Определение размеров сварочной ванны

Определение размеров сварочной ванны возможно со стороны дуги (рис.2.2.3).

Наибольшую техническую трудность представляет уменьшение влияния излучения дуги на точность определения размера сварочной ванны.

Поэтому применяют модулирование источника света, а в фотоприемнике фазовый детекторный метод выделения модулированного светового излучения. Такая комбинация технических методов позволяет добиться достаточной точности определения размера сварочной ванны.

рис.2.2.3. Оптический способ определения
размеров сварочной ванны:
ФП - фотоприемник; ФЭ - фотоэлемент;
МИС - модулированный источник света

Модулированным источником света (МИС) освещается поверхность сварочной ванны шириной В. Поскольку поверхность свариваемой детали отражает свет значительно слабее, чем жидкая ванна, то энергия отраженного светового потока зависит от размера ванны. Отраженный от сварочной ванны световой поток фиксируется фотоприемником.

Датчики температуры в сварочной ванне

Обобщенным параметром, по которому возможно регулирование в САР сварочных процессов, является температура металла в сварочной ванне или косвенная оценка по температуре в околошовной зоне.

Для измерения температуры целесообразно применение бесконтактных датчиков, действие которых основано на измерении интенсивности излучения с поверхности металла (рис.2.2.3). Применение пиротехнических датчиков с фоточувствительными элементами позволяет отдалить измерительные приборы от зоны сварки. Трудность возникает из-за прямых и отраженных излучений дуги. Поэтому датчик располагают иногда с обратной стороны шва.

В сварочном аппарате АДС-1000-2 применяется термопара для контроля температуры в околошовной зоне (рис.2.2.4).

Рис.2.2.4. Измерение температуры околошовной зоны
с помощью хромель-копелевой термопары

Преимуществом использования термопары является незначительное влияние излучения дуги, простота компоновки и конструкции узлов датчика. Недостаток - значительная инерционность самого датчика и запаздывание на 1...3 с в передаче информации между сварочной ванной и датчиком. Если термопару формирует свариваемый металл и вспомогательный стержень (контактный щуп), то материал последнего необходимо подбирать индивидуально для каждой марки стали основного металла. Необходимо отметить также малую долговечность таких датчиков из-за скользящего контакта.

Поиск разделки кромок шва

В следящих системах коррекции положения сварочной головки относительно стыка свариваемых поверхностей применяют следующие датчики: копирный ролик (щуп) по кромкам стыка, электромагнитные, фотоэлектрические и телевизионные.

При использовании копирного ролика (щупа) горелка может соединяться с копирным роликом непосредственно жестко или гибкой связью через электропривод (рис.2.2.5).

В практике получили применение электромагнитные датчики стыка: индуктивные и индукционные.

Работу индуктивного датчика стыка рассмотрим на рис.2.2.6.

Рис.2.2.5. Использование копирных роликов
 в качестве датчиков поиска кромок шва:
а - свариваемые детали с разделкой кромок;
б - сварка внахлест;
в - стыковое соединение с зазором

Рис.2.2.6. Индуктивный датчик стыка

Две индуктивные катушки расположены на полюсах П-образного магнитопривода и включены последовательно-встречно в цепь питания генератора. Магнитные потоки разделены и замыкаются на металл детали. Когда зазор в стыке d находится на одинаковом расстоянии от катушек, магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ и сопротивления Z₁ и Z₂ равны. Напряжения
U_1-3 и U_2-3 равны. Если датчик сместится вправо, то сопротивление левой катушки Z₁ уменьшится, а правой Z₂ - возрастет. Знак и величина рассогласования DZ=Z₁-Z₂ выявляется дифференциальной измерительной схемой.

Более перспективны в практическом применении индукционные датчики (рис.2.2.7). Индукционные датчики основаны на эффекте наведения в детали токов самоиндукции и измерении магнитного поля, наведенного этими токами. Поэтому они применимы и для контроля стыка немагнитных металлов.

Рис.2.2.7. Индукционный датчик стыка немагнитных металлов:
а- схема; б - наведенные токи

На крайних стержнях Ш-образного магнитопровода закреплены первичные обмотки W₁. Измерительная обмотка W₂ закреплена на среднем стержне. Включение обмоток таково, что в среднем стержне U_д=0 при расположении датчика симметрично относительно стыка. Если стык будет расположен ближе к левой обмотке, то наведенный ток от правой обмотки будет создавать большее напряжение в обмотке W₂.

Имеются и другие конструкции электромагнитных датчиков.

Усилительные элементы

В системах автоматического регулирования для управления исполнительными элементами необходимо применять усилительно-преобразова-тельные элементы, основным назначением которых является усиление сигналов поступающих от датчиков.