Система управления процессом сварки ТИГ сталей малой толщины
Приведен вариант реализации режима сварки пульсирующей дугой на малоамперном источнике сварочного тока с регулированием широтно-импульсной модуляцией и экспериментальной системой управления с применением микропроцессорной техники. The paper presents a variant of pulsed-arc welding using a low-ampera...
Saved in:
| Published in: | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100669 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Система управления процессом сварки ТИГ сталей малой толщины / Д.Д. Кункин // Автоматическая сварка. — 2008. — № 12 (668). — С. 17-19. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859665154730360832 |
|---|---|
| author | Кункин, Д.Д. |
| author_facet | Кункин, Д.Д. |
| citation_txt | Система управления процессом сварки ТИГ сталей малой толщины / Д.Д. Кункин // Автоматическая сварка. — 2008. — № 12 (668). — С. 17-19. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Приведен вариант реализации режима сварки пульсирующей дугой на малоамперном источнике сварочного тока с регулированием широтно-импульсной модуляцией и экспериментальной системой управления с применением микропроцессорной техники.
The paper presents a variant of pulsed-arc welding using a low-amperage welding current source with PWM-regulation
and an experimental control system with application of microprocessor devices.
|
| first_indexed | 2025-11-30T10:34:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.3.078.3
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СВАРКИ ТИГ
СТАЛЕЙ МАЛОЙ ТОЛЩИНЫ
Д. Д. КУНКИН, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Приведен вариант реализации режима сварки пульсирующей дугой на малоамперном источнике сварочного тока
с регулированием широтно-импульсной модуляцией и экспериментальной системой управления с применением
микропроцессорной техники.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сварка ТИГ, пульсирующая дуга,
микропроцессор, регулирование широтно-импульсной моду-
ляцией, тонколистовой металл
Сварка ТИГ сталей толщиной до 0,5 мм широко
применяется в приборостроении (сборка корпусов
и экранов), в меньшем объеме — в автомоби-
лестроении при проведении ремонто-восстанови-
тельных работ. Возможны и другие узкоспециа-
лизированные сферы ее применения, где исполь-
зование стандартных сварочных инверторов яв-
ляется нецелесообразным.
В настоящей работе решалась задача постро-
ения системы управления для сварки тонколис-
тового металла с наименьшими материальными
и временными затратами. Для уменьшения теп-
ловложения в металл и вероятности прожогов ис-
пользуют сварку постоянным током с низко- и сред-
нечастотной модуляцией (сварку пульсирующей ду-
гой). Регулировка длительности тока в импульсе
и паузе, а также частоты повторения импульсов
осуществляется с помощью микроконтроллера AT-
mega8515 (фирмы «Atmel»). При сварке модули-
рованным током путем изменения, как минимум,
четырех регулируемых параметров (длительность
импульса, частота его повторения, амплитуда тока
в импульсе и уровня базового тока) можно уста-
новить оптимальный режим сварки. На экспери-
ментальном образце удобно применять единый
программируемый модуль обработки команд свар-
щика и управления регулируемыми параметрами
с индикацией установленных значений, что позво-
ляет адаптировать систему управления в соот-
ветствии с различными требованиями и задачами
[1, 2].
В качестве объекта управления использовали
малоамперный источник сварочного тока, разра-
ботанный подразделением ИЭС им. Е. О. Пато-
на — Государственным научно-инженерным цен-
тром сварки и контроля в области атомной энер-
гетики Украины. Этот источник тока является сос-
тавной частью тренажера для сварщика (рис. 1)
и представляет собой широтно-импульсный пре-
образователь понижающего типа с системой уп-
равления.
Стабилизация сварочного тока по сигналам об-
ратной связи, получаемым от датчика тока 3, осу-
ществляется по закону широтно-импульсной мо-
дуляции, реализуемой микросхемой TL 494 1. Для
согласования выходного сигнала микросхемы 1
и силового транзистора используют микросхему-
драйвер IR 2110 2. Сигнал обратной связи по току
от датчика сравнивается с уровнем опорного нап-
ряжения, в результате получают сигнал ошибки,
который сопоставляют с пилообразным сигналом.
В результате формируются импульсы управления
силовым транзистором с частотой, которая опре-
деляется параметрами внешней времязадающей
цепи генератора пилообразного напряжения
(ГПН), в нашем случае она равна 20 кГц. Дли-
тельность открытого состояния транзистора пря-
мо пропорциональна разнице между сигналом
ошибки и опорным напряжением. Благодаря за-
пасенной энергии дросселя L1 импульсы тока пре-
образуются в непрерывный ток, среднее значение
которого поддерживается на постоянном уровне
с определенной точностью.
Режим сварки пульсирующей дугой реализо-
вали следующим образом. Микроконтроллер
обеспечивает генерирование сигнала, временная
диаграмма которого представлена на рис. 2. В
программе предусмотрена регулировка операто-
ром длительности цикла импульса и паузы не-
посредственно в ходе работы устройства с дис-
кретностью 50 мкс. Сварщик с помощью клавиш
«больше»/«меньше» (или цифровых потенциомет-
ров) устанавливает значение коэффициентов, со-
ответствующее длительности Tи и паузы Tп (от
0 до 255), которое умножается на 50 мкс. Частоту
следования выходных импульсов можно опреде-
лить по формуле
fвых = 1/(TиT + TпT + dt) [Гц],
где dt — длительность «мертвого времени» (про-
должительность выключенного состояния управ-
© Д. Д. Кункин, 2008
12/2008 17
ляющего транзистора перед каждым новым цик-
лом), равная 10 мкс; T — программная единица
времени, равная 50 мкс.
Импульсный сигнал заданной частоты посту-
пает от микроконтроллера 6 на оптронный ключ
5. Ключ шунтирует резистор аттенюатора 4 опор-
ного напряжения, сравниваемый уровень опорно-
го напряжения резко возрастает, в результате чего
длительность открытого состояния силового тран-
зистора увеличивается и значение сварочного тока
приближается к максимальному. Соотношение
между максимальным и минимальным значением
тока может изменяться оператором. Частота
скачкообразного изменения опорного сигнала оп-
ределяется частотой генерирования импульсов
микроконтроллером и выбирается оператором как
комбинация длительности импульса и паузы. Ее
выбранные значения отображаются на семисег-
ментном индикаторе блока динамической инди-
кации 7.
Максимальная частота выходного сигнала, явля-
ющаяся частотой модуляции, составляет fвых =
= 1⋅106/(1⋅50 + 1⋅50 + 10) = 9,1 кГц. Следует отме-
тить, что такое значение fвых сварочного тока спо-
собствует повышению устойчивости горения дуги,
но не влияет на ее энергетические показатели вслед-
ствие инерционности тепловых процессов. Мини-
мальное значение частоты выходного сигнала сос-
тавляет 39,2 Гц.
В ходе проведения экспериментов была дос-
тигнута приемлемая устойчивость горения дуги
без прожогов при следующих параметрах процес-
са: сталь — оцинкованный лист СТ0 толщиной
0,55 мм; длительность импульса и паузы 4,9 мс
(Тп = Ти = 98), что соответствует частоте следо-
вания импульсов fвых = 100 Гц при скважности
50 %. Диапазон скачкообразного изменения опор-
ного напряжения составляет 50 % базового значе-
ния. Таким образом, для максимального (10 А) тока
размах его пульсаций равен приблизительно 5 А.
При этом значения напряжения на дуговом про-
межутке изменяются от 16 до 20 В. Осцилограмма
модулированного сварочного тока представлена на
рис. 3.
Исходя из результатов проведенной работы
можно сделать следующие выводы.
Описанный способ построения системы управ-
ления для сварки тонколистового металла пуль-
сирующей дугой является экономичным и в то
Рис. 1. Структурная схема устройства для сварки пульсирующей дугой
Рис. 2. Управляющий сигнал микроконтроллера
18 12/2008
же время достаточно гибким решением для раз-
личных сфер применения. Недостатком такого
способа достижения пульсаций сварочного тока
является периодическое изменение коэффициента
усиления усилителя сигнала ошибки, в результате
чего точность стабилизации тока в импульсе хуже,
чем в паузе. Регулировка уровня тока импульса
и паузы не происходит независимо, она осущес-
твляется одновременно, что заставляет оператора
выполнять настройку необходимых значений тока
продолжительное время. К преимуществам можно
отнести удобство цифрового независимого регу-
лирования длительности импульса паузы. В слу-
чае потребности в значительном изменении час-
тотного диапазона сварочного тока (в сторону по-
нижения частоты) нет необходимости в замене
дискретных элементов системы управления. Ди-
апазон регулирования длительности импульса и
паузы изменяется в зависимости от программной
единицы времени.
В будущем из массива данных, полученных при
проведении экспериментов по сварке металлов раз-
личной толщины, целесообразно выделить оптималь-
ные диапазоны регулирования основных пара-
метров сварочного тока для достижения уста-
новленного минимального влияния температуры,
глубины проплавления и устойчивости процесса
сварки. Приведенная схема управления с некоторыми
доработками может быть использована для анало-
гичного источника сварочного тока мощностью
4 кВт.
1. Баранов В. Н. Применение микроконтроллеров AVR:
схемы, алгоритмы. — М.: Издат. дом «Додека-XXI»,
2004. — 288 с.
2. Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с
помощью AVR микроконтроллеров. — Киев: МК-Пресс,
2007. — 208 с.
The paper presents a variant of pulsed-arc welding using a low-amperage welding current source with PWM-regulation
and an experimental control system with application of microprocessor devices.
Поступила в редакцию 02.07.2008
Рис. 3. Модулированный ток для сварки пульсирующей дугой
(масштаб 2 А — 5 мс)
НКМЗ ОТПРАВЛЯЕТ КОМБАЙНЫ
ДЛЯ ШАХТЕРОВ РОССИИ
Новокраматорский машиностроительный завод (г.Краматорск, Донецкой
обл.) приступил к отгрузке двух проходческих комбайнов П110-01 крупнейшей
в России шахте «Распадская» (Кузбазский угольный бассейн).
Комбайны специального исполнения созданы для прохождения выработок с
минимальной присечкой пород кровли. Это снижает зольность добытого угля,
расход резцов, увеличивает производительность и темпы проходки.
Еще три комбайна П110-01, предназначенные для шахт Кузбасса, будут
отгружены потребителям летом.
12/2008 19
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100669 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T10:34:13Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кункин, Д.Д. 2016-05-26T05:33:53Z 2016-05-26T05:33:53Z 2008 Система управления процессом сварки ТИГ сталей малой толщины / Д.Д. Кункин // Автоматическая сварка. — 2008. — № 12 (668). — С. 17-19. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100669 621.3.078.3 Приведен вариант реализации режима сварки пульсирующей дугой на малоамперном источнике сварочного тока с регулированием широтно-импульсной модуляцией и экспериментальной системой управления с применением микропроцессорной техники. The paper presents a variant of pulsed-arc welding using a low-amperage welding current source with PWM-regulation and an experimental control system with application of microprocessor devices. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Система управления процессом сварки ТИГ сталей малой толщины System for TIG welding process control of low-thickness steels Article published earlier |
| spellingShingle | Система управления процессом сварки ТИГ сталей малой толщины Кункин, Д.Д. Научно-технический раздел |
| title | Система управления процессом сварки ТИГ сталей малой толщины |
| title_alt | System for TIG welding process control of low-thickness steels |
| title_full | Система управления процессом сварки ТИГ сталей малой толщины |
| title_fullStr | Система управления процессом сварки ТИГ сталей малой толщины |
| title_full_unstemmed | Система управления процессом сварки ТИГ сталей малой толщины |
| title_short | Система управления процессом сварки ТИГ сталей малой толщины |
| title_sort | система управления процессом сварки тиг сталей малой толщины |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100669 |
| work_keys_str_mv | AT kunkindd sistemaupravleniâprocessomsvarkitigstaleimaloitolŝiny AT kunkindd systemfortigweldingprocesscontroloflowthicknesssteels |