Экспериментальные исследования процесса ручной дуговой сварки

Внедрение: 2014 г.

"Создание информационно-измерительной системы, которая в реальном времени управляет интерактивной визуализацией процесса сварки плавлением и является основой для построения компьютерных тренажёров" - цель диссертационной работы [1], защищённой в Волгодонском филиале МИФИ в 2014 году.

В контексте поставленной задачи разработана информационно-измерительная система, которая выполняет моделирование параметров виртуального процесса ручной дуговой сварки (РДС) в реальном времени. Тренажёр на её основе наделяется функциями визуализации сварного соединения и озвучивания процесса РДС. В аппаратной части информационно-измерительной системы применяется модуль АЦП E14‑140. 

На рисунке 1 показана блок-диаграмма разработанного в среде LabView виртуального прибора, который обеспечивает одновременный старт и остановку записи сигналов тока сварки, напряжения на дуге и звука сварки.

Рисунок 1. Блок-диаграмма виртуального прибора сбора данных.

Управление виртуальным прибором осуществляется с помощью интерфейса пользователя, который представлен на рисунке 2. С помощью полей настройки задаются соответствующие параметры звукового файла: частота дискретизации, разрядность и число каналов. Для записи файлов использовались значения 32 кГц, 16 бит и 2 канала соответственно.
 

Рисунок 2. Программный интерфейс пользователя. 

Аппаратная часть информационно-измерительной системы построена на базе АЦП L‑Card E14‑140. Один из каналов используется для измерения напряжения на дуге, другой – тока сварки. Измерение напряжения на дуге осуществляется через делитель напряжения, подключенный параллельно сварочному контуру. Измерение тока осуществляется по падению напряжения на шунте, включенном в сварочный контур.

На рисунке 3 представлена функциональная схема измерительного преобразователя тока сварки. Напряжения U_ш на сопротивлении шунта R_ш при протекании через него тока сварки I_св подается на вход согласующего усилителя. Частота режекции фильтра ПФ выбрана равной 50 Гц для подавления сетевых наводок. ФНЧ с частотой среза 100 Гц выполнен на каскадно-соединенных фильтрах нижних частот с наклоном АЧХ -40 и -20 дБ/декада, что дает суммарный наклон, равный -60 дБ/декада.
 

Рисунок 3. Схема измерительного преобразователя тока.

Блок гальванической развязки предназначен для электрического разделения цепей сварочного контура от измерительных цепей АЦП. Это повышает надежность и помехозащищенность измерительной схемы и защищает АЦП от воздействия сильных токов сварочного контура. Преобразователь напряжение-ток предназначен для преобразования напряжения сигнала U_ш с выхода БГР в пропорциональное ему значение тока I_св. Он обеспечивает независимость тока от сопротивления линии связи с АЦП и сопротивления нагрузки.

Запись звука сварки осуществлялась посредством звуковой карты компьютера.

В соответствии с планом эксперимента проводились контрольные сварочные процессы. Процесс РДС начинался с укороченной дугой, затем она удлинялась. Таким образом, значения длины дуги разделены по времени. Сигналы тока для установленных максимумов 70 А и 75 А представлены на рисунке 4.

Рисунок 4. Сигнал тока сварки при установленном максимальном значении 70 А (слева), при установленном максимальном значении 75 А (справа).

На рисунке 5 а) показан шов, полученный при сварке в условиях, когда сварщик не слышит звука дуги. Сигналы тока сварки и напряжения на дуге представлены на рисунке 5 б).

Рисунок 5. Результаты сварки в условиях звукоизоляции: а) сварной шов; б) сигналы тока и напряжения.

На рисунке 6 а) показан шов, полученный при сварке с естественным звуком. Сигналы тока сварки и напряжения на дуге представлены на рисунке 6 б).

Рисунок 6. Результаты сварки при естественном звуке: а) сварной шов; б) сигналы тока и напряжения.

На рисунке 7 а) показан шов, полученный при том, что сварщик слышал моделируемый звук РДС. Сигналы тока сварки и напряжения на дуге представлены на рисунке 7 б).

Рисунок 7. Результаты сварки при моделируемом звуке: а) сварной шов; б) сигналы тока и напряжения.

Разработанные модели элементов процесса сварки и программное обеспечение внедрены в ООО «Исследовательский центр подготовки и аттестации рабочих кадров «Профессионал» (г. Москва), который является учебным центром уполномоченного национального органа от Международного института сварки (Германия).

Источник:
Толстов В.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук «Информационно-измерительная система для комплекса управления интерактивной визуализацией на компьютерном тренажере процесса сварки плавлением» // Волгодонск. – 2014. – 143 с.

Разработчик: Толстов В.А.(ФГАОУ ВПО "Волгодонский инженерно-технический институт – филиал Национального исслед. ядерного университета МИФИ")