179. Система автоматического регулирования физических параметров режима контактной точечной сварки.

Регуляторы температуры околоэлектродной зоны и инфракрасного излучения. Размеры сварного соединения определяет температура металла в зоне сварки. Однако измерять температуру расплавленного металла ядра или окружающей его зоны в процессе сварки деталей не представляется возможным. Исследованиями установлено, что при выполнении ряда условий температура в контакте электрод — деталь (на поверхности детали) характеризует температуру и размеры литой зоны сварного соединения.

С целью контроля и автоматического регулирования про­цесса точечной сварки температура в контакте электрод — деталь измеряется одним из электродов, представляющим собой контактную термопару. Для этого в электрод вводится тонкая, изолированная теплостойкой изоляцией, константановая проволока, образующая с ним термопару медь — константан. В результате нагрева металла в процессе сварки в термопаре появляется на­пряжение U_т.п. , которое подается на вход соответствующей контрольно-регистрирующей аппаратуры. Последняя по достиже­нии заданной температуры на поверхности детали выключает сварочный ток машины. Температуру, при которой необходимо отключить ток, определяют экспериментально, контролируя раз­меры литого ядра сварных точек.

Регулирование процесса точечной сварки по температуре в контакте электрод — деталь обеспечивает достаточно стабильные размеры ядра точек при колебаниях I_св, изменении размеров рабочей поверхности электродов и усилия сжатия, а также шунти­ровании.

Метод контроля и регулирования по температуре имеет суще­ственные недостатки, из-за которых ограничено его практическое использование. Значительное влияние на оценку по температуре размеров зоны расплавления оказывают состояние поверхности свариваемых деталей, размеры электродов и особенно степень их охлаждения. Вследствие износа рабочей поверхности электродов термопара имеет небольшой срок службы. Быстродействие системы регулирования с термопарой — низкое вследствие ее большой инерционности.

Можно использовать специальный электрод в специальном канале, которого устанавливается заподлицо с торцом электрода встав­ка из тугоплавкого прозрачного материала, например кварца. Вставка связана с фотодатчиком через световод. При сварке на поверхности заготовки возникает свечение, которое регистри­руется фотодатчиком и используется для управления процессом нагрева.

Косвенное измерение температуры можно осуществлять бесконтактным способом на основе использования датчиков инфракрасного излучения – фоторезисторов.

Фоторезисторы воспринимают инфракрасное излучение с по­верхности деталей вблизи зоны сварки. Фоторезисторы крепятся к электроду кронштейном. Фоторезисторы, устанав­ливаемые сверху, защищены от инфракрасного излучения и служат для компенсации влияния окружающей температуры. Контроль температуры Т_и на поверхности изделия осуществляют фоторезисторы. Однако и бесконтактные методы измерения Т_и имеют свои недостатки, поскольку свечение металла наблюдается к концу процесса сварки, когда ядро уже образовалось и поэтому можно лишь констатировать его наличие. Активное регулирование процесса идет с запаздыванием. На показания фоторезисторов влияют внешние помехи: засветка от посторонних источников, изменение плотности и прозрачности окружающей среды из-за пыли, паров воды и т. д. Поэтому рассмотренные контактные и бесконтактные методы контроля и регулирования по температуре до сего времени мало применяют в производстве.

Регуляторы перемещения электродов под действием теплового рас­ширения металла. В процессе точечной сварки в результате нагрева и последующего расплавления металла под электродами происходит местное увеличение толщины свариваемых деталей. Металл в зоне сварки расширяется и происходит раздвижение электродов сварочной машины. Этот так называемый «дилатометрический эффект» можно ис­пользовать в качестве показателя, характеризующего размер сварной точки. Между величиной перемещения электродов и объемом расплав­ленного металла существует взаимосвязь, которая используется при построении автоматических регуляторов. Приращение линейного раз­мера свариваемых деталей при сварке составляет 8—10 % от их сум­марной толщины.

Расширение деталей вызывает перемещение электрододержателя вместе с подвижной частью сварочной машины. Величина этого пере­мещения измеряется датчиком, жестко связанным с неподвижной частью сварочной машины. Подвижный элемент датчика связывается с электрододержателем. В простейшем случае для измерения перемеще­ния используются контактные электромеханические датчики, срабаты­вающие при перемещении электрода на установленную величину.

В регуляторах применяется индуктивный датчик, представля­ющий собой измеритель малых перемещений. Он состоит из двух катушек W1 и W2 установленных на магнитопроводах, жестко связанных с неподвижной частью сварочной машины. Катушки после­довательно включены с обмотками дифференциального трансформатора Т. В воздушном зазоре магнитопроводов расположен якорь, механи­чески связанный с верхним подвижным электрододержателем. В про­цессе сварки этот электрододержатель под действием сил теплового расширения перемещается вверх на величину h и изменяет индуктивное сопротивление катушек W1 и W2. На выходе трансформатора T появляется сигнал рассогласо­вания, пропорциональный h, который используется в автоматичес­ком регуляторе для управления временем протекания сварочного тока.

Регуляторы, построенные на использовании дилатометрического эффекта, обеспечивают компенсацию влияния основных возмущений на качество сварного соединения. Главный недостаток этих регулято­ров — невозможность работы при выплесках металла, а также зависи­мость их точности от стабильности сил трения подвижной части машины.

Регуляторы сопротивления. В процессе сварки электрическое сопро­тивление участка цепи между электродами (зоны сварки) изменяется по сложному закону, причем к концу сварки его величина R_к меньше, чем в начале. По величине конечного сопротивления или по его относительному изменению R_от=(R_m — R_к)/R_ср , где R_cp — среднее сопротивление за время сварки, можно судить о размерах сварной точки.

Поскольку непосредственное измерение сопротивления в процессе сварки представляет значительные трудности, используют косвенный метод, при котором отдельно измеряют падение напряжения между электродами и сварочный ток, а затем делят первое на второе, в ре­зультате чего формируется сигнал, пропорциональный величине со­противления зоны сварки.