4.5 Автоматичне керування якістю зварного шва

Кінцева мета автоматичного регулювання процесу ЕПЗ — забезпе­чення заданої якості зварного шва. Описані в 4.4 пристрої автоматич­ного регулювання безпосередньо не використовують Інформацію про якість шва. Вони усувають вплив на якість деяких збурень, на­приклад коливання живильної напруги, зміну параметрів установки внаслідок нагрівання, старіння. Тому їх можна розглядати лише як місцеві контури зворотного зв'язку в загальній розімкненій системі автоматичного керування якістю шва. Для того щоб замкнути систе­му по якості шва, треба перш за все вимірювати параметри якості під час зварювання.

У цей час можна в деяких випадках виміряти під час зварювання один з найважливіших параметрів, що характеризують якість швів» глибину проплавлення. Найпростіше це здійснити при наскрізному проплавленні. З тильного боку зварюваного виробу 1 (рисунок 4.22) встановлюється ізольований колектор електронів 2, який з'єднано з «землею» через вимірювальний резистор R. При повному проплавлен­ні зварюваного зразка у ньому утворюється наскрізний парогазоди-намічний канал і частина електронів променя потрапляє на колектор 2. Утворюваний при цьому спад напруги на резисторі R підсилюється блоком узгодження БУ, порівнюється із заданим і їхня різниця по­дається на регулятор РГ.

Рисунок 4.22 – Регулятор наскрізно­го струму

Рисунок 4.23 – Регулятор інтенсивно­сті світіння парів металу-свідка

Сигнал регулятора діє на блок регулювання якогось параметра режиму зварювання, наприклад прискорюючої напруги, швидкості зварювання, але найчастіше — струму променя з використанням блока напруги зміщення (БНЗ), як це показано на рисунок 4.22 для тріодної гармати ЕПГ. Регулятор стабілізує задане значення наскрізного струму І_наск, що є одним із показників процесу ЕПЗ (див. рисунок 4.1), що гарантує 100 % проплавлення за більшості збурень, які діють на процес. Зазор у стику перед зварюванням по- винен бути достатньо малим, щоб помітно не впливати на наскрізний струм. Інші параметри якості зварного шва (підрізи, висота верхнього валка, провисання кореня шва та ін.) регулюються добором значень І_наск, а також налагодженням динамічних характеристик регулятора у разі його достатньої швидкодії. Особливо ефективне застосування регуляторів наскрізного струму за ЕПЗ деталей із змінною товщиною. У цьому разі немає потреби попереднього жорсткого програмування режиму зварювання.

За неповного проплавлення глибину шва можна регулювати стабі­лізацією інтенсивності світіння парів металу-

свідка, дріт з якого за­кладається на глибину заданого проплавлення. При досягненні зада­ної глибини проплавлення h_зад дріт 2 (рисунок 4.23) розплавляється. Над зварювальною ванною з'являються її пари 3. У складі дротика обо­в'язково повинен бути хімічний елемент, який має у спектрі випромі­нювання лінію, що відсутня у спектрі парів зварювального металу 1. Спектрометр СПМ вимірює інтенсивність цієї лінії спектра світін­ня іонізованих парів З над зварювальною ванною. Сигнал спектромет­ра після порівняння із заданим I_зад подається на регулятор РГ, який

Рисунок 4.24. Регулювання глибини проплавлення за рентгенівським випромінюванням

підімкнено до блоку напруги зміщен­ня БНЗ електронно-променевої гар­мати ЕПГ. Отже, замикається нега­тивний зворотний зв'язок по світінню парів металу-свідка, що гарантує гли­бину проплавлення, у крайньому ви­падку не меншу від заданої.

Стабілізація глибини шва при не­повному проплавленні може забезпе­чуватися також автоматичним регу­лятором із датчиком ДРВ (див. рисунок 4.24), що реєструє рентгенівське випромінювання 2 із каналу про­плавлення на заданій глибині зварюваного зразка. При відносно неглибоких швах датчик розміщується так, як це показано на рисунок 4.24, а, а при ЕПЗ великих товщин — як зображено на рисунку 4.24, б. В усіх випадках товщина стінки між областю рентгенівсь­кого випромінювання і датчиком повинна бути близько кількох мілі­метрів. Гальмівне рентгенівське випромінювання виникає у місці взаємодії високоенергетичного електронного променя зі зварювальним металом 1. Вузькоспрямований датчик рентгенівського випроміню­вання візований на область заданої глибини проплавлення. З появою сигналу датчика схема автоматичного регулювання відхиляє його в напрямі зварювання на невелику відстань. Подібні регулятори доцільно застосовувати для високовольтних електронно-променевих устано­вок (U_n 100 кВ), оскільки інтенсивність і проникна здатність рентгенівського випромінювання пропорційні енергії електронів.

Для того щоб автоматично регулювати густину потужності елект­ронного променя на поверхні зварювального виробу, а також і глиби­ни проплавлення, використовують сигнали іонного струму із зварю­вальної ванни. Для цього на зрізі системи фокусування і відхилення встановлюють ізольований колектор 2 (рисунок 4.25, а), з'єднуваний із

Рисунок 4.25 – Регулятор струму фокусуючої лінзи за частотою іонного струму і зварювальної ванни

«землею» через послідовно ввімкнені джерело Е негативної напруги 100 В і вимірювальний резистор R. При дії електронного променя на зварювальний метал 1 з'являються пари, які частково іонізуються вторинними електронами зі зварювальної ванни. Іони, досягаючи ко­лектора 2, створюють нестаціонарний спад напруги на резисторі R. Встановлено, що

усереднена за кілька секунд частота f імпульсів цієї напруги пов'язана екстремальною залежністю зі струмом І_ф фокусуючої лінзи ФК (з питомою потужністю електронного променя у плямі нагрівання, рисунок 4.25, б). Пристрій автоматичного- регулю­вання РГ стабілізує задану частоту пульсацій іонного струму на ви­браному схилі регульованої характеристики. Регулятор струму РСФ за сигналами РГ змінює струм ФК. Для цього вимірюється частота пульсацій і знак похідної частоти від струму фокусуючої лінзи. При­стрій дає змогу автоматично підтримувати задане фокусування елект­ронного променя на поверхню зварюваного виробу в деякому діапазо­ні відстаней від гармати до виробу. Параметри сигналу іонного струму зі зварювальної ванни найтісніше корильовані з процесами, які від­буваються на поверхні зварюваного виробу. Тому зі зменшенням тов­щини зварюваного металу надійність результатів, які отримують під час регулювання глибини проплавлення дією на густину потужності електронного променя, зростає.