Порядок выполнения работы. 1. Изучить конструкцию и технические характеристики сварочного трактора ТС-17.

1. Изучить конструкцию и технические характеристики сварочного трактора ТС-17.

2. Изучить схему электрическую принципиальную сварочного трактора.

3. Произвести подготовку к работе сварочного трактора согласно описанию выше.

4. Произвести сварку образцов на указанных преподавателем режимах.

5. Произвести запись параметров режима сварки. Оценить качество полученного сварного шва.

6. Сделать выводы о проделанной работе.

Содержание отчёта

Отчёт по работе должен содержать: цель работы; назначение, технические характеристики, конструктивные элементы, схему электрическую принципиальную сварочного трактора ТС-17; порядок подготовки к работе и сварки на сварочном тракторе; режимы сварки, оценку качества сварного соединения; выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Объясните особенности использования сварочных тракторов при сварке под флюсом.

2. Опишите основные конструктивные элементы сварочного трактора ТС-17.

3. Приведите основные технические характеристики сварочного трактора ТС-17.

4. Опишите порядок подготовки к работе сварочного трактора.

5. Опишите работу сварочного трактора во время сварки по схеме электрической принципиальной.

Лабораторная работа №3. Изучение систем слежения по стыку и видеонаблюдения сварочных головок

Цель работы: изучить устройство и принцип работы систем слежения при сварке и наплавке.

Общие сведения

Различные системы ориентации сварочного инструмента, относится к системам автоматического регулирования дуговой сваркой и предназначены для решения одной из следующих задач: наведение оси инструмента на линию соединения, стабилизация расстояния между инструментом и изделием, стабилизация ориентации инструмента и изделия.

Основные проблемы автоматизации сварочных операций с помощью следящих систем связаны как с особенностями производства каждого конкретного типа изделий, например, используемого материала, состояния его поверхности, формы разделки или ее отсутствия, так и с недостатками методов и средств измерения фактического положения соединения.

По типу регулятора, применяемого в системе автоматики, следящие системы разделяют на две группы:

- системы с регуляторами прямого действия;

- системы с регуляторами непрямого действия.

Устройства первой группы (прямого действия), с конструктивной точки зрения, являются наиболее простыми.

В таких системах сварочный инструмент, сварочная горелка или головка, имеет одну или несколько неприводных (свободных) подвижностей и связан непосредственно со щупом, выполненным в виде ролика или неподвижного копирного пальца (рис. 3.1).

а	б
Рисунок 3.1 – Схемы устройств прямого копирования: а – при сварке стыковых соединения с разделкой или гарантированным зазором; б – при сварке угловых соединений; 1 – копирный ролик; 2 – сваримое изделие; 3 – сварочная горелка; 4 – подвижный элемент; 5 – звено, перемещающееся вдоль линии соединения; 6 – пружина; 7 – дополнительный подвижный элемент.

Щуп под действием пружин или сил тяжести постоянно прижат к поверхностям разделки кромок стыка или другим поверхностям свариваемой конструкции. Сила прижима щупа определяется в основном массой перемещаемых частей и может достигать сотен ньютонов.

Применение систем прямого действия имеет ряд естественных ограничений связанных, например, с погрешностями при механическом копировании сложной геометрией сварного шва; необходимостью, в ряде случаев, в использовании прихваток; деформацией свариваемых деталей под нагрузкой щупа; дополнительной погрешностью связанной с высоким разбрызгиванием или неровностями поверхности детали; невозможность применения системы для нахлёсточных соединений с толщиной верхнего листа менее 3 мм и др.

Следящие системы с регуляторами непрямого действия для управления положением сварочной горелки используют преобразованную различными способами информацию, получаемую от датчиков.

Тактильные системы слежения с электромеханическими датчиками образуют большую группу среди регуляторов непрямого действия. Основными узлами этой конструкции являются: датчик системы слежения со щупом, имеющим различный набор наконечников (рис. 3.2, а), блок управления и электропривода линейных перемещений, который воспринимает весь вес сварочной головки. Щуп, при помощи пружин или сил тяжести, находится в физическом контакте с копируемой поверхностью (рис. 3.2, б), однако, сила, с которой датчик прижат к поверхности, относительно невелика и лежит в пределах 1..10 Н. Работа тактильных систем слежения возможна в одной или в 2-х осях. Щуп при сварке обычно следует по разделке шва впереди сварочной горелки, данные о расположении поверхности обрабатываются достаточно простым контроллером и формируется сигнал на перемещение всей сварочной головки вверх/вниз или вправо/влево.

а	б
Рисунок 3.2 – Тактильные системы слежения с электромеханическими датчиками: а – датчик системы слежения со щупом и набором наконечников; б – расположение щупа при сварке стыковых и угловых швов.

Довольно распространенными представителями регуляторов непрямого действия являются следящие системы с электромагнитными датчиками.

В простейшем виде электромагнитный датчик может представлять собой Ш-образную магнитную систему из трёх обмоток (рис. 3.3, а). Обмотка 2, расположенная на среднем стержне, питается от источника тока повышенной частоты. Переменное магнитное поле, создаваемое обмоткой, наводит в свариваемом изделии вихревые токи. Непроводящий зазор между деталями разделяет вихревые токи на два контура (рис. 3.3, б). Результирующее магнитное поле датчика создается не только током, протекающем в обмотке 2, но и вихревыми токами.

При симметричном относительно датчика расположении зазора контуры вихревых токов равны, симметричны и I ₁ = I ₂.Соответственно равны магнитные потоки Ф ₁ и Ф ₂ и наводимые ими ЭДС в измерительных обмотках 1 и 2. При встречном включении ЭДС обмоток 1 и 2 компенсируются, и сигнал на выходе датчика равен нулю.

При несимметричном расположении датчика относительно стыка контуры вихревых токов оказываются различными, токи I ₁ ≠ I ₂. Это приводит к нарушению равенства магнитных потоков Ф ₁ и Ф ₂ и возникновению на выходе датчика ЭДС Е, сигнализирующей об отклонении средней плоскости датчика от плоскости стыка. Направление отклонения датчика от стыка видно по сдвигу фазы ЭДС относительно тока, протекающего в обмотке. При изменении направления отклонения на противоположное, фазовый сдвиг ЭДС изменяется на 180°.

Рисунок 3.3 – Принцип работы электромагнитного датчика: а – схема датчика; б,в – симметричное и несимметричное расположение вихревых токов относительно стыка; 1,3 – измерительные обмотки, 2 – обмотка возбуждения; Ф 1, Ф 2 – магнитные потоки; I 1, I 2 – вихревые токи; E – ЭДС.

Электромагнитные датчики позволяют определять положение стыка без разделки кромок, кромки верхнего листа нахлесточного соединения, скосы кромок. Кроме того, такие датчики могут быть использованы для измерения расстояния до поверхности свариваемых элементов, ширины зазора, величины превышения кромок; для определения положения начала и конца свариваемого изделия или прихваток.

На выходной сигнал датчика оказывают влияние координаты стыка; отклонение геометрических параметров соединения, подготовленного под сварку, например, взаимное превышение кромок; различия электрических и магнитных свойств материала заготовок, вызванные изменениями химического состава и условиями предварительной механической обработки.

Еще одним подходом к распознаванию образа сварочного стыка и его положения в пространстве – получение информации по изменению тока и напряжения сварки, кроме того, информативными параметрами могут являться частота и скважность коротких замыканий при сварке плавящимся электродом. Следящие системы, в которых роль датчика играет электрическая дуга, относят к системам с дуговыми датчиками. При этом, использование сварочной дуги в качестве измерительного преобразователя, позволяет достигнуть определенных преимуществ: измерение производится непосредственно в зоне сварки, что исключает необходимость учета транспортного запаздывания; обеспечивается измерение положения соединения относительно сварочной ванны; снизить влияние износа направляющих элементов сварочного инструмента, магнитного дутья и неточности правки электродной проволоки.

На рис. 3.4 представлена функциональная схема информационно-управляющей системы, построенной на основе информации, получаемой от сварочной дуги.

Рисунок 3.4 – Функциональная схема информационно-управляющей системы: 1 – ролики подачи электродной проволоки, 2 – электродная проволока; 3,4 – кромки V-образного стыка; 5 – сварочная головка; – углы разделки кромок, vП – скорость подачи проволоки.

К недостаткам таких систем можно отнести повышенную сложность обработки информации. Дополнительные трудности возникают при использовании сварочной аппаратуры обеспечивающей импульсную подачу присадочной проволоки, а также при износе электрода при TIG сварке.

Следящие системыс телевизионными датчиками (видеосенсорами) создаются на базе прикладных (промышленных) телевизионных установок замкнутого типа.

Для реализации телевизионного слежения так же, как и дистанционного наблюдения, необходимо, чтобы наблюдаемая часть объекта содержала светоконтрастные элементы, подобные тем, которые применяются для фотоэлектрических систем. При отсутствии на поверхности изделия светоконтрастных элементов, применяют специальные способы освещения и выделения информации о положении линии соединения.

На рисунке 3.5 представлена схема определения положения линии таврового соединения при отсутствии светоконтрастных элементов на поверхности изделия.

Рисунок 3.5 – Схема определения положения линии таврового соединения с помощью видеосенсора: 1 – проектор; 2 – изображение светового пятна на видеоконтрольном устройстве; 3 – зона, в которой находится изображение светового пятна при наличии под ним изделия; 4 – освещенность зоны видимости; 5 – изображение границы участков с различной освещенностью; 6 – ПЗС-приёмник (видеосенсор); 7 – проектор световой точки; 8 – световая точки; 9 – линия соединения свариваемых элементов; 10 – зона видимости; 11 – зона освещения.

С помощью мощной неоновой лампы, проектор 1,освещает зону соединения под углом 65° к горизонтали, а видеосенсор 6 направлен на эту же зону под углом 45°. За счет разных углов падения светового потока на вертикальный и горизонтальный свариваемые элементы их освещенности 4 оказываются различными. В качестве фотоприемника используют полупроводниковую светочувствительную ПЗС-матрицу с числом элементов 50х50. С элементов матрицы получают аналоговый сигнал, пропорциональный освещенности, который затем конвертируется в 4-цифровой сигнал (уровни освещенности 0-15). Этот сигнал поступает в микроЭВМ, которая обрабатывает и выдает информацию о положении стыка в пространстве. Чтобы определить положения начала и конца шва, в зону наблюдения с помощью проектора 7 проецируют точку 8 диаметром 3 мм. Появление точки 8 в определенном месте зоны наблюдения свидетельствует о наличии шва под сенсором, а ее исчезновение - о проходе конца шва под сенсором. Эта информация используется для включения и выключения сварки.

Другой пример получения контрастных элементов на поверхно­сти стыковых соединений с двусторонней разделкой стыка - это теневой метод (рис. 3.6). Световое сечение и изображение положения стыка при этом методе получаются от линейного источника света, расположенного параллельно поверхности изделия 4. Световой поток от линейного источника 2 падает под углом к поверхности свариваемого изделия и частично экранируется шторкой 7, расположенной на расстоянии 10... 15 мм от поверхности изделия. Приемник 3 изображения стыка реализован на ПЗС-матрице и расположен под углом к плоскости свариваемого изделия.

Рисунок 3.6 – Схема определения положения линии таврового соединения с помощью видеосенсора: 1 – шторка; 2 – линейный источник; 3 – приёмник изображения стыка; 4 – изделие; HT – высота изображения разделки; HK – глубина разделки; – угол падения тени от шторкина поверхность изделия; – угол наблюдения.

При использовании телевизионного слежения значительные трудности создаются световыми помехами, в частности, в виде светоконтрастных царапин, рисок, бликов, которые в реальных условиях могут появляться в поле зрения передающей камеры и быть причиной ложных сигналов, а также нестабильностью во времени освещенности наблюдаемых объектов, прежде всего, переменным световым излучением дуги (при сварке в защитных газах и без защиты дуги.)