RU2164846C1 - Способ регулирования и контроля процесса контактной сварки - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области контактной сварки и может быть использовано в процессе производства свинцовых аккумуляторных батарей при сварке межэлементных соединений. Способ позволяет оценивать качество сварных соединений в процессе сварки и оперативно управлять процессом сварки. Измеряют действующее значение тока сварки и напряжения на сварочных электродах. Регистрируют отклонения от заданного действующего значения сварочного тока в каждом полупериоде времени сварки. Корректируют сварочный ток по ΔI в каждом предыдущем полупериоде. Оценку качества свариваемых соединений осуществляют по Σ|ΔI_n| (где n - число полупериодов) всего цикла сварки и по Σ|ΔU| за последнюю четверть времени сварки. Для оценки качества используют метод нечеткой логики для трех оценок: "хорошо", "удовлетворительно" и "плохо". 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области контактной сварки, в частности к сварке межэлементных соединений (МЭС) свинцовых аккумуляторных батарей, и может быть использовано в процессе промышленного их производства.

При использовании контактной точечной электросварки для создания МЭС аккумуляторных батарей [АБ] технологический процесс, в том числе регулирование и контроль процесса, должны обеспечивать безупречное качество точечной электросварки, так как от качества в каждой точке сварки зависит качество всей батареи.

При сварке МЭС аккумуляторных батарей выплески недопустимы, так как помимо механической прочности МЭС должны обладать высокой электрической прочностью, поскольку при стартерном разряде АБ через них проходят токи величиной от 200 А до 1500 А. Наличие пустот и раковин в случае выплеска приводит к снижению электрической прочности АБ, что является скрытым браком и проявляется при эксплуатации.

Известен способ регулирования процесса контактной точечной сварки, в котором сварочный ток выключают в каждом полупериоде при достижении заданного мгновенного значения падения напряжения на электродах, а в конце процесса в последнем полупериоде выключение тока производят при достижении заданного мгновенного значения выделяемой между электродами электрической мощности (см. А. С. СССР N 429915, МКИ B 23 K 101/36 от 30.05.74). Этот способ улучшает качество сварного соединения за счет устранения выплесков и стабилизации размера сварного соединения. Однако он не позволяет оценить качество сварного соединения в самом процессе сварки и тем самым оперативно управлять процессом контактной точечной сварки. Кроме того, точность регулирования снижается из-за присутствия помех при измерении мгновенных значений регулируемых параметров. Также из-за применения специальных транзисторных схем для выключения тока сварки в каждом полупериоде ограничивается область применения данного способа ввиду сложности его реализации и невозможности его применения при требуемых сварочных токах в 10000 - 20000 А.

Известен способ контроля процесса контактной точечной сварки по действующему значению сварочного тока, при котором измеряют длительность импульса сварочного тока и рассчитывают действующее значение сварного тока по соответствующей формуле (см. А.С. СССР N 1618548, МКИ⁵ B 23 K 11/24 от 07.01.91). Описанный способ повышает точность контроля сварки, однако он только регистрирует действующее значение сварочного тока и время сварки и не позволяет поддерживать заданными параметры сварки независимо от внешних возмущающих факторов: колебаний напряжения питающей сети, изменения сопротивления сварочного контура, нестабильности контактного пятна из-за изменений усилия сжатия клещей, износа деталей, изменений физико-химических свойств свариваемых деталей.

Известен способ регулирования процесса контактной сварки на переменном токе, при котором управляют сварочным током путем изменения углов включения и выключения тока в каждом полупериоде, при этом угол включения корректируют в соответствии с колебаниями напряжения питающей сети, а угол выключения - в зависимости от скорости изменения тока сварки (см. А.С. СССР N 764898, МКИ B 23 K 11/24 от 25.09.80).

Недостатком данного способа является необходимость применения наряду с тиристорами еще и специальных транзисторных схем для выключения сварочного тока в каждом полупериоде, что усложняет схему реализации и ограничивает область использования данного способа сваркой током небольшой величины деталей, требующих соединения с минимальной зоной термического влияния, что используется в производстве изделий электронной техники и приборостроения. Кроме того, данный способ не позволяет осуществлять контроль качества сварного соединения в процессе самой сварки.

Наиболее близким к предлагаемому способу регулирования и контроля процесса контактной точечной сварки на переменном токе является способ, при котором измеряют действующее значение сварочного тока, отклонение его от заданного и стабилизируют сварочный ток по разности между заранее заданным значениям тока и его фактическими значениями (см. Технология и оборудование контактной сварки. - М.: Машиностроение, 1986, с. 317).

Этот способ позволяет управлять процессом контактной точечной сварки, однако при его использовании не решается задача контроля качества сварного соединения и оперативного внесения изменений в управление процессом, кроме того, этот способ также не позволяет выявить скрытый брак готового изделия непосредственно в процессе сварки или по его окончании по контролируемым параметрам.

Задачей авторов было создание такого способа управления и контроля контактной точечной сварки, который позволил бы повысить качество сварного соединения, электрическую и механическую прочности, в частности, МЭС АБ путем оценки качества каждой точки сварки в процессе сварки и оперативного выявления некачественных изделий (брака) по контролируемым параметрам в процессе сварки без привлечения дополнительного и не всегда эффективного контроля уже готовых изделий.

Согласно изобретению поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ включает измерение действующего значения сварочного тока и напряжения на электродах сварочной машины, регистрацию отклонения от заданного действующего значения сварочного тока в каждом полупериоде сварки, корректирование сварочного тока в каждом полупериоде по ΔI каждого предыдущего полупериода, оценку качества свариваемых соединений непосредственно в процессе сварки по

где n - число полупериодов всего времени сварки и по

за последнюю четверть длительности сварки. Кроме того, способ включает предварительную оценку контактного пятна по площади его сечения, которую определяют перед процессом сварки при пропускании стабилизированного тока силой 200 - 1000 А в течение 10-5 периодов. Кроме того, предложено качество сварного соединения оценивать методом нечеткой логики для трех оценок: "хорошо", "удовлетворительно", "плохо".

Качество сварки обуславливается стабильностью сварочного процесса за счет регистрации ΔI в каждом полупериоде и управлении действующим сварочным током в каждом полупериоде по ΔI предыдущего полупериода. При этом исключается ошибка регулирования из-за помех при измерении регулируемых параметров за счет интегрирования значений сварочного тока и напряжения на электродах. Многочисленные эксперименты, проведенные авторами, показали, что изменения заданных условий выполнения сварки можно контролировать по величине напряжения между электродами, что наряду с контролем ΔI повышает точность контроля качества МЭС. При этом для контроля качества МЭС целесообразно использовать среднее значение напряжения между электродами в последней четверти длительности сварки. Как показали эксперименты, такая оценка оказалась оптимальной, с одной стороны - для снижения погрешности измерения в каждом полупериоде за счет ее усреднения, а с другой - по изменению напряжения на электродах оперативно выявлять брак или приближение к пороговым значениям, за которыми наступает брак, например выплеск, и, как следствие, оперативно регулировать процесс сварки путем корректирования его параметров для предотвращения появления брака. Повышение качества МЭС, обладающего высокой механической и электрической прочностью, достигается, кроме того, введением дополнительного параметра контроля - определением площади контактного пятна перед основным процессом сварки по падению напряжения между электродами при режимах, указанных выше и определенных авторами. В этих пределах, как показали опытные данные, значения падения напряжения соответствуют оптимальным сечениям контактных пятен, позволяющим, в конечном счете, получить качественные межэлементные соединения при сварке аккумуляторных батарей с раковиной в центре соединения не более 1 мм и при полном отсутствии окислов, пор и трещин. Для оценки качества МЭС по параметрам ΔI и ΔU был использован аппарат нечеткой логики. Разработанный авторами алгоритм контроля качества сварки на основе большого массива экспериментальных данных позволил в процессе сварки своевременно обнаруживать и предупреждать брак при сварке МЭС без использования методов разрушающего контроля.

Предлагаемый способ позволяет повысить качество сварных соединений за счет оперативного управления и оценки качества и выявления брака изделий в процессе сварки и, в конечном счете, снизить стоимость потерь из-за брака.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором дана блок-схема одного из вариантов устройства для реализации способа.

Блок-схема содержит: 1 - аккумуляторную батарею, подлежащую сварке; 2 - узел крепления и перемещения сварочных электродов; 3 - токоподводы от вторичного контура сварочного трансформатора к сварочным электродам (клещам); 4 - источник питания сварочного контура сварочной машины, состоящий из силового сварочного трансформатора с включенным в первичном контуре тиристорным устройством с фазо-импульсным управлением; 5 - датчик тока; 6 - датчик напряжения; 7 - блок измерения; 8 - блок управления, представляющий собой микроЭВМ; 9 - пульт оператора; 10 - внешний программный блок.

Реализация способа с помощью устройства осуществляется следующим образом.

С внешнего программного блока 10 на исполнительный механизм машины контактной сварки на микроЭВМ данного устройства поступает сигнал на сжатие сварочных клещей. После сжатия клещей и паузы, следующей за этой операцией и заложенной в программе микроЭВМ, включается измерительный режим предварительной оценки сечения контактного пятна путем пропускания стабилизированного тока силой 200-1000 А в течение 10-5 периодов. В зависимости от значения падения напряжения на сварочных электродах (отклонение падения напряжения ±U либо превышает, либо находится в пределах допустимых значений) микроЭВМ подает сигнал либо на "запрет", либо на "включение" сварки.

При включении сварки микроЭВМ с помощью блока измерения 7 измеряет в конце каждого полупериода интегральные значения тока и напряжения. Измеренное значение тока сравнивается с заданным и в зависимости от величины ошибки микроЭВМ рассчитывает и корректирует угол открытия тиристоров, который передается в источник питания 4. После окончания сварки микроЭВМ вычисляет интегральную (суммарную) ошибку стабилизации варочного тока за все время сварки

где n - число полупериодов) и среднее значение напряжения между электродами

за последнюю четверть времени сварки. Сравнением вычисленных величин

с допустимыми значениями определяется качество сварного соединения. Время сварки является заданной неизменной величиной в зависимости от номера программы ЭВМ, выбранного оператором для данных клещей или в случае необходимости заданной оператором с пульта оператора 9 и занесенного в оперативную память компьютера 8.

Внешнее программное устройство 10 настраивается таким образом, что сигнал о выполнении следующей операции (разжатие клещей) подается заведомо позднее окончания сварки.

В том случае, когда микроЭВМ определяет данное сварное соединение как некачественное, процесс сварки приостанавливается для оперативного внесения изменений в процесс и режимы сварки: изменение усилия сжатия клещей, замены изношенных деталей, изменения заданных времени или действующего значения сварочного тока.

Способ был реализован при сварке межэлементных соединений свинцовых аккумуляторных батарей. Сварку осуществляли на полуавтоматической линии сборки АБ 6СТ-66А4. В сварочной установке использовали трансформатор типа ТК-301 с максимальной мощностью 40 кВА. Свариваемый материал: свинцовые детали (борны) толщиной 5 мм, разделенные 2 мм изоляционной стенкой из полипропилена с отверстием 12 мм, в которое под воздействием усилия сжатия электродов вдавливается металл межэлементного соединения с обеих сторон стенки. Регулятор сварочного цикла РВК-100 работал в режиме стабилизации сварочного тока для исключения воздействия на процесс колебаний напряжения электрической сети, питающей сварочную машину, и других возмущений, приводящих к нестабильности нагрева. Время сварки составляло 0,22 с, сварочное усилие сжатия 400 кгс. Оптимальное значение тока, равное 6,7 кА, было получено для диаметра отпечатка, равного 7 мм. Контроль и управление процесса сварки осуществляли по ΔI = (I_i-I_o) и по ΔU. Для оценки качества МЭС использовали математический аппарат нечеткой логики. При сварке МЭС из массива экспериментальных данных из 120 точек 60 из них имели неудовлетворительное качество сварки ("плохо"), вследствие чего процесс сварки немедленно прекращали, условия технологического процесса сварки корректировали, батарею забраковывали; 30 точек имели удовлетворительное качество и 30 точек - "хорошо".

Таким образом, реализация способа по предлагаемому способу позволила выявить брак, откорректировать процесс сварки и тем самым предотвратить последующий брак, повысить качество МЭС АБ и, как следствие, снизить их себестоимость.

Claims (3)

1. Способ регулирования и контроля процесса контактной сварки, включающий измерение в процессе сварки действующего значения сварочного тока, регистрацию отклонений тока от заданного и стабилизацию тока по величине его отклонения, отличающийся тем, что дополнительно измеряют действующее значение напряжения в процессе сварки и регистрируют в каждом полупериоде отклонение действующего значения тока сварки от заданного, при этом корректирование силы тока ведут по ΔI каждого предыдущего полупериода, а качество сварки оценивают по сумме абсолютных значений

где n - число полупериодов за все время сварки, и по сумме абсолютных значений

за последнюю четверть времени сварки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед началом сварки предварительно оценивают контактное пятно путем пропускания стабилизированного тока силой 200 - 1000 А в течение 10 - 5 периодов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при оценке качества сварного соединения используют метод нечеткой логики при анализе полученных данных по сумме абсолютных значений

и по сумме абсолютных значений

за последнюю четверть времени сварки для трех оценок: "хорошо", "удовлетворительно", "плохо".