуги с прерыванием и в непрерывном режимах при наличии действующих внешних возмущений. Стабилизация сварочных процессов позволяет автоматически вести сварку с высоким качеством и минимумом дефектов.

При разработке и построении систем автоматической стабилизации при сварке в качестве параметров обратной связи выступают ток во вторичном сварочном контуре, падение напряжения на электродах или физические параметры, такие как тепловое расширение металла, тепловое излучение с поверхности свариваемых заготовок.

Проблемами автоматической стабилизация сварочных процессов занимались как отечественные ученые В. И. Махненко, В. А. Судник, А. А. Чакалев, Ф. А. Аксельрод, Ю. Е. Иоффе, Н. Н. Рыкалин, Б. Д. Орлов, К .К. Хренов, так и зарубежные - Thomas. W. Eagar, H.S. Cho, S. A. Gedeon, D. W. Dickinson и др.

Источники нестабильности

Основными источником нестабильности при дуговой сварке в металлах являются:

• изменения длины электрической дуги, вызываемые шероховатостями поверхности свариваемого изделия, капельным переносом металла;
• изменения «вылета» электрода, происходящие от колебаний расстояния между токоподводящим мундштуком и изделием из-за неравномерной подачи сварочной проволоки, колебаний напряжения в сети и др.; увеличение вылета электрода является причиной разбрызгивания свариваемого жидкого металла;
• изменения напряжения холостого хода источника питания, сопротивления сварочной цепи, вызываемые колебаниями напряжения сети, нагревом обмоток трансформатора или нестабильностью контактов;
• изменения момента на валу электродвигателей подачи электрода и перемещения по стыку сварочного автомата; эти возмущения обычно приводят к изменению скорости подачи электродной проволоки и скорости сварки;
• изменения геометрии сборки стыка под сварку, зазора, притупления стыка, изменение угла разделки кромок;
• химическая или структурная неоднородность свариваемого материала;
• изменения толщины свариваемого материала по длине стыка;
• изменения состояния свариваемой поверхности металла (окисные пленки, пятна масла, вредные покрытия);
• коррозия, изменения химического состава электрода в процессе сварки;
• смещения электрода и стыка относительно друг друга.

Эти возмущения вызывают отклонения от заданного основных параметров режима - тока, напряжения дуги, скорости сварки. Изменение ввода теплоты в зону стыка приводят к появлению в сварочном шве таких дефектов, как непровары, подрезы, наплывы, поры и др.

Системы стабилизации

Благодаря проведенным исследованиям сварочных удалось установить физическую природу аномальности поведения сварочной дуги и выработать методы ее снижения. Основным методом стало управление стадиями формирования сварного соединения через каналы обратных связей, контролирующих основные энергетические характеристики процесса с учетом возмущающих факторов. Эффективность автоматизации сварочных процессов часто определяется точностью подготовки заготовок и их сборкой.

Для стабилизации энергетических параметров сварочных процессов используют замкнутые системы автоматического регулирования выполненные на разной элементной базе. В замкнутой схеме автоматического регулирования изменение регулирующего воздействия Хр определяет изменение регулируемой величины Хвых. Это изменение происходит до тех пор, пока значение Хвых (сварочный ток, сварочное напряжение) не достигнет требуемого значения и не восстановится равновесие системы регулирования, при этом ΔХ = 0.

Источником корректирующего воздействия на систему служит отрицательная обратная связь, сигнал Хо с которой определяется только отличием измеренного значения Хвых от задаваемого Хвх, т. е. (ΔХ=lХвхl-lХосl), и не зависит от параметров и места приложения возмущений В. Обратные связи делаются на основе схем измерителей силы сварочного тока или напряжения, разных видов излучений сварочной зоны (тепловое, Электромагнитное), положения границы шлак-металл при электрошлаковой сварке, перемещений электродов или свариваемых изделий при контактной сварке или других параметров сварочного процесса.

Для автоматической стабилизации сварочных процессов используются схемотехнические устройства:

• Устройства регулирования и стабилизации тока и напряжения в сварочных трансформаторах и выпрямителях.
• Устройства для снижения напряжения холостого хода сварочных источников питания.
• Системы управления параметрами сварочного процесса.

К разновидностям систем автоматической стабилизации сварочных процессов относятся:

• Системы автоматического регулирования дуги саморегулированием (АРДС). В процессе сварки подача электрода (его положение, скорость) сравнивается с помощью контура обратной связи со скоростью его плавления. При достижении равенства указанных скоростей в сварочном контуре устанавливается необходимая сила тока I, которая с требуемой точностью поддерживается системой саморегулирования на требуемом уровне. Ошибка системы АРДС по току при дуговой сварке под флюсом при изменении напряжения на дуге от 30 до 50 В в системах АРДС обычно не превышает 10%. Автоматы на основе системы АРДС просты, надежны и недороги, что обусловило их широкое распространение.
• Системы автоматического регулирования напряжения дуги с воздействием на скорость подачи электродной проволоки (АРНД). В устройство АРДН дополнительно входит специальное устройство - регулятор. Регулятор стабилизирует напряжение дуги путем автоматического изменения скорости подачи электрода. С возникновением возмущения по напряжению дуги увеличивается через изменение магнитного потока повышается скорость подачи электродной проволоки. Торец электрода будет приближаться к изделию, уменьшая ток и снижая напряжение дуги.
• Система автоматического регулирования вылета электрода (АРВ). В АРВ дополнительно вводится регулятор, позволяющий уменьшить статические ошибки по току и напряжению дуги при значительных возмущениях в питающей системе и по длине вылета.
• Система автоматического регулирования тока и напряжения дуги с воздействием на питающую систему (АРП). АРП делятся на астатические (с механическим приводом) и статические - с воздействием на питающую систему через электрические параметры системы. Системы АРП с механическим приводом в регуляторе воздействуют на напряжение холостого хода сварочного трансформатора через исполнительный элемент — автотрансформатор АТ. В обеих схемах реализована обратная связь по напряжению дуги.
• Системы с программным управлением обеспечивают определенную последовательность операций включения и выключения отдельных узлов автомата. Их широко применяют в крупносерийном и массовом производствах.
• Самонастраивающиеся и экстремальные системы с самоизменяющейся уставкой. Работой этих систем управляет компьютерная программа работы системы автоматического регулирования с самоизменяющейся уставкой. Она содержит совокупность всех основных параметров режима стыковой сварки, оптимальные значения сварки выбираются автоматически в зависимости от конкретных условий: толщины деталей, состояния их поверхности, сопротивления сварочного контура и т. д.

Литература

• Патон Б. Е. "Машиностроение Энциклопедия т.IV-6. Оборудование для сварки".
• Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. М.: Машиностроение, 1978.
• Гладков Э. А. Управление процессами и оборудованием при сварке: / Э. А. Гладков. – М. : Академия, 2006. – 430 с.
• Ленивкин В. А. Автоматизация сварочных процессов. / В. А. Ленивкин, Е. Н. Варуха, А. В. Павленко. – Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2003. – 128с.
• Гладков Э. А. Контроль и управление глубиной проплавления при дуговой сварке. / Э. А. Гладков, О. Н. Киселев, Р. А. Перковский. - М. : МГТУ им. Баумана, 2003. – 52с.
• Лебедев В. Н. Автоматизация сварочных процессов./ В. Н. Лебедев, В. П. Черныш. - Киев : Вища школа, 1986.-286с.
• Львов Н. С., Гладков Э. А. Автоматика и автоматизация сварочных процессов. Москва: Машиностроение, 1982. – 302 с.

Ссылки

• [www.autowelding.ru/publ/1/1/1/8-1-0-21 Автоматизация сварочных процессов]
• [taina-svarki.ru/sposoby-svarki/avtomaticheskaya-svarka/avtomaticheskaya-svarka-pod-flyusom.php Автоматическая сварка под флюсом]

К:Википедия:Изолированные статьи (тип: не указан)

Отрывок, характеризующий Автоматическая стабилизация сварочных процессов

Он прошел в другую комнату, и оттуда тотчас же послышались басистые и ворчливые звуки его голоса.


Не успел князь Андрей проводить глазами Пфуля, как в комнату поспешно вошел граф Бенигсен и, кивнув головой Болконскому, не останавливаясь, прошел в кабинет, отдавая какие то приказания своему адъютанту. Государь ехал за ним, и Бенигсен поспешил вперед, чтобы приготовить кое что и успеть встретить государя. Чернышев и князь Андрей вышли на крыльцо. Государь с усталым видом слезал с лошади. Маркиз Паулучи что то говорил государю. Государь, склонив голову налево, с недовольным видом слушал Паулучи, говорившего с особенным жаром. Государь тронулся вперед, видимо, желая окончить разговор, но раскрасневшийся, взволнованный итальянец, забывая приличия, шел за ним, продолжая говорить:
– Quant a celui qui a conseille ce camp, le camp de Drissa, [Что же касается того, кто присоветовал Дрисский лагерь,] – говорил Паулучи, в то время как государь, входя на ступеньки и заметив князя Андрея, вглядывался в незнакомое ему лицо.
– Quant a celui. Sire, – продолжал Паулучи с отчаянностью, как будто не в силах удержаться, – qui a conseille le camp de Drissa, je ne vois pas d'autre alternative que la maison jaune ou le gibet. [Что же касается, государь, до того человека, который присоветовал лагерь при Дрисее, то для него, по моему мнению, есть только два места: желтый дом или виселица.] – Не дослушав и как будто не слыхав слов итальянца, государь, узнав Болконского, милостиво обратился к нему:
– Очень рад тебя видеть, пройди туда, где они собрались, и подожди меня. – Государь прошел в кабинет. За ним прошел князь Петр Михайлович Волконский, барон Штейн, и за ними затворились двери. Князь Андрей, пользуясь разрешением государя, прошел с Паулучи, которого он знал еще в Турции, в гостиную, где собрался совет.
Князь Петр Михайлович Волконский занимал должность как бы начальника штаба государя. Волконский вышел из кабинета и, принеся в гостиную карты и разложив их на столе, передал вопросы, на которые он желал слышать мнение собранных господ. Дело было в том, что в ночь было получено известие (впоследствии оказавшееся ложным) о движении французов в обход Дрисского лагеря.
Первый начал говорить генерал Армфельд, неожиданно, во избежание представившегося затруднения, предложив совершенно новую, ничем (кроме как желанием показать, что он тоже может иметь мнение) не объяснимую позицию в стороне от Петербургской и Московской дорог, на которой, по его мнению, армия должна была, соединившись, ожидать неприятеля. Видно было, что этот план давно был составлен Армфельдом и что он теперь изложил его не столько с целью отвечать на предлагаемые вопросы, на которые план этот не отвечал, сколько с целью воспользоваться случаем высказать его. Это было одно из миллионов предположений, которые так же основательно, как и другие, можно было делать, не имея понятия о том, какой характер примет война. Некоторые оспаривали его мнение, некоторые защищали его. Молодой полковник Толь горячее других оспаривал мнение шведского генерала и во время спора достал из бокового кармана исписанную тетрадь, которую он попросил позволения прочесть. В пространно составленной записке Толь предлагал другой – совершенно противный и плану Армфельда и плану Пфуля – план кампании. Паулучи, возражая Толю, предложил план движения вперед и атаки, которая одна, по его словам, могла вывести нас из неизвестности и западни, как он называл Дрисский лагерь, в которой мы находились. Пфуль во время этих споров и его переводчик Вольцоген (его мост в придворном отношении) молчали. Пфуль только презрительно фыркал и отворачивался, показывая, что он никогда не унизится до возражения против того вздора, который он теперь слышит. Но когда князь Волконский, руководивший прениями, вызвал его на изложение своего мнения, он только сказал:
– Что же меня спрашивать? Генерал Армфельд предложил прекрасную позицию с открытым тылом. Или атаку von diesem italienischen Herrn, sehr schon! [этого итальянского господина, очень хорошо! (нем.) ] Или отступление. Auch gut. [Тоже хорошо (нем.) ] Что ж меня спрашивать? – сказал он. – Ведь вы сами знаете все лучше меня. – Но когда Волконский, нахмурившись, сказал, что он спрашивает его мнение от имени государя, то Пфуль встал и, вдруг одушевившись, начал говорить:
– Все испортили, все спутали, все хотели знать лучше меня, а теперь пришли ко мне: как поправить? Нечего поправлять. Надо исполнять все в точности по основаниям, изложенным мною, – говорил он, стуча костлявыми пальцами по столу. – В чем затруднение? Вздор, Kinder spiel. [детские игрушки (нем.) ] – Он подошел к карте и стал быстро говорить, тыкая сухим пальцем по карте и доказывая, что никакая случайность не может изменить целесообразности Дрисского лагеря, что все предвидено и что ежели неприятель действительно пойдет в обход, то неприятель должен быть неминуемо уничтожен.
Паулучи, не знавший по немецки, стал спрашивать его по французски. Вольцоген подошел на помощь своему принципалу, плохо говорившему по французски, и стал переводить его слова, едва поспевая за Пфулем, который быстро доказывал, что все, все, не только то, что случилось, но все, что только могло случиться, все было предвидено в его плане, и что ежели теперь были затруднения, то вся вина была только в том, что не в точности все исполнено. Он беспрестанно иронически смеялся, доказывал и, наконец, презрительно бросил доказывать, как бросает математик поверять различными способами раз доказанную верность задачи. Вольцоген заменил его, продолжая излагать по французски его мысли и изредка говоря Пфулю: «Nicht wahr, Exellenz?» [Не правда ли, ваше превосходительство? (нем.) ] Пфуль, как в бою разгоряченный человек бьет по своим, сердито кричал на Вольцогена:
– Nun ja, was soll denn da noch expliziert werden? [Ну да, что еще тут толковать? (нем.) ] – Паулучи и Мишо в два голоса нападали на Вольцогена по французски. Армфельд по немецки обращался к Пфулю. Толь по русски объяснял князю Волконскому. Князь Андрей молча слушал и наблюдал.
Из всех этих лиц более всех возбуждал участие в князе Андрее озлобленный, решительный и бестолково самоуверенный Пфуль. Он один из всех здесь присутствовавших лиц, очевидно, ничего не желал для себя, ни к кому не питал вражды, а желал только одного – приведения в действие плана, составленного по теории, выведенной им годами трудов. Он был смешон, был неприятен своей ироничностью, но вместе с тем он внушал невольное уважение своей беспредельной преданностью идее. Кроме того, во всех речах всех говоривших была, за исключением Пфуля, одна общая черта, которой не было на военном совете в 1805 м году, – это был теперь хотя и скрываемый, но панический страх перед гением Наполеона, страх, который высказывался в каждом возражении. Предполагали для Наполеона всё возможным, ждали его со всех сторон и его страшным именем разрушали предположения один другого. Один Пфуль, казалось, и его, Наполеона, считал таким же варваром, как и всех оппонентов своей теории. Но, кроме чувства уважения, Пфуль внушал князю Андрею и чувство жалости. По тому тону, с которым с ним обращались придворные, по тому, что позволил себе сказать Паулучи императору, но главное по некоторой отчаянности выражении самого Пфуля, видно было, что другие знали и он сам чувствовал, что падение его близко. И, несмотря на свою самоуверенность и немецкую ворчливую ироничность, он был жалок с своими приглаженными волосами на височках и торчавшими на затылке кисточками. Он, видимо, хотя и скрывал это под видом раздражения и презрения, он был в отчаянии оттого, что единственный теперь случай проверить на огромном опыте и доказать всему миру верность своей теории ускользал от него.
Прения продолжались долго, и чем дольше они продолжались, тем больше разгорались споры, доходившие до криков и личностей, и тем менее было возможно вывести какое нибудь общее заключение из всего сказанного. Князь Андрей, слушая этот разноязычный говор и эти предположения, планы и опровержения и крики, только удивлялся тому, что они все говорили. Те, давно и часто приходившие ему во время его военной деятельности, мысли, что нет и не может быть никакой военной науки и поэтому не может быть никакого так называемого военного гения, теперь получили для него совершенную очевидность истины. «Какая же могла быть теория и наука в деле, которого условия и обстоятельства неизвестны и не могут быть определены, в котором сила деятелей войны еще менее может быть определена? Никто не мог и не может знать, в каком будет положении наша и неприятельская армия через день, и никто не может знать, какая сила этого или того отряда. Иногда, когда нет труса впереди, который закричит: „Мы отрезаны! – и побежит, а есть веселый, смелый человек впереди, который крикнет: «Ура! – отряд в пять тысяч стоит тридцати тысяч, как под Шепграбеном, а иногда пятьдесят тысяч бегут перед восемью, как под Аустерлицем. Какая же может быть наука в таком деле, в котором, как во всяком практическом деле, ничто не может быть определено и все зависит от бесчисленных условий, значение которых определяется в одну минуту, про которую никто не знает, когда она наступит. Армфельд говорит, что наша армия отрезана, а Паулучи говорит, что мы поставили французскую армию между двух огней; Мишо говорит, что негодность Дрисского лагеря состоит в том, что река позади, а Пфуль говорит, что в этом его сила. Толь предлагает один план, Армфельд предлагает другой; и все хороши, и все дурны, и выгоды всякого положения могут быть очевидны только в тот момент, когда совершится событие. И отчего все говорят: гений военный? Разве гений тот человек, который вовремя успеет велеть подвезти сухари и идти тому направо, тому налево? Оттого только, что военные люди облечены блеском и властью и массы подлецов льстят власти, придавая ей несвойственные качества гения, их называют гениями. Напротив, лучшие генералы, которых я знал, – глупые или рассеянные люди. Лучший Багратион, – сам Наполеон признал это. А сам Бонапарте! Я помню самодовольное и ограниченное его лицо на Аустерлицком поле. Не только гения и каких нибудь качеств особенных не нужно хорошему полководцу, но, напротив, ему нужно отсутствие самых лучших высших, человеческих качеств – любви, поэзии, нежности, философского пытливого сомнения. Он должен быть ограничен, твердо уверен в том, что то, что он делает, очень важно (иначе у него недостанет терпения), и тогда только он будет храбрый полководец. Избави бог, коли он человек, полюбит кого нибудь, пожалеет, подумает о том, что справедливо и что нет. Понятно, что исстари еще для них подделали теорию гениев, потому что они – власть. Заслуга в успехе военного дела зависит не от них, а от того человека, который в рядах закричит: пропали, или закричит: ура! И только в этих рядах можно служить с уверенностью, что ты полезен!“