SU1590280A1

SU1590280A1 - Устройство автоматического управлени термическим циклом контактной сварки

Info

Publication number: SU1590280A1
Application number: SU884409589A
Authority: SU
Inventors: Юрий Александрович Мишунин; Сергей Николаевич Смелков
Original assignee: Предприятие П/Я А-3517
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1990-09-07

Abstract

Изобретение относитс к сварочной технике, в частности к технологии контактной сварки преимущественно деталей малой толщины, и может быть использовано в различных отрасл х промышленности. Цель изобретени - повышение точности управлени термическим циклом. Устройство автоматического управлени термическим циклом контактной сварки содержит датчик тока, электроды и измерительные щупы, образующие датчик напр жени и безынерционную термопару, соединенную через ключ с усилителем посто нного тока, блок управлени ключом, задатчик термоцикла, блок коммутации, блок вычислени параметра управлени , схему задержки, источник сварочного тока, задатчик величины первого импульса. Задатчик термоцикла содержит источник опорных напр жений, три ключа, интегрирующую RC-цепь, резистор, сумматор. В устройство введены датчик начала цикла сварки, одновибратор и блок сравнени . На входы последнего поступают значение температуры в зоне сварки и значение заданной минимальной температуры. Одновибратор формирует запускающий импульс дл формировани импульса сварочного тока. В задатчик термоцикла введен RC-триггер, таймер и сумматор, на выходе которого формируетс заданна минимальна температура. Устройство позвол ет управл ть термическим циклом контактной сварки как с учетом заданной максимальной так и минимальной температур. Соединени , получаемые с помощью устройства, имеют большую надежность и лучшее качество, так как их формирование происходит при оптимальном термоцикле. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относитс к сварочной технике, в частности к технологии контактной сварки преимущественно деталей малой толщины, и может быть использовано в различных отрасл х промьттенности.

Цель изобретени - повьшение точности управлени термическим циклом.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - зависимость температуры Т и сварочного тока I в зоне сварки; на фиг. 3 - диаграммы., по сн ющие работу устройства; на фиг. 4 - структурна схема задатчи- ка термоцикла; на фиг. 5 - алгоритм работы блока вычислени параметра управлени .

Устройство содержит одновибратор |1, задатчик 2 термоцикла, схему 3 з держки, источник 4 сварочного тока, блок 5 вычислени параметра управлени , алгоритм работы которого показан на фиг. 5, задатчик 6 величины первого импульса, блок 7 коммутации , датчик 8 тока, ключ 9, электроды 10, измерительные щупы 11, усилитель 12 посто нноготока, блок ;13 управлени ключом, блок 14 сравнени , датчик 15 начала цикла сварки , Задатчик 2 термоцикла содержит в себе КС-триггер 16, таймер 17, первый ключ 18, второй ключ 19, резистор 20, резистор 21, конденса- 1тор 22, первый сумматор 23, второй |сумматор 24, третий ключ 25, источ- ик 26 опорных напр жений. I Устройство работает следующим образом .

: По сигналу с датчика 15 начала икла сварки запускаетс задатчик 2 |термоцикла. Задатчик 2 термоцикла формирует две функции: функцию заданной температуры сварки с опережени- м по времени на величину длитель- ости импульса сварочного тока в зависимости от времени и функцию заданной минимальной температуры в паузах между импульсами сварочного тока в зависимости от времени. Одновременно с задатчиком 2 термоцикла запускаетс одновибратор 1, импульс с выхода которого запускает блок 5 вычислени параметра управлени и через схему 3 задержки источник 4 сварочного тока.

Величина первого импульса сварочного тока задаетс задатчиком 6 величины первого импульса (источник опорного напр жени ), выход которого соединен с блоком 7 коммутации, который при отсутствии сигнала с блока 5 вычислени параметра уп- равл-ени пропускает сигнал с задат- чика 6 величины первого импульса на управл ющий вход источника 4 сварочного тока. Величина первого импульса определ етс опытным путем. При формировании источником 4 сварочного тока имнульса сварочного тока информаци о мгновенных значени х тока и напр жени с датчика 8 тока и измерительных щупов 11 поступает блок 5 вычислени параметра управлени . По сигналу с одновибратора 1 формируетс управл ющий сигнал на

90280

входе блока 13 управлени ключом, по которому ключ 9 размыкаетс и безынерционна термопара, образованна электродом 10 и измерительным щупом 11, отключаетс от усилител 12 посто нного тока. При отсутствии сварочного тока по сигналу с датчика 8 тока формируетс противоположJQ ный пре.дыдущему сигнал на выходе блока 13 управлени ключом, по которому ключ 9 замыкаетс . Значение температуры в момент включени и выключени ключа 9 регистрируетс

в блоке 5 вычислени параметра управлени (блок 13 управлени ключом аналогичен блоку управлени ключом, описанному в известном устройстве). При этом производитс вычисление

2Q средней теплоемкости зоны сварки из выражени

-Kt

lUdt

г 1 т -т

К1 к 1

где I - мгновенное значение сварочного тока; и - мгновенное значение напр :жени между электродами; -н) врем начала импульса сварочного тока; ,. t - врем окончани импульса

сварочного тока; Т| - температура в момент времени , соответствующего началу импульса; Т), - температура в момент времени , соответствующего окончанию импульса.

В то же врем , при замыкании ключа 9 значение температуры в зоне сварки с выхода усилител 12 посто нного тока поступает на вход блока 14 сравнени . На другой его вход с выхода задатчика 2 термоцикла поступает значение заданной минимальной температуры. В момент равенства значений действительной и заданной температур с.блока 14 сравнени на вход одновибратора 1 поступает сигнал на его запуск и одновибратор 1 - формирует импульс.

При поступлении второго импульса с выхода одновибратора 1 на вход задатчика 2 термоцикла, с него поступает в блок 5 вычислени параметра управлени информаци о. значении заданной температуры на врем , соответствующее концу импульса сварки , и регистрируетс значение температуры в зоне сварки в это же врем . Затем производитс вычисление величины управл ющего сигнала, исход из количества тепловой энергии, которое необходимо затратить дл того , чтобы разогреть зону сварки к моменту окончани импульса тока до заданной температуры из выражени

Q C / 23«4-T«.

где Т

к 4 зогд

HI

температура заданна на врем , соответствующее концу второго импульса; температура в момент времени, соответствующий началу второго импульса;

С - средн теплоемкость зо- . ны сварки, вычисленна при прохождении предыдущего импульса сва роч- ного тока.

Затем полученный сигнал через блок 7 коммутации поступает на управл ющий вход источника 4 сварочного тока

Второй импульс с одновибратора 1 поступает также на вход схемы 3 задержки , а затем на вход источника 4 сварочного тока, который начинает формировать второй импульс сварочного тока. Задержка импульса с одновибратора 1 происходит на врем вычислени выражени

Q . звл

),

так как запаздывани , управл ющего источником сигнала, не должно быть. В случае его отсутстви через блок коммутации на. управл ющий вход источника 4 сварочного тока будет поступать сигнал с задатчика 6 величины первого импульса, что,необходимо в случае отказа блока 5 вычислени параметра управлени .

Учитыва , что врем задержки на несколько пор дков меньше посто нной времени проводимого теплового процесса, погрешность измерени температуры , св занную с этим, можно не учитывать.

При по влении второго импульса сварочного тока, как при его первом импульсе, определ етс средн теплоемкость зоны сварки и по следующему импульсу с одновибратора 1 рассчитываетс величина управл ющего сигнала , и так далее.

10

15

20

зал. мин -

25

Достижение в какой-то определенный момент времени в процессе сварки заданного значени температуры не означает прекращени процесса, длительность которого задана.

На фиг. 2 (вверху) показаны зависимости температуры в зоне сварки (пайки), внизу - осциллограмма сварочного тока, проход щего через соединение . Обе осцилограммы совмещены во времени. На диаграмме ЗОА функци заданной

температуры, которую нужно получить в. зоне сварки в результате автоматического управлени процессом , смещенна во времени на длителё- ность сварочного тока;

-. функци минимальной заданной температуры зоны сварки. Значени температур Т, и Т соответствуют началу t „ и концу t ц, второго импульса, Т соответствует началу третьего импульса t ,,,. Т .,

по

30 соответствует заданной температуре, котора должна быть достигнута после прохождени третьего импульса.

Структурна схема задатчика 2 термоцикла- представлена на фиг. 4,

. Задатчик 2 термоцикла работает следующим образом, В исходном состо нии на пр мом выходе RC-тригге- ра 16 сигнал отсутствует, первый

ключ 18 разомкнут, на инверсном вы- Q ходе КС-триггера 16 сигнал присутствует ,, второй ключ 19 замкнут, конденсатор 22 разр жен через резистор 21.

При поступлении импульса с задат- 5 чика 15 начала цикла сварки на установочный в логическую единицу вход RC-триггера 16 последний устанавливаетс в состо ние логической единицы . Запускаетс таймер 17. В то 0 е врем -инверсный выход КС-триггера перейдет в состо ние логического нул и второй ключ 19 разомкнетс , отключа резистор 21 от выхода ЕС-цепи , построенной на резисторе 20 и 5 конденсаторе 22, а сигнал с пр мого выхода КС-триггера 16 замкнет первый ключ 18, замыка тем самым первый выход источника 26 опорных напр жений с RC-цепью. Конденсатор 22

5

; начинает зар жатьс . Напр жение на I конденсаторе 22 представл ет собой 1 функцию, заданной температуры в зоне I сварки от времени, т.е. Т f(t;). Поступа на вход первого сумматора 23, на второй вход которого приходит сигнал с второго выхода источника 26 опорных напр жений, на выходе сумматора 23 формируетс функ- :ци заданной температуры с опереже- |Нием по времени на длительность им- |пульса сварочного тока, т.е. Т

ЗОГА

- ИА1п

1 f(), где величина длительность импульса сварочного тока. В то же врем напр жение на |конденсаторе 22 поступает на первый ;вход второго сумматора 25, где сум- мируетс с сигналом с третьего вы- |хода источника 26 опорных напр жений . Тем самым, на выходе второго сумматора 25 формируетс функци заданной минимальной температуры от |времени . f(t), котора по- |ступает на вход блока 14 сравнени . В момент прихода импульса с выхо |да одновибратора 1 замыкаетс трети . |ключ 24, и значение заданной темпе- {ратуры с опережением на длительност |импульса сварочного тока поступает IB это момент с выхода первого сумматора 23 через третий ключ 24 на вход блока 5 вычислени параметра управлени .

По окончании цикла сварки сигналом с выхода таймера 17 сбрасываетс в состо ние логического нул КС- триггер 16, при этом первый ключ 18 размыкаетс , второй ключ 19 замыка- ;етс , конденсатор 22 разр жаетс через резистор 21 и схема задатчика 2 термоцикла устанавливаетс в исходное состо ние.

Величина резистора 20, конденсатора 22 и опорных напр жений устанавливаетс исход из обеспечени соответстви выходных напр жений за датчиков 2 термоцикла требовани м функций заданных температур.

Устройство было опробовано в лабораторных услови х. Проводилась пайка предварительно облуженных припоем ПОС-61 деталей, имеющих разные конструктивные параметры (геометрию массу и исполнение). В качестве флюса использовалс флюс ФКТ, предварительно нанесенный на поверхность ко т.актных площадок. Врем пайки выбрано 500 мс. Длительность импульса

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тока пайки 0,3 мс ( В результате проверки установлено, что максимальное отклонение температуры зоны пайки от заданной максимальной и заданной минимальной не превышает + 5%.

Применение устройства автоматического управлени термическим циклом контактной сварки, учитывающего минимальную температуру в зоне сварки , позвол ет стабилизировать термоцикл и тем самым улучшить повтор емость параметров соединени , выполн емых на устройстве.

Claims

.Формула изобретени

1 . Устройство автоматического управлени термическим циклом контактной сварки, содержащее источник сварочного тока, датчики сварочного тока и напр жени , выходы последнего соединены с первым и вторым входами блока вычислени параметра управлени , третий вход которого через усилитель посто нного тока и ключ соединен с выходом безынерционной термопары, выход задатчика величины первого импульса через блок коммутации соединен с первым входом- источника сварочного тока, второй вход которого соединен с выходом схемы задержки, первый выход задатчика термоцикла соединен с четвертым входом блока вычислени параметра управлени , п тый вход которого соединен с выходом датчика тока и первым входом блока управлени ключом, выход последнего соединен с управл ющим входом ключа, выход блока вычислени параметра управлени соединен с вторым входом блока коммутации , отличающеес тем, что, с целью повышени точности управлени термическим циклом, в него введены датчик начала цикла сварки и последовательно соединенные блок сравнени и од- новибратор, При этом выход одновибратора соединен с вторым входом блока управлени ключом, входом схемы задержки, первым входом задатчика термоцикла и шестым входом блока вычислени параметра управлени , третий вход которого соединен с первьм входом блока сравнени , второй вход которого соединен с вторым выходом задатчика термоцйкла, второй вход последнего соединен с выходом датчика

fuz.}

т

}ag -f(

fjode i j(t

Ж Ж

V//// 777V /y/////Y y// //

k Л k,

/

- /

r

г

U

f(t}

22

23 T

f«

/