4.4 Програмне керування параметрами режиму епз

Програмні пристрої призначені для вироблення сигналів задаван­ня для САК, які змінюються у функції часу чи шляху. В установках ЕПЗ використовують програматори для керування електричними па­раметрами режиму зварювання струму променя і фокусуючої лінзи, для зміщення променя за допомогою електромагнітного відхилення за заданою траєкторією зі швидкістю зварювання і для швидкого пе­ріодичного відхилення (осциляції) електронного променя.

Програмна зміна струму променя і струму фокусуючої лінзи застосовується для зварювання кратера в кінці шва і при ЕПЗ виробів змінної товщини. При вимиканні струму променя для припинення зварювання в кінці шва залишається більш або менш глибокий кратер, класифікований як дефект шва. Щоб запобігти подібним дефектам, завершуючи зварювання, струм променя вручну плавно зменшують до нуля. Однак при цьому з'являються дефекти в корені шва, що часто також є недопустимим.

Програмна зміна струму променя і струму фокусуючої лінзи, що виконується одночасно в кінці зварювання, дає змогу усунути ці дефекти. Двоканальний пристрій, за яким можна дістати довільний за­кон зміни струму променя і струму фокусування, наведено на рисунку 4.19 (програматор входить до складу апаратури ЕПА60). Прин­цип роботи пристрою полягає в наступному. Програма зміни струму зварювання і фокусування розбивається на 15 рівних тимчасових ін­тервалів тривалістю 0,2—2 с кожен. До подільника задавальної на­пруги струму променя (фокусування) R1 — R14 (R15— R28) підімк­нено 16 аналогових ключів (МОП — транзисторів) VT1 — VT16 (VT17—VT32), виводи яких об'єднані. Кожен ключ під'єднаний до тої чи іншої точки подільника, що індикується положенням переми­кача X1 — Х16 (Х17 — Х32) на набірному полі. Схема керування послідовно один за одним вмикає ключі до подільника напруги, в результаті чого на її виході утворюється ступінчаста напруга, що змінюється в часі; вона використовується надалі як задавальна для регулятора струму променя (фокусування). Схема пускається зами­канням зовнішнього контакта S1. В результаті перемикається тригер DD1, DD2, який застосовують для усунення брязкоту контактів S1. Тригер пускає генератор тактової частоти G (DD3). Імпульси генера­тора надходять на лічильник СТ (DD4), на виході якого формується чотирирозрядний код, що відповідає кількості імпульсів, які надійшли.

Рисунок 4.19 – Принципова схема пристрою програмної зміни струму променя і струму фокусування для виводу катода

Цей код подають на вхід дешифратора DC (DD5), на виході (од­ному з 16) якого почергово з'являється висока напруга. Ця напруга вмикає відповідний ключ. Після замикання 16-го ключа цикл роботи припиняється. Для повторної роботи потрібно розімкнути І знову замкнути зовнішній контакт. Обидва канали — канал задавання стру­му променя і канал задавання струму фокусування — незалежно програмовані і синхронно керуються однією схемою керування.

При зварюванні металів змінної товщини треба змінювати струм променя і фокусуючої лінзи. З цією метою розроблені програматори СК-228 на базі програмованого контролера К1-20 (рисунок 4.20). Пульт керування є платою діалогу з клавіатурою та дисплеєм у вигляді газо­розрядного матричного індикатора ІМГ-1-03. Передавання керуючих сигналів на джерело живлення ЕПЗ установки здійснюється через оптоволоконну систему передавання даних «Електроніка МС-8401». Через плату дискретно-імпульсного зв'язку відбувається приймання сигналів від датчика лінійного переміщення виробу або гармати. Си­стема має сім режимів роботи: тест, запис, перегляд, корекція, конт­рольний прохід, зварювання, продовження. Одночасно зі струмом про­грамується і довжина ділянки шва, в межах якого режим зварювання

1 — контролер; 2 — матричний індикатор; 3 — плата зв'язку з об'єктом; 4 — система пе­редавання даних; 5 — плата дискретно-імпульсних зв'язків

Рисунок 4.20 – Функціональна схема системи програмування режимів ЕПЗ

сталий. За роздільної здатності сигналів переміщення 1 мм програма-тор дає змогу програмувати зварювання стику довжиною до 10 м. На дисплеї індикується в режимі записування і відтворюється номер кадру програми, струми, довжина кадру і координати зони зварюван­ня в даний момент. Можна задавати до 600 кадрів програми.

Програмне електромагнітне відхилення електронного променя знайшло широке застосування у сучасних електронно-променевих установках. Як звичайно, відбувається взаємопов'язане відхилення променя за двома координатами. Воно дає змогу:

1. Здійснювати зварювання за складним контуром невеликих розмірів при нерухомих електронно-променевій гарматі і виробі.

2. Регулювати розподіл потужності у поперечному перетині про­меня .

3. Формувати бажане температурне поле на поверхні виробу для термообробки.

Окрім зварювання, програмне електромагнітне відхилення елект­ронного променя використовують під час електронно-променевої об­робки металів — свердлення отворів, скарбування та ін. Для зва­рювання по складному контуру потрібно повільне відхилення про­меня на кут 5—15°. Звичайно, вимагаються найпростіші траєкторії — коло, прямокутник, яким відповідають синус-косинусні і пилкоподіб­ні зміни струму електромагнітних котушок відхилення. У результаті швидкого періодичного відхилення електронного променя із вихідним гаусівським розподілом потужності в поперечному перетині форму­ється джерело нагрівання, еквівалентне джерелу, що істотно відріз­няється від гаусівського розподілом потужності — трапецоїдним, кільцевим та ін. У багатьох випадках такий розподіл потужності підвищує якість зварювання. Струм ЕПЗ великих товщин у вітчиз­няній практиці провадиться виключно осцилюючим променем. Для цього використовують відхилення променя на 0,5—1,5° при частоті сканування 50—2000 Гц.

Для термообробки може бути потрібен кут відхилення до 45⁹ при частоті сканування 50—15000 Гц.

Фактично програматори відхилення електронного променя є ге­нераторами коливань спеціальної форми. У перших приладах цього типу використовувались стандартні аналогові генератори інфранизь-ких і звукових коливань синусоїдної і прямокутної форм. Друге по­коління програматорів виконувалося на спеціально сконструйованих аналогових генераторах. Елементною базою їх були інтегральні опе­раційні підсилювачі. Ці програматори забезпечували розгортання про­меня по колу, еліпсу, дузі кола і еліпса, рідше Х-та Т-подібні. Їхнім недоліком є нестабільність, низька точність, нелінійні спотворення, обмежений набір траєкторій.

Рисунок 4.21 – Пристрій цифрового програмного керування розгорткою електрон­ного променя

Сучасні програматори виконуються цифровими. Як елементну базу для них використовують цифрові мікросхеми малого і середнього ступеня інтеграції, мікропроцесори або ж програмовані контролери типу К1-20. Цифрові програматори забезпечують будь-яку наперед задану точність програми. Систематична похибка цих пристроїв ви­значається похибкою цифрової апроксимації траєкторії, тобто розряд-ністю застосовуваних чисел. Похибка менша від 1 % досягається уже при використанні шестирозрядних двійкових чисел. Найпростіші функціональні генератори реалізуються записуванням усіх потрібних координат переміщення променя у пам'яті пристрою і дальшого зчи­тування з неї. Спрощену схему такого генератора наведено на рисунку 4.21. Схема працює таким чином. Генератор D1 генерує прямо­кутні Імпульси напруги, які діляться за частотою 8-розрядним поділь­ником D2. Вихідні сигнали подільника утворюють 8-розрядний паралельний код, який циклічно змінюється, із приростом +l на кожному такті генератора. Цей код надходить на адресні входи постійних за­пам'ятовуючих пристроїв (ПЗП) D3 і D4, в яких за кожною адресою записано 10-розрядні коди координат 256 точок положення електрон­ного променя на поверхні зварюваного виробу. Після надходження на входи ПЗП поточної адреси на виходах з'являються коди координат X і Y променя, записані за цією адресою. Ці коди за допомогою цифро-аналогових перетворювачів A1 та A3 і операційних підсилювачів А2.1—А4.2 перетворюються у відповідного значення струму сигнали. Мікросхеми ПЗП встановлюються у спеціальні розняття. Маючи набір ПЗП, у кожному з яких записано свою програму відхилення променя, за допомогою одного такого генератора легко реалізувати будь-яку кількість законів відхилення променя простою заміною мікросхеми ПЗП.

Програматори, які виконано на мікроЕОМ, мають ту перевагу, що дають змогу оперативно задавати будь-яку траєкторію електрон­ного променя. Однак вони обмежені по частоті розгорток ( 1000 Гц) через порівняно малу швидкодію і мають значну вартість, оскільки мікроЕОМ цілком зайнято тільки відпрацьовуванням програми роз-гортки. В установках ЕПЗ із керуванням від мікроЕОМ найперспек-тивнішим є використання програматорів за схемою рисунку 4.21, де за­мість ПЗП використовують оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП). Сформована за допомогою мікроЕОМ програма перед зварю­ ванням записується в ОЗП і далі ЕОМ звільняється для інших опера­цій по керуванню зварюванням, а програматор працює автономно. Та­ка система суміщує гнучкість формування траєкторії променя з необ­меженою швидкодією і дешевиною систем на дискретних елементах.