Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЕМ СВАРНОГО
соединения и постановка задачи исследования 9
требования к формированию сварочных швов 9
влияние режима сварки на форму и состав шва 15
Системы программного управления параметрами сварочного процесса 19
Системы управления, оснащенные датчиками 24
Компьютерные средства моделирования в области сварки., 30
постановка задачи ИССЛЕДОВАНИЯ 33
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СВАРОЧНОГО ПРОЦЕССА 34
Математическая модель сварочного процесса 34
Преобразование матиметической модели для целей управления 42
Экспериментальные исследования процесса сварки и адекватность модели 44
3. разработка методики построения систем управления
ФОРМИРОВАНИЯ СВАРНОГО ШВА С ЗАДАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ „ 48
разработка метода измерения горизонтального смещения сварочного стыка и ширины разделки кромок 48
разработка метода измерения заполнения сварочной ванны 55
4. разработка структур автоматических систем формирования
СВАРНОГО ШВА С ЗАДАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ 57
Разработка структуры автоматической системы формирования сварного шва с заданными параметрами с учетом коротких замыканий 57
. Разработка структуры автоматической системы формирования сварного шва с заданными параметрами с учетом криво линейности стыка 61
Разработка структуры автоматической системы формирования сварного шва с заданными параметрами с учетом криволинейности стыка и коротких замыканий. 64
разработка структуры автоматической системы управления сварочным током при многопроходной сварке 67
5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ШВА С
заданными параметрами 77
Выбор среды моделирования 77
Создание динамической модели в Simuunk 79
Визуализация модели с помощью Virtual reality toolbox 113
5.4 Результаты испытаний и внедрение автоматической системы управления
формированием сварного шва с заданными параметрами 115
заключение 117
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 119
ПРИЛОЖЕНИЕ А ТЕКСТ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ МОДЕЛИ В S1MULINK.... 130
ПРИЛОЖЕНИЕ В АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ И СДАЧИ-ПРИЕМКИ РАБОТ (КОПИИ) 154
Введение к работе
Сварка - это один из ведущих технологических процессов соединения металлов. Большие преимущества сварки обеспечили ее широкое применение в народном хозяйстве. Объем металлоконструкций, изготавливаемых с применением сварки, во всем мире постоянно возрастает. Промышленные предприятия России также эффективно внедряют автоматическую сварку в технологические процессы. Например, на АВТОВАЗе с началом производства «десяток» резко изменился комплекс сварки кузова. Оснащение автоматическим оборудованием позволило сваривать кузова всех моделей и модификаций «десятого» семейства автомобилей LADA, запускаемых в технологическую цепь в произвольном порядке. Сам кузов тоже более приспособлен к автоматической сварке: в базовой модели 370 штампованных деталей, сваренных в 4510 точках. В то время как на автомобиле ВАЗ-2106 было 536 деталей и 7296 точек сварки. Уровни автоматизации сварки: на ВАЗ-2106 -42%, на LADA 110-100%. [93]
Применение дуговой сварки в среде защитных газов благодаря ее технологическим и экономическим преимуществам все больше возрастает. Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки и возможность применения механизированной сварки в различных пространственных положениях. Незначительный объем шлаков позволяет получить высокое качество сварных швов [91].
Реальные условия труда при ручной дуговой сварке сопровождаются комплексом опасных и вредных производственных факторов. Известны случаи, когда при выполнении сварочных работ в условиях повышенной опасности происходит травмирование сварщиков, вплоть до летальных исходов.
Наиболее характерным вредным фактором практически для всех способов дуговой сварки является образование и поступление в воздух рабочей зоны сварочных аэрозолей, содержащих токсические вещества. Длительное воздействие на организм сварщиков этих аэрозолей может привести к воз-
никновению таких профессиональных заболеваний, как пневмокониоз, пылевой бронхит, интоксикации металлами и газами, др. Дуговая сварка, за исключением сварки под флюсом, сопровождается оптическим излучением в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах, многократно превышающем физиологически переносимую глазом человека величину. При отсутствии средств индивидуальной защиты возможны поражения органов зрения и кожных покровов. Шум на рабочих местах при дуговой сварке является фактором умеренной интенсивности. Основные источники шума - сварочная дуга и источники питания. При сварке в углекислом газе, особенно проволокой сплошного сечения, уровни звукового давления в зависимости от режима сварки могут быть заметно больше допустимых значений. Статические и динамические физические нагрузки у сварщиков при ручной и полуавтоматической сварке вызывают перенапряжение нервной и костно-мышечной систем организма. Наибольшие физические нагрузки ощущаются при выполнении сварочных работ полусидя и стоя при сварке в потолочном положении или лежа на спине в труднодоступных местах. Динамическое перенапряжение связано с выполнением тяжелых вспомогательных работ: доставка на рабочее место заготовок, сварочных материалов, подъем и переноска приспособлений и т.д.. Такие нагрузки приводят к утомляемости сварщиков и ухудшению качества сварных швов. При электродуговых процессах отмечается ионизация воздуха рабочей зоны с образованием ионов обеих полярностей. Повышенная или пониженная концентрация отрицательно или положительно заряженных ионов в воздухе рабочей зоны также может оказывать неблагоприятное действие на самочувствие и здоровье работающих [56].
Путь к решению проблемы безопасности, повышения производительности и улучшения условий труда сварщиков на данный момент состоит в создании систем программного управления сварочными процессами, осна-
щении систем управления датчиками и комплексной автоматизации процессов сварки, создании сварочных роботов и манипуляторов.
Доля сварки, выполняемой роботами, растет каждый год. В Европе число сварочных роботов увеличивается ежегодно примерно на 10%. Робототехника для сварки стала в промышленно развитых странах одним из интенсивно используемых средств автоматизации производства и повышения качества продукции, в первую очередь в условиях серийного выпуска изделий, частого их обновления и массового многономенклатурного изготовления различных модификаций [97].
Традиционные методы и средства автоматизации не позволяют без замены или существенной перестройки оборудования использовать его в условиях частого изменения объекта производства. Поэтому в последнее время особый интерес вызывают функционально гибкие методы и средства, предназначенные для автоматического выполнения операций и не требующие перестройки конструкции оборудования при замене изделия в границах определенного класса. Основным типом функционально гибкого сварочного оборудования стали сварочные промышленные роботы.
В сварочном производстве с помощью роботов выполняются сварочные и другие технологические операции, производится загрузка и разгрузка сварочных установок, станков, машин и другого оборудования, осуществляется сборка заготовок перед сваркой и другие операции сварочного производства. Несмотря на то что средства робототехники значительно дороже, чем оборудование с жесткой автоматизацией, применение робототехники в условиях переменного производства дает позитивный экономический эффект прежде всего благодаря снижению стоимости перехода на изготовление других изделий.
В автоматическом сварочном производстве нужно учитывать множество факторов. Зачастую технические решения должны отвечать комбинации требований по качеству, экономичности и экологической безопасности про-
изводства. На данный момент стандартные решения с различным уровнем автоматизации были разработаны для применения в повторяющихся производственных процессах, широко применяемых по всему миру.
При автоматизации процесса сварки, как правило, возникают две основные проблемы: проблема управления пространственным положением сварочной головки относительно стыка кромок свариваемых деталей и проблема управления формированием сварного соединения. Первая проблема в настоящее время довольно успешно решается с помощью использования самой сварочной дуги в качестве датчика стыка [66, 67, 71, 72, 75]. Такой подход позволяет контролировать положение конца электрода непосредственно в зоне сварки и избавиться от достаточно громоздких и ненадежных датчиков линии соединения деталей. Однако использование только дуги в качестве датчика не позволяет отследить все возможные виды брака.
Решению второй проблемы в настоящее время уделяется большое внимание [65, 78, 100]. При этом следует отметить, что программное управление параметрами сварочного процесса часто не является решением проблемы ввиду того, что геометрические параметры шва могут оказаться далеко не идеальными: возможны различные заусенцы, коробление металла, не одина/ ковая толщина листов на всем протяжении шва и другие дефекты. Это приводит к таким видам брака как непровар, прожиг деталей, отклонение формы шва от заданной,
В связи с этим значительный интерес представляет создание систем управления формированием сварочного соединения. Разработанные к настоящему времени системы управления основаны на использовании, в основном, различных видов датчиков. Однако существующие датчики конструктивно очень громоздки, состоят из сложных высокотехнологичных элементов и являются дорогостоящими, поэтому их использование зачастую оказывается экономически не оправдано. Таким образом, создание эффективных и в то же время экономически выгодных систем автоматического
управления формированием сварного соединения в настоящее время представляет как практический, так и научный интерес.
Похожие диссертации на Системы управления формированием шва в процессах сварки с плавящимся электродом с колебаниями относительно стыка
