Дуговая сварка как объект управления. Основные параметры процесса и возмущающие воздействия.

При рассмотрении процессов сварки как объектов автоматического управления целесообразно исходить из общей для всех способов сварки последовательности преобразования энергии.

Электрическая энергия, поступающая из промышленной сети, преобразуется в источнике питания в форму, наиболее полно соответствующую каждому конкретному источнику нагрева, которыйзатем преобразует электрическую энергию в термическое воздействие на изделие и присадочный материал. Таким образом, формирование сварного соединения можно рассматривать как результат функционирования двухконтурной системы источник питания—источник нагрева—сварочная ванна (рис. 2.1). Отдельные компоненты этой системы объединены ОС в сложную многосвязную систему. Действие этих связей проявляется в том, что изменения процесса формирования сварного соединения оказывают обратное воздействие на источники нагрева и питания. При дуговой сварке изменение глубины проплавления сопровождается изменением длины дуги, в результате чего изменяется напряжение дуги и режим работы источника

Рис. 2.1. Схема сварочного контура: F_ип,F_ин, F_св — векторы возмущений в источнике питания, источнике нагрева и сварочной ванне соответственнопитания.

Из сварочных источников нагрева наиболее распространена электрическая дуга (для дуговой и плазменной сварки).

Все многообразие параметров процесса сварки можно условно разделить на три группы:

энергетические, характеризующие вклад энергии в процесс об­разования сварного соединения (напряжение и сила тока дуги, мощность источника нагрева, температура изделия, длительность отдельных сварочных операций);

кинематические, характеризующие пространственное переме­щение или положение источника нагрева относительно изделия (скорость подачи электродной проволоки, амплитуда и частота поперечных колебаний электрода, скорость перемещения свари­ваемого изделия (скорость сварки));

технологические, характеризующие условия формирования и кристаллизации сварных швов, переноса электродного металла (диаметр электрода, форма и размеры разделки, зазор между сва­риваемыми деталями, вылет и угол наклона электрода, положе­ние шва в пространстве, способ защиты наплавленного металла). В производственных условиях технологический процесс сварки подвержен воздействиям — возмущениям, нарушающим его нор­мальное протекание и приводящим к отклонениям показателей качества сварного соединения от требуемых значений. Возмуще­ния могут быть приложены к любому из трех компонентов сва­рочного контура.

По аналогии с классификацией технологических параметров все виды возмущений можно разделить также на три группы: энер­гетические, кинематические и технологические.

Источниками энергетических и кинематических возмущений яв­ляются промышленная сеть; колебания длины дуги и отклонения электрода от оси стыка; возмущения в основном сварочном обо­рудовании (источнике питания, аппаратуре управления, при­водах подачи электрода и перемещения изделия).

Причины технологических возмущений — несовершенство тех­нологии подготовки кромок свариваемой заготовки и их сборки; изменения химического состава свариваемого материала, состава защитного газа.

Непрерывно возрастающие требования к качеству сварных со­единений при действии на объект возмущений могут быть удов­летворены лишь на основе использования САУ процессом дуго­вой сварки, которые выполняют следующие функции:

1. программное управление перемещениями рабочих органов сва­рочного оборудования;

2. управление последовательностью операций — системы про­граммного управления сварочными циклами;

3. стабилизация режима сварки, обеспечивающая исключение влияния на сварной шов возмущений: по току и напряжению дуги, Скорости сварки, вылету электрода, длине дуги, расходу защит­ного газа и др.;

4. автоматизация направления электрода по оси сварного соединения с помощью следящих систем;

5. компенсация отдельных технологических возмущений.