Frontier Materials & Technologies. 2023; : 53-60
Влияние параметров питающей сети на стабильность фазового регулирования при контактной сварке
https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-3-65-5Аннотация
Контактная сварка в условиях массового производства выполняется при значительном количестве возмущений, совокупное действие которых может превышать возможности современной аппаратуры управления. Большинство систем управления контактной сваркой, применяемых в промышленности для компенсации действующих возмущений, предусматривает фазовое регулирование сварочного тока в зависимости от измеренных параметров, характеризующих процесс формирования сварного соединения. Эффективность работы таких регуляторов в значительной мере определяется точностью измерения и задания параметров фазового регулирования, к которым относят углы открытия и проводимости сварочных тиристоров. В работе показано, что при включении контактной машины происходит фазовый сдвиг напряжения сети в режиме нагрузки относительно напряжения сети в режиме холостого хода. С использованием упрощенной электрической схемы замещения контактной сварочной машины в работе описана природа фазового сдвига напряжения сети. В качестве паразитных параметров сети выделены активное сопротивление и индуктивность сети. Моделирование электрических процессов в контактной машине выполнено согласно трехконтурной схеме замещения. Показано влияние паразитных параметров сети на стабильность фазового регулирования, особенности получаемых осциллограмм тока и напряжения. В зависимости от параметров сети и контактной сварочной машины, величина фазового сдвига составляет от долей до единиц электрического градуса. При параметрической стабилизации сварочного тока по напряжению сети влиянием паразитных параметров сети можно пренебречь. При работе регулятора в режиме поддержания численного значения вторичного тока наблюдается уменьшение создаваемого тока относительно заданного. Предложена и апробирована методика определения паразитных параметров питающей сети по результатам опыта короткого замыкания.
Список литературы
1. Ertas A.H., Akbulut M. Experimental Study on Fatigue Performance of Resistance Spot-Welded Sheet Metals // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 114. P. 1205–1218. DOI: 10.1007/s00170-021-06822-z.
2. Kang M., Choi W.H., Kim C. Statistical Analysis of Korean Welding Industry // Journal of Welding and Joining. 2023. Vol. 41. № 2. P. 107–111. DOI: 10.5781/JWJ.2023.41.2.4.
3. Ощепков Ф.Н. Современный рынок сварочного оборудования: проблемы и перспективы // Сварка и диагностика. 2013. № 5. С. 62–63. EDN: RDYYHT.
4. Лукин М.А. Научно-технический уровень сварочного производства в современной России // Сварочное производство. 2015. № 12. С. 31–36. EDN: VKSMWL.
5. Zhou B., Pychynski T., Reischl M., Kharlamov E. Machine Learning with Domain Knowledge for Predictive Quality Monitoring in Resistance Spot Welding // Journal of Intelligent Manufacturing. 2022. Vol. 33. № 4. P. 1139–1163. DOI: 10.1007/s10845-021-01892-y.
6. Cho Y., Rhee S. Experimental study of nugget formation in resistance spot welding // Welding Journal. 2003. Vol. 82. № 8. P. 195–201.
7. Гладков Э.А., Климов А.С., Анциборов А.Н. Опыт применения регуляторов контактной сварки в массовом производстве // Сварка и диагностика. 2021. № 1. С. 47–53. DOI: 10.52177/2071-5234_2021_01_47.
8. Wei D., Li D., Tang D., Jiang Q. Deep Learning Assisted Vision Inspection of Resistance Spot Welds // Journal of Manufacturing Processes. 2021. Vol. 62. № 8. P. 262–274. DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.12.015.
9. Klimov A.S., Kudinov A.K., Klimov V.S. Influence of Grid Parameters on Control and Diagnostics in Resistance Spot Welding // Russian Engineering Research. 2021. № 9. P. 813–819. DOI: 10.3103/S1068798X2109015X.
10. Dong J., Hu J., Luo Z. Quality Monitoring of Resistance Spot Welding Based on a Digital Twin // Metals. 2023. Vol. 13. № 4. Article number 697. DOI: 10.3390/met13040697.
11. Martin O., Ahedo V., Santos J.I., Galan J.M. Comparative Study of Classification Algorithms for Quality Assessment of Resistance Spot Welding Joints From Pre- and Post-Welding Inputs // IEEE Access. 2022. № 10. P. 6518–6527. DOI: 10.21203/rs.3.rs-645372/v2.
12. Zhao D., Wang Y., Zhang P., Liang D. Modeling and Experimental Research on Resistance Spot Welded Joints for Dual-Phase Steel // Materials. 2019. Vol. 12. № 7. Article number 1108. DOI: 10.3390/ma12071108.
13. Xia Y.J., Shen Y., Zhou L., Li Y.B. Expulsion intensity monitoring and modeling in resistance spot welding based on electrode displacement signals // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2020. Vol. 143. № 3. P. 1–26. DOI: 10.1115/1.4048441.
14. Yang W.R., Wang C.S. Current Measurement of Resistance Spot Welding Using DSP // Tamkang Journal of Science and Engineering. 2011. Vol. 14. № 1. P. 33–38.
15. Matsushita M., Ikeda R., Oi K. Development of a new program control setting of welding current and electrode force for single-side resistance spot welding // Welding in the World. 2015. Vol. 59. P. 533–543. DOI: 10.1007/s40194-015-0228-1.
16. Klimov A.S., Kudinov A.K., Komirenko A.V., Antsiborov A.N. A method for measuring current in resistance welding // Welding International. 2013. Vol. 27. P. 830–833. DOI: 10.1080/09507116.2013.796636.
17. Klimov A.S., Antsiborov A.N., Klimov V.S., Kudinov A.K. Current regulation in contact welding // Russian Engineering Research. 2019. Vol. 39. P. 766–771. DOI: 10.3103/S1068798X19090119.
18. Zhou M., Zhang H., Hu S.J. Relationships between Quality and Attributes of Spot Welds // Welding Journal. 2003. Vol. 82. № 4. P. 72S–77S.
19. Martin O., De Tiedra P. Advances in the Control and Improvement of Quality in the Resistance Spot Welding Process // Metals. 2022. Vol. 12. № 11. Article number 1810. DOI: 10.3390/met12111810.
20. Ziyad K., Manohar D. Adaptive control of resistance spot welding based on a dynamic resistance model // Mathematical and Computation Applications. 2019. Vol. 24. № 4. Article number 86. DOI: 10.3390/mca24040086.
Frontier Materials & Technologies. 2023; : 53-60
The influence of the supply mains parameters on the stability of phase control during resistance welding
https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-3-65-5Abstract
Resistance welding in large-scale manufacturing is carried out with a significant number of disturbances, the cumulative effect of which may exceed the capabilities of modern control equipment. Most resistance welding control systems used in industry to compensate for existing disturbances provide welding current phase control depending on the measured parameters characterizing the process of welded joint formation. The efficiency of such controllers is largely determined by the accuracy of measuring and setting the phase control parameters, which include the opening and conduction angles of welding thyristors. The paper shows that when switching on a contact machine, a phase shift of the mains voltage occurs in the load mode relative to the mains voltage in the idle mode. Using a simplified electric equivalent circuit of a contact welding machine, the paper describes the nature of the phase shift of the mains voltage. Circuit active resistance and inductance are selected as parasitic parameters of the mains. The authors simulated the electrical processes in the contact machine according to the three-loop equivalent circuit. The study shows the influence of mains parasitic parameters on the phase regulation stability, the features of the obtained current and voltage oscillograms. Depending on the mains and contact welding machine parameters, the phase shift magnitude ranges from fractions to units of an electrical degree. With welding current parametric stabilization by the mains voltage, the influence of mains parasitic parameters can be neglected. When the regulator operates in the mode of maintaining the secondary current numerical value, a decrease in the generated current relative to the specified one is observed. The authors proposed and tested a technique for determining the parasitic parameters of the supply mains based on the results of a short circuit test.
References
1. Ertas A.H., Akbulut M. Experimental Study on Fatigue Performance of Resistance Spot-Welded Sheet Metals // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 114. P. 1205–1218. DOI: 10.1007/s00170-021-06822-z.
2. Kang M., Choi W.H., Kim C. Statistical Analysis of Korean Welding Industry // Journal of Welding and Joining. 2023. Vol. 41. № 2. P. 107–111. DOI: 10.5781/JWJ.2023.41.2.4.
3. Oshchepkov F.N. Sovremennyi rynok svarochnogo oborudovaniya: problemy i perspektivy // Svarka i diagnostika. 2013. № 5. S. 62–63. EDN: RDYYHT.
4. Lukin M.A. Nauchno-tekhnicheskii uroven' svarochnogo proizvodstva v sovremennoi Rossii // Svarochnoe proizvodstvo. 2015. № 12. S. 31–36. EDN: VKSMWL.
5. Zhou B., Pychynski T., Reischl M., Kharlamov E. Machine Learning with Domain Knowledge for Predictive Quality Monitoring in Resistance Spot Welding // Journal of Intelligent Manufacturing. 2022. Vol. 33. № 4. P. 1139–1163. DOI: 10.1007/s10845-021-01892-y.
6. Cho Y., Rhee S. Experimental study of nugget formation in resistance spot welding // Welding Journal. 2003. Vol. 82. № 8. P. 195–201.
7. Gladkov E.A., Klimov A.S., Antsiborov A.N. Opyt primeneniya regulyatorov kontaktnoi svarki v massovom proizvodstve // Svarka i diagnostika. 2021. № 1. S. 47–53. DOI: 10.52177/2071-5234_2021_01_47.
8. Wei D., Li D., Tang D., Jiang Q. Deep Learning Assisted Vision Inspection of Resistance Spot Welds // Journal of Manufacturing Processes. 2021. Vol. 62. № 8. P. 262–274. DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.12.015.
9. Klimov A.S., Kudinov A.K., Klimov V.S. Influence of Grid Parameters on Control and Diagnostics in Resistance Spot Welding // Russian Engineering Research. 2021. № 9. P. 813–819. DOI: 10.3103/S1068798X2109015X.
10. Dong J., Hu J., Luo Z. Quality Monitoring of Resistance Spot Welding Based on a Digital Twin // Metals. 2023. Vol. 13. № 4. Article number 697. DOI: 10.3390/met13040697.
11. Martin O., Ahedo V., Santos J.I., Galan J.M. Comparative Study of Classification Algorithms for Quality Assessment of Resistance Spot Welding Joints From Pre- and Post-Welding Inputs // IEEE Access. 2022. № 10. P. 6518–6527. DOI: 10.21203/rs.3.rs-645372/v2.
12. Zhao D., Wang Y., Zhang P., Liang D. Modeling and Experimental Research on Resistance Spot Welded Joints for Dual-Phase Steel // Materials. 2019. Vol. 12. № 7. Article number 1108. DOI: 10.3390/ma12071108.
13. Xia Y.J., Shen Y., Zhou L., Li Y.B. Expulsion intensity monitoring and modeling in resistance spot welding based on electrode displacement signals // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2020. Vol. 143. № 3. P. 1–26. DOI: 10.1115/1.4048441.
14. Yang W.R., Wang C.S. Current Measurement of Resistance Spot Welding Using DSP // Tamkang Journal of Science and Engineering. 2011. Vol. 14. № 1. P. 33–38.
15. Matsushita M., Ikeda R., Oi K. Development of a new program control setting of welding current and electrode force for single-side resistance spot welding // Welding in the World. 2015. Vol. 59. P. 533–543. DOI: 10.1007/s40194-015-0228-1.
16. Klimov A.S., Kudinov A.K., Komirenko A.V., Antsiborov A.N. A method for measuring current in resistance welding // Welding International. 2013. Vol. 27. P. 830–833. DOI: 10.1080/09507116.2013.796636.
17. Klimov A.S., Antsiborov A.N., Klimov V.S., Kudinov A.K. Current regulation in contact welding // Russian Engineering Research. 2019. Vol. 39. P. 766–771. DOI: 10.3103/S1068798X19090119.
18. Zhou M., Zhang H., Hu S.J. Relationships between Quality and Attributes of Spot Welds // Welding Journal. 2003. Vol. 82. № 4. P. 72S–77S.
19. Martin O., De Tiedra P. Advances in the Control and Improvement of Quality in the Resistance Spot Welding Process // Metals. 2022. Vol. 12. № 11. Article number 1810. DOI: 10.3390/met12111810.
20. Ziyad K., Manohar D. Adaptive control of resistance spot welding based on a dynamic resistance model // Mathematical and Computation Applications. 2019. Vol. 24. № 4. Article number 86. DOI: 10.3390/mca24040086.
