Устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка

Устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ С КОРОТКИМИ ЗА.МЫКАНИЯМИ ДУГОВОГО ПРОМЕЖУТКА , .содержащее сварочный выпрямитель ,, сопротирление, индуктивность , конденсатор, дополнительную индуктивность, коммутирующий, вспомог .гательный и дополнительный тиристоры , блок управления с датчиком контроля размеров перемычки жидкого металла , блок управления дополнительным тиристором, при этом один зажим сварочноговыпрямителя соединен через сопротивление с выходом устройства и через индуктивность - с комму:тирующим тиристором, другой зажим, сварочнопо выпрямителя соединен с одним концом дополнительной индуктивности , с одной обкладкой конденсатора и другим выходом устройства к выходам которого подключен блок управления, выходь блока управления подсоединены к управляющему электроду и катоду коммутирующего и вспомогательного тиристоров, входы блока управления дополнительного тиристора подключены параллельно вспомогательному тиристору, а выходы ; к управляющему электроду и катоду дополнительнЬго тиристора, другой конец дополнительной индуктивности через дополнительный тиристор соединен с катодом вспомогательного тиристора и другой обкладкой конденсатора, о тличающееся тем, что, с с S целью повышения качества сварки за счет уменьшения разбрызгивания элект (Я родного металла, в него введены два электромагнита, причем одноименные - их полюса расположены один против другого, а обмотка одного злектромагнита одним выводом подключена к аноду 1 оммутирующего тиристора, а другим выводом - к аноду вспомогательного тиристора, обмотка другого электромагнита одним выводом подклюа: чена к катоду коммутирующ его тиристора , а другим выводом - к выходу -устройства. со ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3519021/25-27 (22) 07.12.82 .(46) 23.12.83. Еюл. Р 47 (72) В.В.Худяков и В.Ф.Постаушкин (71) Челябинский политехнический институт им.Ленинского комсомола (53) 621.791.75(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

P.- 484055., кл. В 23 К 9/00, 25.07.73.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 791487, кл. В 23 К 9/06, 22.11.78 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАР-.

КИ С КОРОТКИМИ ЗАМЫКАНИЯМИ ДУГОВОГО ПРОМЕЖУТКА, содержащее сварочный выпрямитель, сопротивление, индуктивность, конденсатор, дополнительную индуктивность, коммутирующий, вспомо; гательный и дополнительный тиристоры, блок управления с датчиком контроля размеров перемычки жидкого ме-.. талла, блок управления дополнительным тиристором, при этом один зажим сварочного выпрямителя соединен через сопротивление с выходом устройства и через индуктивность — с коммутирующим тиристором, другой зажим сварочного выпрямителя соединен с одним концом дополнительной индуктивности, с одной обкладкой конден„„SU„„ 1061951 А

3(59 В 23 К 9/09; В 23 К 9 00 сатора и другим выходом устройства, к выходам которого подключен блок управления, выходь блока управления подсоединены к управляющему электроду и катоду коммутирующего и вспомогательного тиристоров, входы блока управления дополнительного тиристора подключены параллельно вспомогательному тиристору, а выходы — к управляющему электроду и катоду дополнительнЬго тиристора, другой конец дополнительной индуктивности через дополнительный тиристор соединен с катодом вспомогательного тиристора и другой обкладкой конденсатора, о тлича ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения качества сварки за ж счет уменыгения разбрызгивания электродного металла, в него введены два электромагнита, причем одноименные их полюса расположены один против другого, а обмотка одного =-лектромагнита одним выводом подключена к аноду коммутирующего тиристора, а другим выводом — к аноду вспомогательного тиристора, обмотка другого электромагнита одним выводом подклю- (е Р чена к катоду коммутирующего тирис- .ф тора, а другим выводом — к выходу

-устройства.

1061951

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является. устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, содержащее сварочный выпрямитель, индуктивность, сопротивление, конденсатор с цепью перезаряда (дополнительная индуктивность, дополнительный тиристор с блоком управления дополнительным тиристором), ком- 60 мутирующий и вспомогательный тиристоры, блок управления с датчиком непрерывного контроля размеров перемычки жидкогo металла, сварочную головку, поцключенную через сопротивИзобретение относится к сварочному производству, а именно к устройствам для дуговой сварки с короткими замыканиями.

Известно устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дуго- 5 вого промежутка, содержащее сварочный выпрямитель, дополнительный выпрямитель,индуктивность, сопротивлеНие, коммутирующий и вспомогательный тиристоры, блок управления с датчиком непрерывного контроля размеров перемычки жидкого металла, сварочную головку, подключенную через сопротивление к одному из зажимов сварочного выпрямителя, к другому его 15 зажиму подключена одна из обкладок конденсатора и один из входов блока управления, другой вход которого соединен со сварочной головкой и с катодом коммутирующего тиристора, один из выходов блока управления подключен к управляющему электроду и катоду вспомогательного тиристора, а другой выход блока управления — к управляющему электроду и катоду 25 коммутирующего тиристора, анод которого по (ключен к аноду вспомога— тельного тяристора, и через индуктивность к одному зажиму сварочного выпрямителя, при этом катод вспомога- gp тельного тиристора соединен с другой обмоткой конденсатора, которая через ограничивающее сопротивление под ключена к одному из зажимов дополнительного выпрямителя, другой зажим которого соединен с другим зажимом сварочного выпрямителя $1 ).

Недостатками устройства являются значительное потребление активной электроэнергии в. цепи дополнительного выпрямителя, большие габариты и вес, обусловленные наличием дополнительного выпрямителя и мощного ограничивающего сопротивления, а также недостаточно высокое качество сварки за счет значительного разбрыз-45 гивания электродного металла (порядка 4-5Ъ) вследствие того, что не удается полностью устранить взрывные:процессы при разрушении перемычек жидкого металла. 50 ление к одному из зажимов сварочного выпрямителя, к другому его зажиму подключена одна из обкладок конденсатора и один из входов блока управления, другой его вход подключен к сварочной головке и к катоду коммутирующего тиристора, один из выходов блока управления подключен к управляющему электроду и катоду вспомогательного тиристора, а другой выход блока управления — к управляющему электроду и катоду коммутирующего тиристора, анод которого подключен к аноду вспомогательного тиристора и через индуктивность — к од; ному из зажимов сварочного выпрямителя,а катод вспомогательного тиристора подключен к другой обкладке конденсатора и к аноду дополнительного тиристора, катод которого через допол-.. нительную индуктивность подсоединен к другому зажиму сварочного выпрями-. теля, причем управляющий электрод и катод дополнительного тиристора подсоединены к соответствующим входам блока управления дополнительным тиристором, а его выходы соответственно подключены к аноду и катоду вспомогательного тиристора. Наличие в известном устройстве колебательного контура с малым активным сопротивлением (конденсатор, дополнительная индуктивность, дополнительный тиристор, управляющий электрод и катод которого подключены к соответствующим выходам блока управления дополнительным тиристором) позволяет перезарядить конденсатор с минимальными готерями активной энергии, дает возможность исключить дополнительный вь..прямитель и ограничивающее сопротивление и тем самым уменьшить габариты и вес известного устройства ь2 ).

Однако известное устройство при использовании обеспечивает недостаточно высокое качество сварки за счЕт значительного разбрызгивания электродного металла (порядка 4-5-,) вследствие того, что не удается полностью устранить взрывные процессы при разрушении перемычек жидкого металла.

Целью изобретения является повышение качества сварки за.счет уменьшения разбрызгивания электродного металла.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дуговой сварки с короткими замыкания дугового промежутка, содержа@ее сварочный выпрямитель, сопротивление, индуктивность, конденсатор, дополнительную индуктивность, коммутирующий, вспомогательный и дополнитЕльный тиристоры, блок управления с датчиком непрерывного контроля размеров перемычки жидкого

1061951 металла, блок управления дополнительным тиристором, при этом один зажим сварочного выпрямителя соединен через сопротивление с выходом устройства и через индуктивность — с коммутирующим тиристором, другой зажим свароч- 5 ного выпрямителя соединен с одним концом дополнительной индуктивности, с одной обкладкой конденсатора и другим выходом устройства, к выходам которого подключен блок управления, 10 выходы блока управления подсоединены к управляющему электроду и катоду . коммутируюг-.,его и вспомогательного тиристоров, входы блока управления дополнительного тиристора подключены 15 параллельно вспомогательному тиристору, а выходы — к управляющему электроду и катоду дополнительного тиристора, другой конец дополнительной индуктивности через дополнительный тиристор соединен с катодом вспомогательного тиристора и другой обкладкой конденсатора, введены два электромагнита, причем одноименные их полюса расположены один против 75 другого, обмотка одного электромаг-. нита одним выводом подключена. к аноду коммутирующего тиристора, а другим выводом — к аноду вспомогательного тиристора, обмотка другого электромагнита одним выводом подключена к катоду коммутирующего тиристора, а другим выводом — к выходу устройства.

На фиг. 1

> принципиальная 35 электрическая схема предлагаемого устройства для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства, где Π— напряжение на дуговом

Д пр омежутк е;

Э вЂ” сварочный ток; напряжение на конденсаторе; с — К вЂ” напряжение между анодом сх ь и катодом вспомогательного 45 тиристора;

U — напряжение на выходе блока дпр управления дополнительным тиристором.

Устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка содержит сварочный выпрямитель 1, индуктивность 2, сопротивление 3, состоящее из индуктивности

4 и резистора 5, вспомогательный тиристор б, коммутирующий тиристор 7, конденсатор 8, цепь 9 переэаряда конденсатора 8, cocTQHII>óþ иэ дополнительной индуктивности 10, дополнительного тиристора 11, блока 12 60 управления дополнительным тиристором, сварочную головку 13 с электродной проволокой 14, блок 15 управления с датчиком непрерывного контроля размеров перемычки жидкого металла, 65 электромагнит 16, состоящий из сердечника 17 и обмотки 18, электромагнит 19, состоящий иэ сердечника 20 и обмотки 21.

Плюсовой зажим сварочного выпрямителя 1 подключен через сопротивление 3 к сварочной головке 13 и к од-. ному иэ входов блока 15 управления, который через обмотку 21 электромагнита 19 подсоединен к катоду коммутируюп.,его тиристора 7, анод которого через индуктивность 2 подключен к плюсовому зажиму сварочного выпрямйтеля 1.

Минусовой зажим сварочного выпрямителя 1 подключен к другому входу блока 15 управления, а также через конденсатор 8 — к катоду вспомогательного тиристора б и аноду дополнительного тиристора 11, катод которого через дополнительную индуктивность 10 подсоединен к минусовому зажиму сварочного выпрямителя 1.

Управляющий электрод и катод дополнительного тиристора 11 подключены соответственно к выходам блока

12 управления дополнительным тиристором ll. Входы блока 12 управления подсоединены соответственно к катоду и аноду вспомогательного тиристора .б, который подключен через обмотку 1 8 электромагнита 16 к аноду коммутирующего тиристора 7.

Управляющий электрод и катод коммутирующегQ тиристора 7 подсоединены к одному из выходов блока 15. управления, другой выход которого соединен соответственно с управляющим электродом и катодом вспомогательного тиристора б.

Сердечники 17 и 20 расположены несимметрично по разные стороны от оси электродной проволоки 14. Причем одноименные полюса сердечников 17 и

20 расположены друг против дру а.

При этом полюса сердечника 20 расположены в непосредственной близости от электродной проволоки.

Сварочный выпрямитель 1 используется как источник сварочного тока.

Индуктивность 2 предназначена для ограничения скорости нарастания сварочного тока во время коротких замыканий дугового промежутка и для поддержания устойчивого горения сварочной дуги.

Сопротивление 3, состоящее из индуктивности 4 и резистора 5 служит для ограничения тока вспомогательной дуги, возбуждающейся при саморазрущении перемычки в интервале коммутации сварочного тока.

Вспомогательный тиристор б пред-, назначен для переключения сварочного тока, протекающего от сварочного-выпрямителя 1 по цепи (индуктивность

2, коммутирующий тиристор 7, обмотка

1061951

21.электромагнита 19, сварочная головка 13) в цепь заряда конденсатора

8 (индуктивность 2, обмотка 18 электромагнита 1 6, вспомогательный тиристор 6, конденсатор 8) .

Коммутирующий тиристор 7 служит 5 для отключения сварочного тока через перемычку жидкого металла., когда она достигает критических размеров.

Конденсатор 8 предназначен для на- копления энергии за период коммута- fP ции сварочного тока, необходимой для запира ния вспомога тельного тиристора.

Дополнительная индуктивность 10 предназначена для перезаряда конденсатора 8 при открывании дополнитель-, ного тиристора 11.

Дополнительный тиристор 11 служит для замыкания цепи 9 перезаряда KQHденсатора 8 при закрывании вспомогательного тиристора б. .20

Блок 12 управления дополнительным тиристором 11 служит для подачи импуль са тока на управляющий электрод дополнительного тиристора 11 в момент запирания вспомогатель ного тиристора б, что соответствует концу коммутации сварочного тока.

Блок 12 управления дополнительным тиристором 11 выполнен в виде импульсного трансформатора, первичная обмотка которого через конденсатор подключена к катоду и аноду вспомогательного тиристора 6, а.вторая обмотка трансформатора — к управляющему электроду и катоду дополнительного тиристо-.. ра 11.

35 Сварочная головка 1 3 служйт для автоматической подачи электрод> ой проволоки 14 в зону дуги. . Блок 15 управления служит для подачи импульса тока на управляющий электрод и катод вспомогательного тиристора 6 в момент начала комму.тации, когда перемычка жидкого металла достигает критических размеров, а также для подачи импульса тока на упра ляющий электрод и катод коммутирующего тиристора 7 в момент окончания интервала коммутации.

Блок 15 управления содержит после-, довательно соединенные датчик непрерывного контроля размеров перемычки жидкого металла (пороговое устройство), селектоР длительности корот— ких замыканий (ждущий мультивибратор и сумматор), формирователь импульсов управления, выполненный в . виде двух транзисторных ключей с трансформаторной нагрузкой, Электромагнит 16 изгибает электродную проволоку 14 при протекании через его обмотку 18 тока в интервале коммутации для перемещения конца электродной проволоки 14 в направлении от ванны жидкого металла. 65

Электромагнит 19 фиксирует прямо. линейное расположение электродной проволоки 14 при протекании тока через его обмотку 21 и возвращает проволоку 14 в это положение после разрушения перемычки.

Перед началом сварочных работ свариваемую конструкцию подсоединяют к минусовому зажиму сварочного выпрямителя 1

Устройство работает следующим образом.

При вклв>чении предлагаемого устройства коммутирующий тиристор 7 открывается сигналом с выходом блока

15 управления, и к дуговому промежутку прокладывается напряжение, подаваемое от сварочного выпрямителя 1.

При этом вспомогательный тиристор б и дополнительный тиристор 11 закрыты.

При вклн>чении подачи сварочной проволоки зажигается дуга, начинается переходный процесс, по окончании которого происходит заряд конденсации 8,, в результате чего на

его обкладке, соединенной с катодом вспомогательного тиристора. б, появляется отрицательный потенциал (порядка 70-90 B).

Процесс дуговой сварки с короткими замыканиями. сопровождается периодическими замыканиями дугового промежутка каплей электродного металла, расплавленного за время горения дуги. В момент 1 времени капля метало ла касается свариваемой конструкции, при этом образуется перемычка жидкого металла.

Напряжение на дуговом промежутке

U резко падает почти до нуля, а сварочный ток 7 начинает нарастать с постоянной времени, определяемой параметрами сварочной цепи, т.е. индуктивным и актнвным.сопротивлениями.

По мере роста тока короткого замыкания перемычка сжимается под действием электромагнитных сил, ее сопротивление растет и соответственно увеличивается напряжение на перемычке.

Причем, ток короткого замыкания через перемычку протекает по основной цепи (от плюсового зажима сварочного выпрямителя 1 через индуктивность 2, коммутирующий тиристор 7 в открытом состоянии, обмотку 21 электромагнита 19, сварочную головку 13) и по вспомогательной цепи (от сварочного выпрямителя 1 через сопротивление 3 и сварочнун> головку 13). При этом электродная проволока принимает прямолинейное положение.

Нри достижении перемычкой жидкогс( металла критических размеров на последней стадии ее разрушения при сварочном токе 3 порядка 300-500 A когда напряжение на перемычке достигает определенного значения U в момент 11 времени, с одного из

1061951 выходов блока 15 управления подается импульс тока на управляющий электрод и катод вспомогательного тиристора б. При этом вспомогательный тиристор 6 открывается, а коммутирующий тиристор 7 закрывается при снятии 5 сигнала с другого выхода блока 15 управления.

С момента закрывания тиристора 7 сварочный ток коммутируется из основной цепи в другую цепь (плюсовой 10 зажим сварочного выпрямителя 1, индуктивность 2, обмотка 18 электромагнита 16, вспомогательный тиристор 6 в открытом состоянии, конденсатор 8) .

При этом электродная. проволока притягивается электромагнитом 16 и изгибается, в результате чего конец электродной проволоки перемещается в направлении от ванны жидкого ме талла. Под действием сил инерции и поверхностного натяжения перемычка жидкого металла разрушается без взрыва и разбрызгивания в интервале коммутации и моменту t2 времени. Сварочный ток, протекая через. вспомогатель- 5 ный тиристор б, перезаряжает конденсатор 8 по цепи (дополнительная индуктивность 10, дополнительныи тиристор 11, конденсатор 8) таким образом, что на его обкладке,. соединенной с катодом вспомогательного тиристора б, появляется положительный потенциал 70-90 В. Одновременно с этим через перемычку протекает ток величиной

15-20 A по вспомогательной цепи (плюсовой зажим выпрямителя 1, сопро-35 тивление 3, сварочная головка 13).

После разрушения перемычки в момент 1 времени возбуждается вспомо2 гательная дуга, а по окончании интервала коммутации в момент t> времени 40 сигналом с выхода блока 15 управления,, подаваемый на управляющий электрод и катод коммутирующего тиристора 7, открывается коммутирующий тиристор 7.

ТоК из цепи (плюсовой зажим сва- 45 рочного выпрямителя 1, индуктивность

2, обмотка 18 электромагнита 16, вспомогательный тиристор б,конденсатор 8, минусовой зажим сварочного выпрямителя 1) коммутируется в 50 основную цепь (плюсовой зажим сварочного выпрямителя 1, индуктивность

2, коммутируюь ий тиристор 7, обмотка

21 электромагнита 19, сварочная головка 13, минусовой зажим сварочного выпрямителя 1). Загорается основная дуга. При этом электродная проволока .притягивается электромагнитом 19 и.возвращается в исходное состояние, а конец проволоки плавится, образуется капля жидкого металла, которая приближается к ванне расплавлен юго металла.

Одновременно вспомогательный тиристор б закрывается под действием положительного потенциала на обкладке конденсатора 8, соединенной с катодом этого тиристора. В этот момент между анодом вспомогательного тиристора б возникает скачок напряжения от. величины напряжения 0,5-1 В (при открытом тиристоре 6} до 50-70 В, (при закрытом тиристоре б), подавае- мый на вход блока 12 управления дополнительным тиристором 11. При этом с его выхода подается импульс тока на управляющий электрод и катод дополнительного тиристора 11.

Тиристор 11 открывается, и конденсатор 8 вновь перезаряжается по цепи (конденсатор 8, дополнительный тиристор 11, дополнительная индуктивность 10) таким образом, что íà его обкладке, соединенной с катодом вспомогательного тиристора 6, появляется отрицательный потенциал. При токе заряда, равном нулю„ дополнительный тиристор 11 закрывается.

В момент t4 времени капля расплавленного металла касается свариваемой конструкции, образуется перемычка жидкого металла, и цикл сварки повторяется.

Экспериментально установлено, что при использовании предлагаемого устройства для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка можно добиться минимального разбрызгивания металла (порядка

1,5-3,5Ъ), т.е. в 1,4-2,7 раза ниже по сравнению с известным.

Уменьшение разбрызгивания электродного металла при использовании предлагаемого устройства приводит к повышению качества сварки по сравнению .с известным, а также к экономии электродной проволоки, электроэнергии, трудозатрат по очистке свариваемых конструкций от брызг металла.

1061951

Фие.7 б

Е

ВНИИПИ Заказ 10115 12 Ти аж 1106 Подписное