5.8 Особливості автоматичного керування контактним мікрозварюванням

Зварюванню деталей малих товщин (0,5 мм) властиві деякі особли­вості: незначна теплова інерція зварюваних вузлів, сильний вплив кон­тактного опору деталей на форумвання з'єднань, мінімальне теплове роз­ширення металу у зоні зварювання внаслідок невеликих розмірів зва­рюваних деталей тощо.

Процес точкового контактного зварювання деталей малих товщин і перерізів є короткочасним (тривалість імпульсу струму становить 6— 10 мс, а час, що відповідає амплітуді І_т, t_m= 1...2 мс), потребує форму­вання підігрівального імпульсу струму. При цьому параметри процесу залежать від форми і взаємного розміщення зварюваних деталей та ста­ну робочої поверхні електродів. На умови формування зварних з'єд­нань впливають час встановлення заданого зусилля стиснення електро­дів і швидкість переміщення рухомого електрода.

Зварювання деталей малих товщин у багатьох випадках пов'язане з певними труднощами, зумовленими великою відмінністю теплофізич­них властивостей і товщин (діаметра) зварюваних деталей, труднощами доступу до місця зварювання, відсутністю взаємної фіксації деталей перед зварюванням тощо. Процес зазнає впливу деяких факторів, що мають випадковий характер: зміни початкового контактного опору і товщини деталей, напруги живильної мережі, зусилля стиснення елект­родів та ін. У кожному конкретному випадку важко забезпечити повну компенсацію дії цих факторів на якість з'єднань. Змінювання напруги заряду конденсаторної батареї U_з істотно впливає на якість зварюван­ня. Енергія, запасена в конденсаторах Q = 0,5C_pU²₃, витрачається на нагрівання деталей під час зварювання, вторинного контура зварюваль­ної машини, на активні втрати в трансформаторі та втрати теплоти в електроди і навколишнє середовище. Зменшення напруги U₃ призво­дить до зниження міцності зварних точок і зростання ймовірності ви­никнення непроварів. Тому якість зварювання багато в чому залежить від точності стабілізації напруги U₃. Внаслідок спрацьовування стру-моведучих елементів контура та погіршення електричного контакту між ними спостерігається збільшення активного опору вторинного контура машини; зміни індуктивної складової опору, як правило, невеликі.

Зміна зусилля стиснення електродів R_к виявляє вплив на процес пластичної деформації металу в зоні зварювання і, в кінцевому підсум­ку, на якість з'єднань. Зменшення зусилля F_ст призводить до збільшен­ня опору між електродами і підвищення ймовірності вибризкувань ме­талу, при цьому знижується міцність зварних з'єднань і зростає дис­персія міцності зварюваних з'єднань. Причиною зміни зусилля стиснен­ня електродів є зміна сил тертя у рухомих частинах привода.

Зміна контактного опору «електрод — деталь» R_eт відбувається вна­слідок спрацьовування і забруднення робочої поверхні електрода. Під­горяння електродів і дифузія металу електрода в деталі спричинюють вибризкування і збільшення розкиду міцності зварних з'єднань, що погіршує їхній зовнішній вигляд.

До основних збурень належить розкид значень початкового контакт­ного опору деталей внаслідок окислення і забруднення їхньої поверхні. Це призводить до зміни тепловиділення у зоні зварювання і різкого збільшення розкиду міцності з'єднань.

Ємність батареї конденсаторів С_р залишається сталою протягом три­валого часу при дотриманні умов експлуатації.

Найперспективніший напрям розробки систем керування точковим мікрозварюванням — це застосування групових автоматизованих си­стем контролю параметрів процесу зварювання і технічного стану зва­рювального устаткування у реальному масштабі часу, а також викори­стання локальних систем керування на основі однокристальних мікро­ЕОМ.

Система керування машиною кон­тактного мікрозварювання входить до складу машини для точкового мікрозварювання типу МСК і забезпечує вико­нання таких операцій:

• вимірювання напруги мережі і основних параметрів режиму зва­рювання — зварювального струму, зусилля стиснення, напруги між електродами;

• стабілізацію амплітуди підігрівального і зварювального струмів із похибкою ±3 % під час коливань напруги живильної мережі у ме­жах — 15...+10 %;

• розрахунок опору деталей між електродами і його стабілізацію за сигналами зворотного зв'язку регулюванням тривалості струму піді­грівання;

• виведення на цифровий індикатор значення опору зони зварю­вання в кінці підігрівання, амплітуди зварювального струму і зусилля стиснення електродів;

• діагностику технічного стану зварювальної машини разом із си­стемою керування.

Система керування може працювати в одному з трьох режимів.

Автоматичний режим роботи є основним і використовується, щоб стабілізувати амплітуди імпульсів струму підігрівання і струму зварю­вання в умовах коливань мережної напруги, зміни опору зварюваних деталей та ін.

Керуючою дією у цьому режимі є кут вмикання симистора силового контактора машини.

Співвідношення між струмом і кутом вмикання симистора мав вигляд:

де

Тут І_m, U_m — амплітудні значення струму і напруги відповідно; Z — повний опір кола; со — кругова частота; R, L — відповідно активний опір та індуктивність зварювального контура, зведені до первинної об­мотки трансформатора.

Виміряна поточна напруга мережі порівнюється зі встановленими допусками і залежно від здобутого значення відхилення провадиться корекція кута вмикання симистора.

Опір деталей можна обчислити за співвідношенням

де U_ел — виміряне спадання напруги між електродами в момент проті­кання струму І_т.

Обчислений опір порівнюють із його значенням, що відповідає номі­нальному режиму; здобуте відхилення використовують для корекції режиму.

Режим налагодження придат­ний, щоб визначати вихідне значен­ня параметрів номінального режи­му на зразках-свідках. Виміряні параметри режиму І_зв, F_ел. U_ел, а також обчислене значення R далі використовують як еталонні.

Режим діагностики використо­вують, щоб перевірити технічний стан зварювальної машини і систе­ми керування. У цьому режимі здій­снюється коректування коефіцієн­тів передавання каналів вимірю­вань, вимірювання струму корот­кого замикання машини для кожного ступеня трансформатора і порів­няння їх з номінальними значеннями. Якщо значення струмів короткого замикання виходить за допусти­мі межі, то до початку експлуатації машини треба

п ровести профілак­тику елементів зварювального контура.

Рисунок 5.26 – Функціональна схема ком­п'ютерного блоку

Функціональну схему комп'ютерного блоку системи керування наве­дено на рисунку 5.26. Блок містить однокристальну мікроЕОМ D2 (КМ1816ВЕО35), програмований паралельний інтерфейс DI (КР5801ВВ55), перепрограмований запам'ятовуючий пристрій (ППЗП) D4, тригер-засувку D3, аналоговий комутатор D5, АЦП D6 і блок інди­кації, що складається з інтерфейса D7 і трьох восьмисегментних світ­лодіодних індикаторів D8 —D10.

Блок задавання режимів БЗР складається з шести десятипози­ційних програмних перемикачів. Програма роботи системи зберігаєть­ся у ППЗП.

Початок циклу зварювання відповідає появі сигналу «пуск» і вми­канню електропневмоклапана привода стиснення. Після опускання електрода і досягнення зусилля стиснення заданого значення провади­ться вимірювання напруги мережі, а встановлені у БЗР коди режимів через інтерфейс D1 вводяться до мікроЕОМ і далі зберігаються в ОЗП.

Вмикається зварювальний струм і система переходить до вимірю­вання I_зв, U_ел, F_ст. Сигнали, пропорційні виміряним значенням, після проходження через канали комутатора D5 і перетворення в АЦП D6 уводяться до мікроЕОМ.

Після завершення зварювального циклу на трирозрядному дисплеї D8 — D10 здійснюється індикація амплітудного значення зварюваль­ного струму.

Під час роботи системи здійснюється автоматичний контроль вико­нання алгоритмів функціонування. Так, у разі виникнення ситуацій, за яких неможлива автоматична корекція імпульсів підігрівного і зва­рювального струмів, на дисплей подається відповідний код.