Методы и средства автоматизации процессов электродуговой сварки в защитных газах

• Автор: Тупиков, Николай Григорьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 290 с. : ил

Введение

1. Проблемы комплексной автоматизации процесса дуговой сварки

1.1. Автоматическое управление электрическим режимом процессом дуговой сварки.

1.2. Устройства для автоматического направления электрода по стыку свариваемых деталей.
1.3. Методы анализа статических и динамических свойств системы источник питания сварочная дуга

1.4. Особенности автоматической дуговой сварки в С плавящимся электродом .

1.5. Цели и задачи исследования

2. Разработка принципов построения и методов расчета управляемых

источников питания для дуговой сварки

2.1. Общие принципы построения управляемых источников питания для дуговой сварки

2.2. Тиристорные источники питания для дуговой сварки

2.3. Дискретные стабилизаторы напряжения для сварочных автоматов.
2.4. Блочномодульные источники питания для сварки в защитных газах
2.5. Дискретные адаптивные регуляторы напряжения для автоматической дуговой сварки.
3. Разработка способов и систем для автоматического направления
электрода по стыку свариваемых деталей
3.1. Разработка фотоэлектрических систем автоматического направления электрода по стыку свариваемых деталей
3.2. Разработка способов и систем для автоматического направления электрода по стыку с использованием дуги в качестве
чувствительного элемента.
3.3. Коррекция параметров режима сварки в зависимости от
ширины зазора в стыке свариваемых деталей
4. Математическая модель процесса дуговой сварки в защитных газах как объекта автоматического управления.
4.1. Представление процесса дуговой сварки с управляемым вентильным преобразователем в виде замкнутой системы .
4.2. Непрерывная аппроксимация периодических процессов в управляемом вентильном преобразователе рядами Фурье.
4.3. Статические и динамические модели процесса дуговой сварки с управляемым вентильным преобразователем в сварочном контуре.
4.4. Инженерная методика расчета статических и динамических характеристик управляемых вентильных преобразователей
для дуговой сварки.
5. Разработка и оптимизация систем автоматического управления процессом дуговой сварки.
5.1. Синтез оптимальных регуляторов электрического режима процесса дуговой сварки.
5.2. Разработка реализуемых квазиоптимальных регуляторов электрического режима процесса дуговой сварки.
5.3. Синтез комбинированных систем автоматического управления процессом дуговой сварки
5.4. Исследование чувствительности качественных показателей квазиоптимальных регуляторов электрического режима дуговой сварки к вариациям параметра объекта
6. Техническая реализация и результаты производственных испытаний квазиоптимальных регуляторов электрического процесса дуговой сварки, источников питания и систем автоматического
слежения за стыком.
6.1. Техническая реализация и экспериментальное исследование квазиоптимального регулятора электрического режима и быстродействующего управляемого источника питания для дуговой сварки.
6.2. Техническая реализация и исследование систем для автоматического направления электрода по стыку.
7. Режимы и техника сварки в защитных газах управляемыми источниками питания.
7.1. Сварка стыковых соединений
7.2. Сварка вертикальных швов
7.3. Сварка потолочных швов
Основные результаты работы
Литература


Основные усилия зри разработке устройств для автоматического направления электрода по лыку с оптическими датчиками в настоящее время направлены на разработку дискретных систем обработки изображения. Подобные устройства сущелвуют пока лишь в виде опытных образцов и предназначены для сварочных эоботов. Устройство слежения на основе матрицы фотоэлементов описано в заботе 8. Сигналы от фотоэлементов сравниваются с сигналами, соответлвующими заранее заданной геометрической модели стыка свариваемых деталей, по нескольким количественным и качественными уровням, и, таким эбразом, оценивается степень сходства модели с полученным изображением. Испытываются устройства слежения за стыком свариваемых деталей с применением телевизионных камер в качестве датчиков. Экспериментальная уюдель робота с телевизионным устройством слежения описана в 9. Устройство состоит из телекамерыдатчика, осветителя, дающего узкий пучок света, и миниЭВМ для обработки информации. Изображение проектируется на фотоматрицу, имеющую x элементов, которая преобразует аналоговые видеосигналы в дискретные. Далее сигналы обрабатываются системой управления. Такие устройства 0, повышают производительность труда при сохранении высокого качества сварки. Устройство состоит из двух электромагнитов, расположенных на горелке, источника питания электромагнитов импульсным током переменной полярности, миниЭВМ и исполнительных механизмов по двух координатам с электроприводами. Каждые мс в электромагниты подаются импульсы тока длительностью 4 мс, что приводит к отклонению сварочной дуги измеряются ее электрические параметры, по которым вычисляется длина дуги. Результаты вычислений сравниваются с хранящимися в памяти ЭВМ идеальными параметрами. Каждое отклонение от идеальных параметров преобразуется в корректирующие сигналы, которые управляют двумя серводвигателями. Серводвигатели обеспечивают перемещение сварочной горелки поперек шва и по вертикали. Отклонение дуги импульсным магнитным полем настолько мало и кратковременно, что практически не влияет на качество сварною шва. Но этот способ пригоден только для ведения электрода вдоль глубокой Vобразной разделки или для сварки уголковых ШВОВ. В Тульском государственном университете Панариным В. М., Карповым и Мазуровым В. М. достигнуты значительные успехи при построении систем слежения за стыком с использованием дуги в качестве чувствительного элемента . Однако, эти системы применимы только для сварки разделанных стыков, уголковых швов, а также при наличии поперечных колебаний электрода, что во многих технологических процессах сварки не используется. Появились сообщения о разработке устройств для автоматического слежения за стыком свариваемых деталей на основе датчиков инфракрасного излучения, датчиков, использующих эффект Холла, а также на базе лазеров 8. Начало исследованиям в области разработки динамических моделей сварочного процесса с применением управления было положено Б. Е. Патовом в х годах. Наиболее известны в этой области работы Б. Е. Патова, В. И. Дятлова, В. К. Лебедева, Л. Е. Алехина, Э. Н.С. Львова, В. А. Судника, Н. М. Трофимова. Значительный вклад в исследование процесса сварки внс В. И. Дятлов, открывший явление саморегулирования длины дуги. Им показано, что при соблюдении ряда условии длина дуги с плавящимся электродом после случайных возмущений восстанавливается автоматически за счт изменения скорости плавления электрода. Основные математические выражения, описывающие электрическую цугу приводится в работах 3, . В работах , рассмотрены процессы, протекающие в контуре, состоящем из источника питания и сварочной дуги. Получены теоретические соотношения, описывающие взаимосвязь между длиной дуги, вылетом электрода и сварочным током. Определена зависимость скорости плавления электрода от величины тока сварки. На основе обширного экспериментального материала установлен характер установлен характер изменения удельного сопротивления горячего вылета электрода о сварочного тока, получена зависимость эффективность значения анодного напряжения от плотности тока сварки, приведены соотношения, описывающие взаимосвязь между напряжнностью дугового промежутка и плотностью сварочного тока.