Системы для управления процессами дуговой сварки с обеспечением инвариантности свойств соединений к неконтролируемым возмущениям

• Автор: Сас, Анатолий Васильевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 325 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

1.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ

И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ДУГОВОЙ СВАРКИ

1Л. Анализ современного состояния управления процессами сварки

1.2. Особенности комплекса свойств соединений дуговой сварки как объекта управления

1.2.1. Анализ пригодности процесса к декомпозиции

1.2.2. Оценка текущего значения показателей качества соединения

1.2.3. Оценка влияния технологических возмущений на качество шва

1.3. Цель и задачи работы

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В СВАРОЧНОМ КОНТУРЕ: "ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ - ДУГА - СВАРОЧНАЯ ВАННА - ШОВ"
2.1. Идентификация параметров рабочего режима (тока и напряжения) при сварке с плавящимся электродом
2.2. Моделирование процессов в дуге и сварочной ванне
2.3. Представление дуговой сварки в пространстве наблюдаемых входных переменных процессов
2.4. Адаптация процесса к действию неконтролируемых возмущений
2.5. Разработка формализованного метода анализа дуговой сварки как объекта управления свойствами сварных соединений
Выводы по главе
3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ КОМПЛЕКСА СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
3.1. Моделирование свойств сварных соединений
3.2. Построение областей состояния процессов дуговой сварки
3.3. Синтез базового рабочего режима процесса дуговой сварки
3.4. Идентификация температуры очага плавления при дуговой сварке
Выводы по главе
4. ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ СВОЙСТВАМИ СОЕДИНЕНИЯ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ
4.1. Расширение области существования процесса сварки с периодическими короткими замыканиями
4.2. Моделирование взаимодействия оператора с процессом дуговой сварки
Выводы по главе
5. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ КОМПЛЕКСОМ СВОЙСТВ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
5.1. Разработка информационно-измерительных систем и средств аттестации элементов процесса дуговой сварки и компонент квалификации сварщиков
5.2. Разработка систем управления процессом сварки короткой дугой
с плавящимся электродом
5.3. Разработка автоматизированной и автоматической систем управления качеством соединения при сварке с неплавящимся электродом
5.4.Разработка системы программного регулирования с идентификатором в цепи обратной связи качеством наплавки
Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Бурное развитие промышленного производства за последнее столетие сопровождалось быстрым изменением экологической обстановки. Существенный "вклад" в ухудшение экологии внесли техногенные катастрофы. Поте-ри от аварий на атомных электростанциях и химических заводах, как, например, на Чернобыльской АЭС или на химкомбинате г. Бхопал (Индия) сопоставимы с последствиями войн.
В современных условиях отказаться от достижений научно-технического прогресса и прекратить развитие атомной энергетики, химических и других опасных производств не представляется возможным. Поэтому вопросам повышения надежности изделий атомного, энергетического, химического и других отраслей машиностроения необходимо уделять самое серьезное внимание.
Одним из основных технологических процессов во многих отраслях промышленности: энергетическом и транспортном машиностроении, трубном производстве, изготовлении ответственных, в том числе пространственных конструкций, является сварка. И надежность изделий во многом зависит от того, насколько качественно выполнена сварка. Однако значительная часть дефектов изделий закладывается именно сварочным производством. Так, при производстве оборудования атомных станций эта доля составляет до 80 %, а при производстве газовых и нефтяных магистралей на долю сварочных дефектов приходится от 30 % до 70 %.
Использование управляющих и информационно-измерительных систем и средств в сварке началось одновременно с появлением самой сварки, с механического регулятора длины дуги Бенардоса. В ходе развития автоматизации для процессов дуговой сварки [1] было разработано множество различных средств и систем управления. В том числе была разработана, но не получила дальнейшего развития, система управления прочностью сварного соединения

пиально при расчете выходных переменных в ходе процесса можно использовать те же модели, что и для определения оптимальной совокупности параметров базового режима. Однако до настоящего момента при автоматизации нашли применение только простейшие модели. Причем это характерно не только для дуговой, но например, для контактной сварки. При этом используют как статистические, в том числе нейросетевые, так и детерминированные модели [2, 93, 95- 98, 70, 99].
Таким образом, можно комментировать тот факт, несмотря на отмеченные ранее некоторые недостатки приводимых в литературе математических моделей, для процесса дуговой сварки модели имеются практически по всем выходным переменным процесса (показателям качества сварного соединения).
Для расчета по моделям в ходе процесса текущих значений выходных переменных необходимо проводить измерения многих входных переменных процесса дуговой сварки: ток сварки, напряжение на дуге, скорость сварки, скорость подачи проволоки, толщина и состав свариваемого материала, геометрия разделки стыка и др.
На настоящий момент разработаны разнообразные датчики для многих сварочных параметров. Практически в любой системе автоматического регулирования используются датчики параметров режима. Действующее значение напряжения на дуге часто измеряют с помощью термоэлектрических преобразователей, или устройств, содержащих лампу накаливания и фотоэлектрическую преобразующую систему [100, 101]. Используются также датчики величины тока сварки, базирующиеся на магнитных полях, создаваемых протекающим током, датчики Холла [102]. Измерение действующих значений тока и напряжения при сварке на постоянном токе может быть произведено с помощью стандартных измерителей мгновенных значений с последующей фильтрацией высоких частот [103]. В большинстве случаев напряжение дуги снимается непосредственно с дугового проме-