2.2 Програмне керування зварювальними циклами

Програмне керування є основним засобом реалізації циклів механізованого дугового зварювання в захисних газах і під флюсом. Програма роботи пристроїв установок для дугового зварювання зви­чайно закладена жорстко вже на етапах розроблення і виготовлення обладнання і через те будь-які зміни її в процесі експлуатації уск­ладнюються, оскільки це пов'язано з перебудовою електричної і кінематичної схем. Для опису робо­ти обладнання під час виконання зварювальних циклів найбільшо­го поширення на практиці набули циклограми, схеми алгоритмів, графи функціонування та ін.

Нижче розглянуто деякі прик­лади СПК зварювальними циклами.

Рисунок 2.2 – Циклограма роботи пристрою керування устаткуванням для зварю­вання неплавким електродом

Програмне керування циклом зварювання неплавким електродом (рисунок 2.2). Після натискання на кнопку «Пуск» вмикається реле ча­су, яке задає тривалість поперед­ньої продувки газу t_п.г, потім вми­кається осцилятор і збуджується дуга, після чого запускається реле часу: t_р.н.д — затримки вмикання регулятора напруги дуги РНД; t_з.пр — затримки вмикання програ­ми подавання присаджувального дроту; t_з.к — затримки вмикання привода каретки. Після відпрацю­вання часової затримки t_р.н.д вми­кається регулятор РНД, який уста­лює потрібну напругу на дузі або періодично змінює її (наприклад, за імпульсно-дугового зварюван­ня — на рисунку 2.2 не показано). Потім реле часу вмикає привод подавання присаджувального дроту і привод каретки. З моменту t_н.п досягнення усталеного значення v_пp починається виконання робо­чого етапу програми (t_p.п), протягом якого параметри I_д, U_д, v_пр, v_к і витрати захисного газу у найпростішому випадку не змінюються.

Завершення циклу зварювання t₃ відбувається за командою «Стоп зварювання» від пульта або від кінцевого вимикача. Від цього моменту починається виконання кінцевого етапу програми t_к.п. При цьому запускається перший програматор струму дуги і протягом часу t_п.д струм дуги знижується до значення I_п.д. Після цього за­пускаються: другий програматор струму дуги і програматор зниження швидкості подавання присаджувального дроту. Програматор струму дуги діє на РНД, який розтягує дугу до природного обривання, а про­граматор привода подавання спочатку знижує швидкість подавання до нуля, запирає РНД, після чого привод подавання на час t_p реверсується і дріт відводиться від виробу. Після зупинення каретки захис­ний газ протягом часу t_з.о обдуває зварний шов і зварювальний цикл завершується.

Для багатьох установок при зварюванні неплавким і плавким електродами цикл зварювання виявляється значно складнішим (див. 2.11). У цьому разі доцільно використовувати універсальні вільно-програмовані пристрої керування. Застосування таких пристроїв виправдане, наприклад в установках для зварювання неповоротних стиків товстостінних труб, якщо залежно від положення в просторі зварювальної головки і номера проходу треба змінювати режим зва­рювання для забезпечення потрібного формування швів.

Програмне керування циклом механізованого зварювання в се­редовищі захисних газів. На рисунку 2.3 наведено циклограму роботи блоку програмного керування зварювальним напівавтоматом. Блок дає змогу здійснювати керування процесами зварювання довгих і коротких швів, а також зварювання точками.

Зварювання довгих швів (рисунок 2.3, а) починається після одноразо­вого натискання і відпускання командної кнопки «Пуск», розміщеної на держаку тримача пальника. При цьому спрацьовує клапан газо-відсікача і через нерегульований час, що становить 0,5 с (на часовій осі циклограми ця витримка часу не показана), вмикаються двигун

а — зварювання довгих швів; б — зварювання коротких швів; в — зварю­вання точками

Рисунок 2.3 – Циклограма роботи блоку програмного керування зварю­вальним напівавтоматом у режимах

КПП — керований привод подавання електродного дроту; 1...3 — кола подавання сигна­лів динамічного гальмування, струмового захисту, вмикання привода відповідно (див. рис. Д.2); «—» — зварювання довгих швів; «- - -» — зварювання коротких швів;

«…….» — зварювання точками

Рисунок 2.4 – Блок програмного керування зварювальним напівавтоматом

подавання електродного дроту і джерело зварювального струму. Під час замикання електрода на зварюваний метал збуджується дуга і по­чинається зварювання, яке продовжується до повторного натискання кнопки на тримачі пальника. Після цього зупиняється двигун пода­вання електродного дроту, відбувається його обгоряння і дуга гасне. З витримкою часу і_дж вимикається джерело зварювального струму, потім протягом часу t_г провадиться обдування кратера і розігрітого металу шва захисним газом.

Під час зварювання коротких швів (рисунок 2.3, б) кнопка на трима­чі пальника лишається натисненою і програма завершення процесу зварювання починається після її відпускання.

У режимі зварювання точками (рисунок 2.3, в) двигун подавання елект­родного дроту вмикається на певний час, який може задати звар­ник за допомогою змінного резистора, вісь якого виведена на передню панель блоку керування. Подавання електродного дроту відбувається протягом заданого часу t₁, t₂, t₃, що не залежить від тривалості натискання кнопки, яка розміщена на тримачі пальника. Програма завершення процесу зварювання відбувається автоматично після вимкнення двигуна. Повний цикл зварювання визначається залежністю

Логічну частину схеми блоку керування зварюванням (рисунок 2.4), який здійснює розглянуті програми, зібрано на інтегральних мікросхемах серії К511 (схеми DD1, DD2, DD3). Як ключі, що здійснюють комутацію електромагніту клапана газовідсікача Y і реле вмикання джерела зварювального струму К1, використовуються тиристори VS1, VS2, вмикання яких відбувається за допомогою транзисторів VT1, VT2. Режим зварювання: «Довгий шов», «Короткий шов», «Зварюван­ня точками» задають перемикачем S1 та резистором R8. Як керований привод подавання електродного дроту КПП використовується привод. Джерело живлення елементів схеми на рисунку 2.4 не показане.

У режимі «Зварювання довгих швів» (кнопку S1 відпущено) схема працює таким чином. Позитивний сигнал через кнопку «Пуск», роз­міщену на тримачі пальника, перемикає тригер ТТ (DD3.1) і останній запам'ятовує цей стан. Сигнал із виходу Q тригера (логічна одиниця) через схему збігання DD1.2 вмикає привод КПП і через інвертори DD2.1, DD2.2, DD2.3 і транзистори VT1, VТ2 вмикає тиристори VS1, VS2, в анодне коло яких увімкнені обмотки електромагніту клапана газовідсікача У і реле джерела живлення К1.

Елемент DD1.1 підготовлює коло динамічного гальмування. До одного з входів DD1.1 надходить логічний нуль із виходу інвертора DD2.4, а до другого через перемикач S1 логічний нуль із Q виходу тригера DD3.1. Сигнал динамічного гальмування на виході елемента DD1.1 відсутній. При поверненні кнопки «Пуск» до вихідного стану описаний стан схеми зберігається, оскільки тригер DD3.1 увімкнено.

При повторному одноразовому натисканні кнопки «Пуск» тригер DD3.1 перемикається до вихідного стану. Сигнал на виході Q цього тригера дорівнює нулю, відкривається вихідний транзистор елемента DD1.2 і привод вимикається. До обох входів елемента DD1.1 (після відпускання кнопки «Пуск») надходить сигнал логічної одиниці і його вихід вмикає коло динамічного гальмування привода. Конденсатор С1 починає розряджуватися на резистор R2. При зниженні напруги на С1 до порогу спрацьовування елемента DD2.1 сигнал на виході цього елемента дорівнюватиме одиниці, а на виході елемента DD2.2 — нулю. Тиристор VS2 вимикається, розмикається коло живлення реле КІ і джерело зварювального струму вимикається. Через резистор R3 починає заряджатися конденсатор С2 і при досяганні на ньому напру­ги порогу спрацьовування інвертора DD2.3 на його виході з'явля­ється логічний нуль, тиристор VS1 закривається, клапан газовідсі­кача припиняє подавання захисного газу. Схему підготовлено до по­вторного пуску.

При ввімкненій кнопці «Зварювання точками» перемикача S1 робочий стан схеми визначається тривалістю заряду конденсатора СЗ через резистор R8, після чого на входах 5 обох тригерів (основного DD3.1 та допоміжного DD3.2) з'явиться логічний нуль і вони повер­нуться до вихідного стану. За час зварювання точки будь-які маніпу­ляції з кнопкою «Пуск» не змінюють стану схеми, оскільки на другому

вході інвертора DD2.4 присутній забороняючий (нульовий) сигнал Q виходу тригера DD3.2.

Довгочасність «Зварювання короткими швами» визначається три­валістю вмикання кнопки «Пуск». При її відпусканні схема поверта­ється у вихідне положення. При цьому тригери DD1 в роботі схеми не беруть участі.

Програмне керування циклом автоматичного зварювання плавким електродом. Пристрій програмного керування забезпечує цикл зварювання в середовищі захисних газів або під флюсом у таких режимах:

1. Автоматичний режим — після натискання кнопки «Пуск» увесь цикл зварювання, починаючи з визначеної вихідної позиції, здійснюється без безпосередньої участі оператора.

2. Напівавтоматичний режим, при якому зварювання можна здійс­нювати, починаючи з будь-якої позиції на вибір оператора. При цьому режим зварювання на окремих ділянках шва може бути зміненим.

3. Налагоджувальний режим, який використовується для встанов­люваних рухів зварювального інструменту, а також при налагоджу­вальних і ремонтних роботах. Джерело зварювального струму у цьому режимі вимкнено.

Спрощений алгоритм функціонування під час пуску автомата для зварювання під флюсом наведено на рисунку 2.5. Після здобуття команди «Пуск» (символ 1) перевіряються всі блоківки (символ 2): наявність усіх механізмів автомата у вихідному стані, води в системі охолоджен­ня, флюсу в бункері, виробу на зварювальній позиції та ін. Якщо хоча б одна з блоківок спрацювала, то за умовою «Так» подається тривожний сигнал (символ 4). За нормального стану блоківок здійс­нюється перехід до рішення 3. Якщо реле часу t₁ не ввімкнено, то вмикається джерело зварювального струму — символ 5. Рішення 6 визначається умовою збудження дуги. Дуга може збуджуватися при нерухомому зварювальному апараті або такому, що переміщується з малою швидкістю. Як правило, ця умова задається перемикачем, розміщеним на пульті зварювального апарата, який має положення «Збудження на ходу», «Збудження на місці».

При збудженні дуги «На ходу» за рішенням «Ні» 6 відбува­ється перехід до рішення ЗО — «Напрям зварювання». На пульті зварювального апарата, як правило, є перемикач напряму зварюван­ня. За нульовим або одиничним рішенням ЗО здійснюється перехід до вітки правого або лівого руху. Якщо зварювання провадиться в лівий бік, то тоді через кінцевий вмикач 32 вмикається привод візка 34, щоб переміщувати його ліворуч, задається швидкість цього пере­міщення (символ 55), а також подається команда на вмикання флюсо-затвора 7.

За допомогою датчиків (наприклад, реле) напруги і струму дуги здійснюється збудження дуги. До початку виконання програми джерело зварювального струму ввімкнено, на проміжку електрод — виріб є напруга, але струм відсутній, оскільки електрод не торка­ється виробу. За умовою U_дI_д (8, 10) вмикається привод подавання електродного дроту (11—14) і при контакті його торця з поверхнею виробу створюються умови для збудження дуги. Якщо на поверхні металу наявні окалина, флюс, оксидна плівка та інші забруднення, надійному збудженню дуги сприяє переміщення торця дроту по виро­бу при ввімкненому приводі візка. При короткому замиканні елект­рода на виріб починає протікати струм І_д і напруга джерела зменшу­ється майже до нуля, тобто формується умова U_дI_д (8, 9), напрям подавання електрода реверсується, електрод відривається від виробу (13—16). У момент збудження дуги формується умова U_дI_д (8—10) і електрод починає подаватися в зону зварювання.

Рисунок 2.5 – Алгоритм функціонування зварювального автомата під час пуску

Можливий випадок, коли при відриванні електрода дуга не збу­джується — тоді знову виникає умова U_дI_д, за якої електрод повторно подається до виробу. За відсутності дуги кола (11—14) та (13—16) забезпечують зворотно-поступальне переміщення електрода до виробу до короткого замикання. Це ж коло запускає реле часу t₁ (17), яке через 3—5 с вмикає сигнал «Тривога» (4) і розриває коло відпрацюван­ня алгоритма «Пуск зварювання» (3). За нормального збудження дуги формується умова U_дI_д, за якої запускається реле часу t₂ (12—15), що видає через 0,5 с сигнал на відпрацювання програми зварювання початку шва (18, 20, 22). Швидкості візка і подавання електрода зростають (23, 24, 25), після чого запускається реле часу t₃ (26) та ін. Розглянутий алгоритм збудженння дуги і початку зварювання застосовується для електродів діаметром до 4 мм за наявності ввідних технологічних планок. Якщо збудження дуги здійснюють за допомо­гою осциляторів, то після того, як відбудеться пробій високовольт­ною напругою дугового проміжку і з'явиться струм I_д, осцилятор ви­микається. При цьому виконується програма заварювання кратера: знижуються швидкості зварювання і подавання електрода. Після зупинки візка припинення подавання електродного дроту ввідбувається з витримкою часу, виліт електрода оплавлюється і дуга гасне. Потім електрод на зниженій швидкості відводиться від виробу. На цьому процес зварювання завершується. Система повертається у ви­хідний стан.

Апаратура керування повинна мати пристрої, які запам'ятовують обрану програму і здійснюють її під час зварювання. У найпростіших випадках потрібна програма встановлюється за допомогою пристроїв типу «Кінцевий вимикач», який спрацьовує на шляху переміщення електрода щодо виробу. В складніших випадках системи керування доцільно будувати на базі обчислювальної техніки. При цьому на систему керування можуть бути покладені функції контролю справ­ності технологічного устаткування і документування виконання тех­нологічного процесу.