Устройство для дуговой сварки плавящимся электродом
Иллюстрации
Реферат
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3586711/25 27 (22 ) 17. 03 ° 83 (46 ) 23. ОЬ. 84. Бюл. 9 23 (72 ) А. Л. Хейфец (71) Челябинский политехнический .институт им. Ленинского комсомола (53) 621. 791. 75 (088. 8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР
9 610628, кл. В 23 К 9/08, 1977.
2. Заявка Японии II 53-78947, кл. В 23 К 9/06, опублик. 1978.
3. Патент ГДР М 194370, кл. В 23 К 9/10, опублик. 1977.
4. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом.
М., "Машиностроение", 1974, с.11.
5. Авторское свидетельство СССР
9 487728, кл. В 23 К 9/10, 1974. б ° Авторское свидетельство СССР
Р 484055, кл. В 23 К 9/00, 1973 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОВОЙ
СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ, содержащее основной тиристор, блок принудительного его выключения, выполненный на последовательно соединенных коммутирующем тиристоре и коммутирующем конденсаторе, подключенных парал лельйо основному тиристору, а также дополнительный источник питания, 3(50> В 23 К 9 00 В 23 К 9 09 соединенный с одной обкладкой коммутирующего конденсатора, к другой обкладке которого подключен первый резистор, источник питания, последовательно с которым включен шунт, а параллельно источнику питания включен датчик дуги, блок управления, первый и второй его выходы подключены соответственно к основному тиристору и коммутирующему тиристору блока принудительного выключения основного тиристора, а также резистор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности возбуждения сварочной дуги путем уменьшения размеров остаточной капли, блок управления выполнен на нор- щ мально разомкнутой кнопке и последовательно соединенных пороговом элементе, элементе И, первом и втором времязадающих элементах, при этом С, выходы последних соединены с первым и вторым выходами блока управления, Я к второму входу элемента И подключен выход датчика дуги, параллельно кото рому подсоединены последовательно соединенные резистор и основной тиристор, а контакты нормально разомкнутой кнопки подсоединены на входы порогового элемента.
1098702
Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок принудительного выключения основного тиристора снабжен вторим и третьим резисторами, диодом, зарядным тиристором и импульсным трансформатором, при этом анод коммутирующего тиристора через диод, второй резистор и одну нз обмоток импульсного трансформато1
Изобретение относится к дуГовой сварке плавящимся электродом, а именно к устройствам для уменьшения размеров капли, остающейся на конце электрода после прекращения процесса 5 сварки, уменьшение остаточной капли повышает надежность последующего возбуждения дуги.
Известно. устройство, придающее остаточной капле благоприятную вытя- .1Q нутую вдоль электрода форму путем воздействия на каплю в раплавленном, состоянии внешним магнитным полем(1).
Однако нри работе устройства требуется размещение вблизи зоны горения дуги электромагнита, что осложняет ведение процесса сварки, особенно при полуавтоматической сварке. известно устройство„ обеспечивающее сброс. остаточной капли импульсом сварочного тока (21.
Однако надежный сброс возможен только в определенных защитных средах, например в аргоне. В других,условиях, например, при сварке в углекислом газе, осуществить его не удается.
Известно устройство, осуществляющее в конце сварки снижение напряжения холостого хода источника свароч» . ного тока с целью уменьшения размеров остаточной капли (33.
Однако для распространенных источников со ступенчатым регулированием напряжения (типа ВС-300 1 управление напряжением по ходу процесса связано
l. со значительными трудностями.
Известна сварка с принудительными .обрывами дуги, которая позволяет. снизить размер остаточной капли путем прерывания дуги в, период торможения 40 электрода, что позволяет предотвратить рост остаточной капли свыше определенных размеров. для реализации этого (и других. процессов с управлением переносом металла ) применяют 45 тиристорные коммутаторы сварочного тока С4 3.
Однако схемы коммутаторов, например, 357 содержат основной тиристоо, ра соединен с катодом коммутирующего тирситора и анодом зарядного тиристора, к управляющему электроду которого через другую обмотку импульсного трансформатора подключен катод зарядного тиристора, который соединен с первым резистором и через третий резистор - с дополнительным источником питания.
2 последовательно включенный в сварочную цепь, в результате чего через тиристор протекает полный сварочный ток в течение всего времени сварки, тогда как вмешательство в процесс для снижения размеров остаточной капли осуществляется лишь на конечной стадии сварки.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство„ содержащее силовой тиристор, подключающий источник питания к дуговому промежутку, коммутирующую емкость, датчик момента коммутации и систему управления тиристорами, причем коммутирующая емкость периодически заряжается от специального источника через ограничивающее сопротивление go 1.
Однако включение основного (силового ) тиристора последовательно в оварочную цепь требует применения ти; ристора, рассчитанного на длительное протекание полного сварочного тока, и мер по охлаждению тиристора Это ухудшает весогабаритные показатели устройства и повьыает его стоимость.
Кроме того, система управления известного устройства не обеспечивает его работу в режиме снижения размеров остаточной капли.
Целью изобретения является повышение надежности возбуждения сварочной дуги путем уменьшения размеров остаточной капли.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для дуговой сварки плавящимся электродом, содержащем основной тиристор, блок принудительного его выключения, выполненный на последовательно соединенных кою утирующем тиристоре и коммутирующем конденсаторе, подключенных параллельно основному тиристору, а также дополнительный источник питания, соединенный с одной обкладкой коммутирующего конденсатора, к другой обкладке которого подключен первый рези.,стор, источник питания, последовательно с которым включен шунт, а па3 1098702
4 раллельно источнику питания включен датчик дуги, блок управления, первый и второй его выходы подключены соответственно к основному тиристору и коммутирующему тиристору блока.принудительного выключения основного тиристора, а также резистор, блок управления выполнен на нормально разомкнутой кнопке и последовательно соединенных пороговым элементе, элементе И, первом и втором времязадаю- 10 щих элементах, при этом выходы пос- . ледних соединены с первым и вторым выходами блока управления, к второму входу элемента И подключен выхоц датчика дуги, параллельно которому 15 подсоединены последовательно соединенные резистор и основной тиристор, а контакты нормально разомкнутой кнопки подсоединены на входы порогового элемента. 20
Кроме того, блок принудительного выключения основного тиристора снабжен вторым и третьим резисторами, диодом, зарядным тиристором и импульсным трансформатором, при этом 25 анод коммутирующего тиристора через диод, второй резистор и одну из обмоток импульсного трансформатора соединен с катодом коммутирующего тири стора и анодом зарядного тиристора, к управляющему электроду которого через другую обмотку импульсного трансформатора подключен катод зарядного тиристора, который соединен с пеРвым Резистором и чеРез тРетий 35 ! резистор — с дополнительным источником питания.
На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы 4g работы устройства; на фиг. 3 — осциллограмма реального процесса.
Устройство содержит основной тиристор 1, который через сопротивление 2 подключен параллельHo дуговому проме 45 жутку 3 и сварочному шунту 4, которые вместе с источником 5 сварочного тока образуют сварочную цепь. Параллель" но основному тиристору 1.подключен блок б его принудительного выключе-. ния. Блок управления содержит порого-5О вый элемент 7, подключенный параллельно пусковой кнопке 8, осуществляющей включение и выключение сварочной головки 9. Нажатое, закороченноЕ состояние кнопки соответствует подаче элект- 55 рода и наоборот. Блок управления содер. жит также датчик 10 дуги, выход которого подается на вход элемента И 11.
Второй вход этого элемента соединен с выходом порогового элемента 7, а 60 выход его подается на вход первого времязадающего элемента 12. Один иэ выходов элемента 12 подается на управление основного тиристора 1, а другой - на вход второго времязадающего 65 элемента 13. Выход последнего подается на вход блока 6 принудительного .выключения основного тиристора 1.
Блок б выключения содержит коммутирующий тиристор 14, который последовательно с коммутирующей емкостью
15 подключен параллельно основному тиристору 1. Управляющий электрод -. коммутирующего тиристора подается на выход элемента 13.,Параллельно емкости 15 подключена цепь ее заряда, . содержащая зарядный тиристор 16, . .l. зашунтированный сопротивлением 17, сопротивление 18 и вспомогательный источник 19 питания. Управление зарядным тиристором осуществляется импульсным трансформатором 20, входная обмотка которого через сопротивление 21 и диод 22 подключена параллельно коммутирующему тиристору 14, а выходная - между управляющим электродом и катодом зарядного тиристора 16.
Датчик дуги представляет собой логический элемент, сигнал на выходе которого возникает при горении дуги.
Он может быть выполнен различным образом, но в общем случае должен содержать пороговый элемент 23 по напряжению на дуге, подключаемый. параллельно дуговому промежутку и настраиваемый на уровень 5-15 В, пороговый элемент 24 по току, подклю.чаемый параллельно сварочному шунту и настраиваемый на уровень 30-50 А, элемент И 25, на входы которого подаются выходы пороговых элементов, а выход его является выходом датчика.
Для предотвращения выхода иэ строя тнристоров при их аварийном открывании в устройство введен токовый автомат 26 защиты. . Величина балластного сопротивления 2 задается иэ условия надежного гашения дуги при шунтировании этим сопротивлением дугового промежутка.
Для сварки в C0 его величина не допжна превышать 0,1 Ом. Коммутирукщая емкость 15 представляет собой обычно батарею бумажных конденсаторов емкостью (1-2 ) 10 мкФ. Величина сопротивления 17 должна быть не ниже
500 Ом и задается из условия, чтобы ток в цепи 5-2-26-14-17-18-19-5 был ниже тока удержания тиристора 14.
Оптимальная величина напряжения вспо. могательного источника 19 питания составляет 40-60 В. Основной 1 и коммутирующий 14 тиристоры подбирают из условия разового подключения на полный сварочный ток на время 5-10мс.
Пороговые и времязадающие элементы, а также элемент И выполняются по известным схемам (например, триггеры Шмитта, одновибратор, элементы диодно-транзисторной логики .соответ-. ственно). Если хотя бы на одном из
1098702
10 входов элемента И присутствует нулевой сигнал, то на выходе ячейкисигнал также нулевой. Длительность времени, задаваемая элементом 12, определяет размер остаточной капли и рекомендуется 10-20 мс. Длительность времени, задаваемая элементом
12, определяется как минимально необходимое время для гашения дуги при ее шунтировании, рекомендуется не менее 3-5 мс. устройство работает. следующим образом.
В исходном состоянии источники 5 и 19 включены, кнопка 8 отпущена (подача электрода не осуществляется), 15 тиристоры 1,14 и 16 закрыты, коммутирующая емкость 15 заряжена по цепи
15-17-18-19-15 до напряжения источника 19.
При нажатии кнопки 8 начинается 20 подача электрода. Но до тех пор, пока не возбудилась дуга, датчик 10 дуги выдает нулевой сигнал, поэтому на выходе элемента И 11 независимо от нажатия кнопки 8 сигнал отсутст- 25 вует, тиристоры 1,14 и 16 остаются закрытыми.
В процессе сварки на выходе датчика дуги возникает сигнал. Но поскольку кнопка 8 при этом нажата, на выходе элемента 7, а следовательно, и элемента И 11 присутствует нулевой сигнал. Тиристоры 1,14 и 16 по-прежнему закрыты.
При отпускании кнопки 8 (момент времени tq, фиг 2 ), осуществляемом для прекращения сварки, начинается торможение электрода. На клеммах кнопки возникает напряжение, что разрешает прохождение сигнала датчика
10 через элемент И 11. По сигналу с выхоца элемента И 11 (возникающему первоначально либо по моменту отпускания кнопки 8, либо по срабатыванию датчика 10, если нажатие кнопки приходится на короткое замыкание
45 дугового промежутка ) происходит запуск времязадающего элемента 12. По окончании задаваемого им интервала времени происходит открывание основного тиристора 1 и запуск времязадаю-50 щего элемента 13 (момент 1 ) . При открытом тиристоре 1 дуговои промежуток оказывается зашунтирован малым сопротивлением 2, в результате чего дуга гаснет. Сварочный ток про- 55 текает по цепи 5-2-26-1-5, минуя дуговой промежуток.
По истечении интервала времени, задаваемого элементом 13, срабатывает блок 6, приводящий к выключению 60 тиристора 1 (момент t>). При этом в момент . по сигналу элемента 13 открывается коммутирующий тиристор
14. Напряжение на коммутирующей емкости 15 прикладывается встречно основному тиристору 1, приводя к запиранию последнего. Одновременно под действием энергии индуктивности сварочного источника 5 начинается перезаряд коммутирующей емкости 15 по цепи 15-5-2-26-14-15. По окончании перезаряда (момент 1 ) ток в указанной цепи падает до. нуля, при этом тиристор 14 закрывается.
При закрывании .тиристора 14 между его анодом и катодом возникает напряжение, прикладываемое к входной обмотке импульсного трансформатора 20, что вызывает открывание зарядного тиристора 16. Начинается перезаряд емкости 15 в исходное состояние по цепи 15-16-18-19-15. По окончании перезаряда (момент ) тиристор 16 закрывается, и схема возвращается в исходное состояние.
Таким образом осуществляется гашение дуги. Длительность цикла 1„ - не превышает 20-25 мс, что значительно меньше периода торможения электрода, поэтому электрод с оплавленной каплей движется к изделию. В момент
1 р происходит короткое замыкание дугового промежутка, при котором капля переходит в ванну. В сварочной цепи возникает ток, после разрыва перемычки расплавленного металла в момент „ возникает сварочная дуга.
С этого момента, поскольку кнопка 8 отпущена, цикл работы устройства повторяется. При этом длительность горения дуги ограничивается работой времязадающего элемента 12, чем задается размер образующейся остаточной электродной капли.
В дальнейшем цикл t — 1 работы устройства повторяется до тех пор, пока при отпущенной кнопке 8 не происходит полной остановки электрода.
Каждый раз, в т.ч. в окончательном цикле, на конце электрода остается капля, размер которой значительно вьме, чем в случае естественного обрыва дуги.
Устройство испытывают при сварке в С0 проволокой CB-08Г2С диаметром
1,2 мм. Источник сварочного тока
ВС-300, сварка выполняется полуавтоматом A-547. Режим сварки: О =30 Ву
VA =27-28 В; Э =200-230 A. Замер остаточной капли осуществляется для двух вариантов: сварка на месте (электрозаклепка) и сварка углом назад со скоростью 30-40 м/ч.
Основные параметры устройства следующие. тиристоров T=100 коммутирующая емкость 1400 мкФ. Величина балластного сопротивления 2 0,062 Ом, сопротивления 18 3 Ом. Длительность горения дуги (времязадающий элемент
12) 15 мс, длительность шунтирования дуги (элемент 13 ) 8 мс. Напряжение источника 19 составляет 55 В.
1098702
Условия эксперимента Диаметр остаточных капель, мм
Среднее значение, мм
Среднеквадратическое отклонение, мм
1,6
1,2; !
2,2;
Г,б
С устройством на месте
1,8 1,8;
1,8; 1,2j
1,2 °
1,3;
1,бу
1,2
1,47
0,092
С устройством в движении
1,6у
1,6$
1,3; 1,4;
1ю Зч 1кбю
1, 7-.
0,082
1,57
3,5;
3,3;
3,1;
3,1у
3 2;
3,3;
Обычный процесс на месте
3,21
0,064
3,4) 3,3; 3,4) 3,1ó
3,2 3,2; 3,1, 3,2;
3,8;
Обычный процесс в движении
3,30
0,068
П р и м е ч а н и е. В таблице приведены максимальные значения диаметра капли в плоскости, перпендикулярной оси электрода. и тем самым повысить характеристики предлагаемого устройства в сравнении с известным.
В осцилоограммах двух конечных циклов работы устройства (фиг. 3} верхний сигнал — ток через дуговой промежуток, а нижний - в шунтирующей цепи через сопротивление 2. В усло, виях испытаний в период торможения электрода происходит 2-3 цикла работы устройства. !
Как видно из результатов испытаний, применение предлагаемого устройства позволяет существенно снизить размер остаточной капли (в приведенном примере в 2,1-2,2,раза)
При этом режим работы тиристоров, входящих в устройство, характеризуется их кратковременным разовым 40 включением. Это позволяет снизить номиналы тиристоров по току, исключить необходимость их охлаждения
В качестве базового варианта взят обычный процесс сварки в СО полуавтоматом А-547 на приведенном выше режиме. Размер остаточной капли связан с удлинением дуги до естественного обрыва. Результаты замеров сведены в таблицуе
Уменьшение размеров остаточной капли позволяет повысить надежность повторного возбуждения дуги и качество сварки, что особенно важно при сварке коротких швов и использовании автоматизированных устройств для дуговой сварки.
1098702
Напряжение на РугаЯ про
gum vs тю 70
Я рог. znew
noz 7
tf
fveurry „й"
num 11 дренязадФоа .. элемент 18 дрегязадаюи .. ,менелаю 17
Tириетор / йуиеюор М
Тюриетор Ж
Фиг. 7
ВНИИПИ Заказ 4308/9 Тираж 1037 Подписное
Филиал. ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4