СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СВАРКИ И НАПЛАВКИ

Полезная модель относится к сварке, предназначена для дистанционного управления и контроля автоматического регулирования основных технологических параметров сварки и наплавки, в частности, тока (Iсв) и напряжения (Uд) сварочной дуги, скорости сварки (Vcв), температуры основного металла (Том) в зоне сварки или наплавки и допустимой температуры окружающей среды (Тос) и может быть использована для контроля параметров при автоматической сварке под флюсом и наплавке, при полуавтоматической сварке в среде защитных газов плавящимся и не плавящимся электродом, электрошлаковой сварке, а также при ручной дуговой сварке и с некоторыми конструктивными доработками при электронно-лучевой и лазерной сварке.
Контроль параметров сварки и наплавки (Рс.н.) в настоящее время заключается, в основном, в визуальном фиксировании по приборам Iсв., Uд., Vcв. и температуры основного металла (Том). В редких случаях некоторые из этих параметров в процессе сварки и наплавки записываются на бумажные или электронные носители информации. Датчиками служат, в этих случаях, амперметры, вольтметры, пирометры, потенциометры и др.
Известна установка для автоматической электродуговой наплавки деталей, содержащая опору для размещения наплавляемой детали, вертикальную колонну с наплавочной оснасткой, включающей наплавочную головку с механизмом ее вертикального перемещения, бункер для флюса, катушку электродной проволоки с механизмом ее подачи в зону наплавки и пульт управления, при этом вертикальная колонна выполнена в виде П-образной рамы с вертикальными направляющими для перемещения по ним наплавочной головки и осуществления электродуговой
наплавки детали по заданной программе (см., например, описание к патенту РФ на полезную модель №48851, кл. В23Р 6/00, опубл. 10.11.2005).
Однако такая установка имеет ограниченную сферу применения, поскольку позволяет осуществлять по заданной программе только наплавку изношенных поверхностей.
Известна также автоматическая электродуговая наплавочная установка, состоящая из источника питания электрической дуги, автоматической наплавочной головки и устройства вращения наплавляемой детали, в которой в качестве администратора работы применен программируемый логический контроллер, механизм перемещения наплавочной головки выполнен в виде суппортов с сервоприводами, в механизмах подачи наплавочной головки и устройства вращения наплавляемой детали применены сервоприводы, а источник питания электрической дуги снабжен тиристорным выпрямителем, имеющим возможность централизованного управления контроллером (см., например, описание к патенту РФ на полезную модель №45667, кл. В23К 9/04, опубл. 20.02.2004).
Эта установка также имеет строго ограниченную сферу применения, обусловленную ее назначением, не обеспечивает сварку деталей и регулирование основных параметров.
Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому эффекту является выбранная в качестве прототипа система контроля основных параметров сварки и наплавки, содержащая измерительный блок с температурными датчиками, к которому подключен блок управления сварочными процессами, имеющий связанную с температурными датчиками схему защиты допустимых отклонений измеряемых параметров по току и напряжению, а также подключенный к блоку управления сварочными процессами источник питания электрической дуги (см., например, описание к патенту РФ на полезную модель №25864, кл. В23К 9/095, опубл. 27.10.2002).
Однако такая установка не обеспечивает дистанционное управление и контроль автоматического регулирования основных технологических параметров при осуществлении сварки и наплавки.
Сущность заявляемой полезной модели выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемой полезной моделью технического результата.
Технический результат от использования устройства состоит в расширении технологических возможностей системы за счет обеспечения дистанционного управления и контроля автоматического регулирования основных технологических параметров сварки и наплавки, фиксации отклонения параметров сварки и наплавки Рс.н. (тока, напряжения, скорости сварки и наплавки, температуры основного металла и окружающей среды) от номинальных значений, указанных в технологических картах сварки и наплавки и отключения технологического процесса сварки и наплавки при выходе значений Рс.н. из критического диапазона, в повышении качества и улучшении служебных характеристик металла сварных соединений, а также надежности их эксплуатации путем жесткого контроля тепловложения при их изготовлении.
Указанный технический результат достигается тем, что система контроля основных параметров сварки и наплавки, содержащая измерительный блок с температурными датчиками, к которому подключен блок управления сварочными процессами, имеющий связанную с температурными датчиками схему защиты допустимых отклонений измеряемых параметров по току и напряжению, а также подключенный к блоку управления сварочными процессами источник питания электрической дуги, снабжена информационным блоком для обеспечения звуковой, световой и голосовой сигнализации о текущих параметрах сварки и наплавки, измерительный блок снабжен датчиками измерения температуры окружающей среды, скорости подачи присадочной проволоки, измерения температуры основного металла и скорости сварки для передачи информации на блок управления сварочными процессами о текущих значениях параметров сварки и наплавки, при этом блок управления сварочными процессами снабжен схемами установки номинальных параметров сварки и наплавки, допустимых отклонений измеряемых параметров, установки критических отклонений параметров, фиксирования значений текущих параметров, анализа информации измерительного блока, хранения и переноса
информации на бумажный или электронный носитель для формирования и передачи информации на информационный блок и источник питания электрической дуги на отключение при выходе параметров процесса за критический диапазон и накопления и хранения сварочной информации.
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.
Предложенное устройство является промышленно применимым, поскольку может быть реализовано существующими техническими средствами.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности полезной модели.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.
На чертеже представлена функциональная блок-схема заявленного устройства.
Система контроля основных параметров технологического процесса сварки и наплавки содержит источник питания 1 электрической дуги, сварочную головку 2, блок 3 управления и документирования, информационный блок 4 и измерительный блок 5.
Измерительный блок 5 содержит бесконтактные электрические датчики, в данном случае, измерения температуры окружающей среды 6, величины сварочного тока 7, напряжения электрической дуги 8, а также датчики скорости подачи присадочной проволоки 9, измерения температуры основного металла 10 и скорости сварки 11 и узел соединения с отечественными и импортными источниками питания для измерения тока и напряжения дуги (не показан). При необходимости также могут быть установлены дополнительные датчики (не обозначены), например, контроля ширины сварного шва при сварке и наплавляемого металла при наплавке.
Информационный блок 4 содержит цифровое табло 12, к которому подключены звуковой сигнализатор 13, голосовой сигнализатор 14 и световой сигнализатор 15, предназначенные,
соответственно, для визуальной звуковой и световой, а также голосовой сигнализации о текущих параметрах сварки и наплавки.
Блок 3 управления и документирования для установки параметров и документирования процесса сварки и наплавки содержит подсистему 16 блока управления и документирования, подсистему 17 сварочной информации, подсистему 18 установки номинальных параметров сварки и наплавки, подсистему 19 установки допустимых отклонений измеряемых параметров, подсистему 20 установки критических отклонений параметров, подсистему 21 фиксирования значений текущих параметров, подсистему 22 анализа информации измерительного блока 5, подсистему 23 хранения информации и подсистему 24 переноса информации на бумажный или электронный носитель.
Все элементы и перечисленные подсистемы устройства выполнены на базе взаимосвязанных функциональных модульных блоков и стандартных микросхем.
Работа предложенной системы контроля измеряемых параметров осуществляется следующим образом.
При подключении электропитания измерительный блок 5 начинает передавать на блок 3 управления и документирования информацию о текущих значениях параметров сварки и наплавки (Рс.н.). Информационный блок 4 путем визуального, звукового, светового и голосового сигналов информирует сварщика (оператора) об отклонении какого-либо из параметров сварки и наплавки.
Блок 3 управления и документирования, обрабатывая информационные сигналы с измерительного блока 5, передает команды на информационный блок 4 и на источник питания 1 электрической дуги (на отключение в случае выхода параметров процесса за критический диапазон) и накапливает информацию для документирования процесса сварки и наплавки.
Перенесенная с блока 3 управления и документирования на бумажный или электронный носитель информация содержит:
- данные об изделии, сварном шве и наплавке;
- способ сварки и наплавки, применяемые сварочные материалы и номинальные параметры режима сварки и наплавки (Iсв., Uд., Vcв., Том.), а также ±ΔРс.н., ±Рс.н.кр., ∂t, ∂tкр.;
- технологическое время сварки (расчетное время горения дуги), указанное в карте выполнения технологического процесса;
- сведения о сварщике (сварщиках), результаты испытаний контрольных образцов и другие данные, предусмотренные нормативно-технологической документацией;
- дату и время начала и окончания сварки и наплавки, температуру окружающей среды перед началом и по окончании работ;
- общее время процесса сварки и наплавки (суммарное время горения дуги);
- время (от начала суммарного времени горения дуги) и длительность выхода параметра Рс.н. за диапазон ±ΔРс.н., количество таких выходов и их общая длительность;
- время (от начала суммарного времени горения дуги) и длительность выхода параметра Рс.н. за диапазон ±ΔРс.н.кр., количество таких выходов и их общая длительность.
В таблицах 1-5 представлены рекомендуемые значения основных измеряемых параметров.
Таблица 1Рекомендуемые значения допустимых и критических колебаний напряжения дуги.
Номинальное напряжение, В
До 10
До 20
До 30
До 40
До 50
До 60
Допустимый диапазон (±ΔР<sub>с.н.</sub>), В
±0,5
±0,75
±1
±1,5
±2
±2,5
Критический диапазон (±ΔР<sub>с.н.кр.</sub>), В
±0,75
±1
±1,5
±2
±2,5
±3
Таблица 2Рекомендуемые значения допустимых и критических колебаний силы тока.
Номинальная сила тока, А
До 50
До 100
До 150
До 200
До 300
До 400
До 600
До 800
До 1000
Допустимый диапазон (±ΔР<sub>с.н.</sub>), А
±2,5
±3
±4
±5
±6
±7
±10
±12
±15
Критический диапазон (±ΔP<sub>c.н.кр.</sub>), А
±3
±4
±5
±6
±7
±8
±12
±14
±20
Таблица 3Рекомендуемые значения допустимых и критических колебаний скорости сварки и наплавки.
Номинальная скорость сварки и наплавки, м/ч
До 10
До 20
До 30
До 40
До 60
До 80
До 100
До 120
Допустимый диапазон (±ΔР<sub>с.н.</sub>), м/ч
±0,2
±0,3
±0,35
±0,4
±0,5
±0,6
±0,8
±1,0
Критический диапазон (±ΔР<sub>с.н.кр.</sub>), м/ч
±0,3
±0,4
±0,45
±0,5
±0,6
±0,8
±1,0
±1,2
*для электрошлаковой сварки соответственно: от ±0,1 м/ч до ±0,5 м/ч.
Таблица 4Рекомендуемые значения допустимых и критических колебаний температуры основного металла.
Номинальные значения основного металла, Т°С
До 100
До 200
До 300
До 400
Допустимый диапазон (±ΔР<sub>с.н.</sub>), °С
±5
±10
±15
±20
Критический диапазон (±ΔР<sub>с.н.кр.</sub>), °С
±10
±15
±20
±25
*предельные температуры основного металла: от 100°С до 400°С.
Таблица 5Рекомендуемые значения ∂t (время, в течение которого система не реагирует на изменение параметра Рс.н. (Iсв, Uд, Vcв, Том)) и ∂tкр. (время, через которое происходит отключение сварки и наплавки при выходе параметра за пределы критических колебаний).
Значение параметра погонной энергии Q=<img he="8" wi="3" file="00000002.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />·U·I/V
0,02
0,06
0,1
0,15
0,20
0,25
0,3
0,4
∂t, ceк
1
1
1,5
1,5
2
2
2
2
∂t<sub>кр.</sub>, сек
1,5
1,5
1,5
1,5
2
2
2
2
*Q - параметр погонной энергии (определяет инерционность сварочной ванны);
- эффективный коэффициент источника тепла;
U и I - напряжение и ток дуги, соответственно;
V - скорость сварки и наплавки, м/ч.
Таким образом, предложенная система контроля обеспечивает дистанционное управление и контроль автоматического регулирования основных технологических параметров сварки и наплавки, фиксирует отклонения параметров сварки и наплавки Рс.н. (тока, напряжения, скорости сварки и наплавки, температуры основного металла и окружающей среды) от номинальных значений, указанных в технологических картах сварки и наплавки и позволяет отключать выполнение технологического процесса сварки и наплавки при выходе значений Рс.н. из критического диапазона.
Применение заявленного устройства обеспечивает его надежную работу в условиях воздействия электромагнитных полей, сильной запыленности и высокой влажности в самом широком диапазоне температур от -40°С до +40°С.