Владимир Петров - Законы развития систем

Управление процессом сварки сводится в основном к изменению параметров теплового поля ( П 1) и перемещению ( П 2) дуги.

Изменение теплового поля осуществляется полем П 3 — управление параметрами дуги.

Модель процесса сварки изображена на рис. 7.142.

Рис. 7.142. Модель процесса сварки

Где

П 1 — тепловое поле;

П 2 — поле перемещения дуги;

П 3 — поле управления параметрами дуги.

Согласно законам организации технических систем рабочий орган (дуга), для обеспечения работоспособности должен быть обеспечен энергией и управлением. Энергия обеспечивается источником энергии (в данном случае источником электрического тока). Передача этой энергии осуществляется с помощью связи — трансмиссии (электрода). Процесс управления сваркой сводится к управлению параметрами дуги и ее перемещению. Упрощенная схема процесса дуговой сварки показана на рис. 7.143, где для наглядности П 1представлено как П тем, П 3 — П упр1,а П 2 — П упр2.

Рис. 7.143. Модель процесса сварки

Где

П теп — тепловое поле;

П упр1 — поле управления параметрами тока (управление дугой);

П упр2 — поле управления перемещением дуги;

П эл1 — поле электрическое, подаваемое на электрод;

П эл2 — поле электромагнитное, воздействующее на дугу.

Управление тепловым полем осуществляется изменением параметров дуги и ее перемещением (временем удержания дуга на одном месте и расстоянием электрода от детали).

Управление параметрами дуги сводилось к изменению параметров сварочного тока П эл1.

Тенденции изменения управления током при дуговой сварке приведены на рис. 7.144.

Рис. 7.144. Тенденция изменения управления сварочным током

Первоначально сварочный ток выставляли в начале сварки и весь процесс сварки велся при этом токе, а перемещение дуги осуществлялось рукой сварщика путем перемещения электрода.

Затем в полуавтоматической сварке появилась возможность управления током. Однако перемещение дуги все еще производилось вручную.

Изменение тока первоначально задавалось характеристиками источника сварочного тока (рис. 7.145).

Рис. 7.145. Тенденция изменения характеристик сварочного тока

Например, падающая характеристика источника сварочного тока может обеспечить постоянный нагрев при изменении расстояния между электродом и свариваемой деталью, что существенно облегчает работу сварщика.

На следующем этапе развития источники сварочного тока имели две или более характеристик, которые выбирались в зависимости от типа шва, материала и вида дуговой сварки. Характеристику можно было переключить и в процессе сварки.

С появлением автоматического способа сварки возросли требования к регулированию тока. Ток изменялся по определенной программе (рис. 7.146).

Рис. 7.146. Тенденция изменения сварочного тока по программе

Программа задавалась постоянная (жесткая), например, для сваривания прямолинейных швов. В дальнейшем были созданы источники, изменяющие сварочный ток по динамичной программе (управление сварочным током П эл1осуществляется по необходимому закону).

Например, для получения более качественного шва в толстых заготовках необходим предварительный подогрев ( П ' тем) свариваемых кромок. Его можно осуществить с помощью слабой дуги (малого тока). Такие операции можно проводить регулированием сварочного тока ( П эл1), причем ток может регулироваться плавно ( П ' эл1) или импульсно ( П “„ эл1). Кроме того, можно использовать наложение двух полей ( П эл1+П ` эл1), например, на постоянный сварочный ток ( П эл1) накладывается ( П ` эл1) — переменный ток 355или ( П “„ эл1) — импульсный ток 356, причем импульсы подаются в строго определенной момент, т. е. происходит согласование П эл1и П “„ эл1 — второго поля с процессом сварки. Импульс может подаваться для того, чтобы убыстрить или замедлить перенос капель металла или расширить поле воздействия дуги.

Адаптивное управление сварочным током, приспосабливающееся к виду материала, типу шва, который необходимо получить, изменения внешних условий и т. п.

Для дальнейших рассуждений представим более детальную схему процесса дуговой сварки, изображенного на рис. 7.147.

Рис. 7.147. Модель процесса сварки

Где

П упр 1 — поля, управляющие источником питания;

П упр 2 — поле, управляющее перемещением электрода;

П упр 3 — поля, управляющие сварочным током;

П упр 4 — поле, управляющее параметрами дуги;

П упр 5 — поле, управляющее процессом формирования ванны;

П упр 6 — поле, управляющее перемещением дуги;

П упр 7 — поле, управляющее деталью;

П упр 8 — поле, управляющее процессом металла;

П упр 9 — поле, управляющее защитой сварочной ванны от окисления.

На схеме введены новые элементы, участвующие в процессе сварки: сварная ванна (представляющая собой расплав металла), дополнительный металл, необходимый для образования шва, и защита сварочной ванны от окисления. Дополнительный металл может браться из плавящегося электрода (стрелка от электрода к металлу) или из присадочной проволоки. Управление процессом сварки можно вести любым полем ( П упр1 — П упр9) или их совокупностью.

Ранее мы рассматривали управление процессом сварки путем изменения сварочного тока, т. е. использовали только управляющее воздействие П упр1.

Управляемость процессом сварки увеличивается, если использовать еще одно поле ( П упр3). Это воздействие может регулировать как параметры дуги, так и направленно воздействовать на перенос металла.

Изменять параметры дуги можно, воздействуя на электрод не только электрическим, но и магнитным полем.

Перенос капель металла от электрода в ванну осуществляться гравитационным полем. Замедлить или убыстрить процесс переноса металла, можно используя различные поля: электрическое, например, импульсное 357; ультразвуковое 358. В дальнейшем и ультразвуковое поле делают импульсным, затем его согласовывают с имеющимся процессом, т. е. модулируют по величине, продолжительности и частоте 359. Могут использоваться и комбинации электрического и ультразвукового полей.

Таким образом, поле управления П упр3может представлять собой электрическое поле ( П эл), его видоизменение: переменное ( П ~ эл), импульсное ( П “„ эл); магнитное ( П маг) с его различными видоизменениями: постоянным ( П = маг), переменным ( П ~ маг), импульсным ( П “„ маг), вращающимся ( П о маг); ультразвуковое ( П уз) или импульсное ультразвуковое ( П “„ уз) и любые комбинации. Один из примеров изображен ниже.