Способ сварки с помощью короткого замыкания и аппарат для его осуществления

Способ сварки с помощью короткого замыкания и аппарат для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к сварке, в частности к способам и устройствам для сварки с помощью короткого замыкания стальных пластин, труб и других изделий. Фитильный металлический электрод перемещают вдоль канавки свариваемых пластин. Фитильный электрод плавится при подаче электричества, цикл которого включает участок передачи и участок плазмы. Участок плазмы контролируется для образования короткого замыкания для выполнения корневого валика со сквозным проплавлением вдоль канавки. Фитильный электрод предпочтительно представляет собой электрод с самозащитой и включает компоненты сплава в сердечнике для образования корневого валика со сквозным проплавлением, имеющего состав, в основном аналогичный составу свариваемых изделий. Аппарат и способ предполагают использование селектора для управления полярностью отдельных циклов в общем процессе сварки. Изменение полярности после некоторой последовательности импульсов улучшает качество сварного шва, позволяет получить плоский равномерный шов. 5 с. и 85 з. п. ф-лы, 11 ил.

Область техники Настоящая заявка представляет собой частичное продолжение одновременно рассматриваемой заявки S.N. 09/004,707, поданной 9 января 1998 года.

Настоящее изобретение относится к сварке с помощью электрической дуги, а более конкретно, к усовершенствованному способу и устройству для сварки с помощью коротких замыканий, особенно для сварки двух стальных пластин, таких как две секции трубы.

Предшествующий уровень техники Настоящее изобретение относится к усовершенствованию систем управления разбрызгиванием и систем управления нагреванием общего типа, описанных в патенте США 4972064. Этот ранее изданный патент включен в настоящий документ для ссылки и информации, касающейся предпосылок создания настоящего изобретения и для обсуждения их концепций в области управления разбрызгиванием, на что специально ориентировано настоящее изобретение.

Для ссылки включен также патент США 5676857. Этот более ранний патент включен в настоящий документ для ссылки и для обсуждения сварки участков трубы.

Настоящее изобретение относится к области дуговой сварки с помощью расходуемого электрода, а более конкретно, к усовершенствованному устройству и способу дуговой сварки с помощью короткого замыкания двух стальных пластин, таких как секции трубы, с помощью фитильного электрода.

В области техники, связанной со сваркой краев трубы большого диаметра, традиционной является обработка на станке каждой трубы для получения внешней наклонной поверхности и узкой плоской фаски; а также приведение обработанных на станке краев в угловое совмещение с фасками на близком расстоянии, в основном, на расстоянии для образования кромки, подготовленной под сварку, которое включает зазор между двумя краями трубы. Как только трубы позиционированы, одна или более сварочных головок приводятся в движение вокруг трубы, чтобы обеспечить сварку на 360^o. Сварка обычно осуществляется в несколько этапов. Сначала делается проход при заварке корня шва там, где, по меньшей мере, внутренние кромки или фаски труб сплавляются, а зазор между фасками заполняется наплавленным металлом. После этого делается ряд проходов, заполняющих разделку, в которых пространство, образованное наклонной поверхностью, заполняется так, что направленный металл находится, по меньшей мере, заподлицо с внешней поверхностью данной трубы.

Непосредственно перед проходом при заварке корня шва или во время него края трубы должны быть расположены в точном соответствии друг другу, чтобы получить качественный сварной шов между двумя краями трубы. Проход при заварке корня шва представляет собой весьма важную часть операции сварки. Как только проход при заварке корня шва завершен, обеспечивается подгонка труб и может быть начата сварка следующего соединения вниз по линии. Таким образом, во время прохода при заварке корня шва должен быть выполнен 100% плотный наплавленный валик. Плотность наплавленного валика означает полное сплавление обеих фасок сквозь внутреннюю поверхность труб и полное заполнение зазора между фасками наплавленным металлом. Нанесение наплавленного металла внутри зазора является трудным, потому что сварной шов должен быть выполнен путем перемещения сварочных головок вокруг трубы таким образом, что положение шва меняется от ручной сварки в нижнем положении, вертикальной сварки снизу вверх или сверху вниз при потолочном шве при выполнении прохода при заварке корня шва вокруг трубы. Во время прохода при заварке корня шва секции трубы должны удерживаться в положении подгонки по всему проходу при заварке корня шва для получения качественного сварного шва. Обычно трубы зажимаются вместе для сохранения положения подгонки во время сварки. В дополнение к осложнениям положения шва и соображениям подгонки труб наплавленный металл, образованный во время прохода при заварке корня шва, должен заполнять зазор между секциями трубы, но не должен проходить через зазор и накапливаться на внутренней поверхности трубы. Наплавленный валик должен образовывать относительно гладкую поверхность по отношению к внутренней части трубы, которая имеет очень небольшой выступ внутрь трубы, если вообще имеет. Избыточный выступ наплавленного валика в трубе может: 1) создавать проблемы с аппаратами, работающими внутри труб для проверки плотности системы труб, и 2) вызывать нежелательное смешивание и турбулентность текучей среды при транспортировке текучих сред через систему труб.

Чтобы решить проблему выступания наплавленного валика внутрь трубы, обычно используется проход изнутри трубы при заварке корня шва. Такой способ сварки обеспечивает контроль фаски наплавленного валика во время прохода при заварке корня шва, чтобы предотвратить нежелательный выступ внутрь трубопровода. Тем не менее, такой способ сварки требует специально сконструированного и дорогостоящего оборудования. В дополнение к этому такой способ сварки занимает много времени и повышает стоимость при различных применениях. Более того, такой способ сварки может использоваться только для труб большого диаметра. Трубы с маленьким диаметром не могут вмещать аппаратуру сварки внутри трубы. Другой способ сварки, который предотвращает выступ наплавленного валика внутрь трубы, состоит в использовании опорных плит или опорных колодок, расположенных на внутренней части трубы и над зазором между секциями трубы. Опорная плита предотвращает выступание наплавленного валика внутрь секций трубы во время прохода при заварке корня шва наплавленного валика. Тем не менее, использование опорных плит также занимает много времени и ограничено трубами с относительно большим диаметром. В дополнение к этому опорная плита во многих случаях оказывается приваренной к внутренней части секции трубы во время прокладывания прохода при заварке корня шва. Следовательно, опорная плита должна позднее быть снята, что является дорогостоящим и может повредить наплавленный валик во время снятия приваренной плиты.

Аппарат для сварки, который позволяет решить многие проблемы, связанные с известными способами сварки труб, представлен в патенте США 5676857. В этом патенте описано усовершенствование сварки края двух секций трубы с помощью аппарата для сварки, имеющего два электросварочных аппарата для труб большого диаметра, которые непрерывно перемещаются по трассе вокруг периферийной области трубы. Электросварочные аппараты для труб большого диаметра включают специальный источник питания в режиме короткого замыкания для создания корневого валика со сквозным проплавлением между двумя краями трубы. В этом патенте изложено, что при использовании этой системы сварки с соответствующей скоростью перемещения электросварочного аппарата и скоростью подачи сварочной проволоки имеет место только незначительный прожог сквозь каждую кромку наклонной поверхности, и на внутренней части трубы образуется небольшой плоский сварной шов, таким образом снимая необходимость производить первоначальный проход при заварке корня шва по внутренней части трубы или использовать внутри трубы другие типы оборудования, такие как опорная плита. Хотя способ сварки, представленный в патенте США 5676857, позволяет решить ряд проблем, связанных со сваркой секций трубы, проблемы, связанные с составом сплава наплавленного металла корневого валика со сквозным проплавлением и защитой наплавленного металла корневого валика со сквозным проплавлением от отрицательных воздействий атмосферы, сохраняются.

Источник питания в режиме короткого замыкания предназначен для работы с твердым проволочным электродом и во время сварки наплавленный металл защищен от воздействия атмосферы за счет использования различных типов и смесей защитных газов. Хотя использование твердой проволоки и защитного газа дает в различной окружающей среде отличный наплавленный валик. Способ сварки с помощью короткого замыкания имеет ряд ограничений при использовании для сварки секций трубы. Так как используются твердые проволочные электроды, состав корневого валика со сквозным проплавлением ограничен имеющимися составами сплава электродов для использования при сварке с помощью короткого замыкания. Состав наплавленного металла должен точно соответствовать составу металлической трубы, чтобы образовать прочный и долговечный наплавленный валик. Так как состав трубы будет меняться в зависимости от использования этой трубы, могут возникнуть проблемы с получением твердого проволочного электрода, который образует наплавленный металл, связывающий секции с оптимальными характеристиками.

Другое ограничение процесса сварки с помощью короткого замыкания состоит в необходимости использования защитного газа для защиты наплавленного валика от отрицательного воздействия окружающей среды. Аппарат для сварки должен включать приспособление для хранения и направления защитного газа в область сварки. Такое приспособление должно включать приспособление для установки контейнеров с защитным газом, регуляторы, расходомеры, шланги и другие устройства, необходимые для направления защитного газа в область сварки во время сварки. Защитный газ предотвращает реакцию кислорода, азота, водорода и других соединений в атмосфере с расплавленным металлом и/или их улавливание расплавленным металлом. Эти элементы могут вызвать пористость наплавленного валика, разбрызгивание наплавленного металла и т.д., что может значительно снизить прочность и качество наплавленного валика. Использование защитного газа в контролируемой среде внутри помещения эффективно для предотвращения отрицательного воздействия окружающей среды на направленный валик; тем не менее, использование защитных газов в окружающей среде вне помещений при сварке затруднено при наличии ветра. Чтобы свести к минимуму эти эффекты, необходимо установить специальные щиты по траектории перемещения электрода, чтобы защитить защитный газ от ветра во время сварки. Использование таких щитов или других конструкций, чтобы свести к минимуму воздействие атмосферы на наплавленный валик, является дорогостоящим и одновременно усложняет конструкцию аппарата для сварки.

В свете проблем, связанных со сваркой секций труб в различных типах окружающей среды, и для изготовления высококачественного наплавленного валика, имеющего состав, в основном схожий с составом труб, которые привариваются друг к другу, возникает необходимость в усовершенствованном способе и аппарате, который может решить такие проблемы во время сварки труб.

Краткое изложение сущности изобретения Настоящее изобретение относится к способу и аппарату для сварки двух стальных пластин с помощью короткого замыкания предпочтительно по одной стороне пластин. Предпочтительно способ и аппарат для сварки с помощью короткого замыкания используются для сварки секций трубы и образования между этими двумя секциями корневого валика со сквозным проплавлением; тем не менее, настоящее изобретение имеет более широкое применение и может быть использовано для сварки различных металлических предметов различным путем в различной окружающей среде.

В соответствии с одним из основных аспектов настоящего изобретения для сварки края первого обрабатываемого изделия с краем второго обрабатываемого изделия используют способ дуговой сварки коротким замыканием с помощью сварочного аппарата, имеющий механизм подачи металлического фитильного электрода с флюсом и механизм перемещения сварочного аппарата вдоль трассы на внешней периферийной части обрабатываемого изделия. Вышеуказанный сварочный аппарат непрерывно перемещается вдоль вышеуказанной трассы во время вышеуказанной сварки, осуществляя первоначальный проход при сварке по соседним краям вышеуказанных первого и второго обрабатываемых изделий с образованием зазора между внешними частями указанных первого и второго обрабатываемых изделий и перемещением металлического фитильного электрода с флюсом в направлении обрабатываемого изделия вдоль указанного зазора. Указанный электрод плавится с помощью электрической волны, включающей участок передачи короткого замыкания и участок управляемого плавления. Мощностью или энергией плавления указанной электрической волны управляют для связывания указанного зазора путем формирования сварного шва вдоль протяженного канала между указанными обрабатываемыми изделиями. Во время указанного первоначального прохода осуществляют изменение скорости указанного сварочного аппарата и/или скорости подачи указанного электрода без остановки указанного сварочного аппарата, при этом осуществляют непрерывное перемещение указанного сварочного аппарата для удержания края указанного электрода впереди сварочной ванны.

В соответствии с другим основным аспектом настоящего изобретения для сварки двух расположенных на расстоянии друг от друга краев первого обрабатываемого изделия и второго обрабатываемого изделия, формирующих протяженный канал между ними, определяющий зазор между изделиями, используют аппарат дуговой сварки коротким замыканием, который включает тележку для сварки, расположенную вплотную к указанному зазору. Вышеуказанная электрическая тележка подключена к источнику питания. Вышеуказанный аппарат дуговой сварки включает также сварочный аппарат, имеющий механизм для подачи металлического фитильного электрода с флюсом, сварочную головку, металлический фитильный электрод с флюсом и механизм для направления указанного сварочного аппарата вокруг периферии указанного обрабатываемого изделия. Сварочная головка указанного сварочного аппарата соединена с указанным источником питания соединителем. Скорость указанного сварочного аппарата во время формирования наплавленного валика контролируется контроллером скорости. Задачей контроллера скорости является непрерывное перемещение сварочного аппарата относительно указанного обрабатываемого изделия во время формирования сварного шва. Вышеуказанный сварочный аппарат далее включает сварочную токовую цепь, которая подает ток к указанному электроду, при этом указанная сварочная токовая цепь включает первую цепь для создания тока переноса и вторую цепь для создания тока плавления, при этом указанная вторая цепь подает достаточное количество тока к указанному электроду для формирования корневого валика со сквозным проплавлением в указанном канале. Указанный электрод управляемо перемещается в направлении к указанному зазору указанным механизмом для подачи электрода.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения после первоначального прохода сварочного аппарата осуществляются дополнительные проходы.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения скорости указанного сварочного аппарата и/или скорости подачи указанного электрода изменяют в соответствии с наблюдением сварочной ванны при перемещении сварочного аппарата по периферии предпочтительно с помощью соответствующего механизма. В предпочтительном варианте настоящего изобретения меняется скорость перемещения электрода механизмом для подачи электрода, а также меняется скорость перемещения указанного сварочного аппарата. Более того, скорость перемещения указанного электрода, передаваемая механизмом для подачи электрода, может представлять собой функцию скорости перемещения сварочного аппарата вокруг трассы. При этом изменение скорости сварочного аппарата может осуществляться дистанционно.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения сварочная головка колеблется между первым и вторым краями обрабатываемого изделия предпочтительно с помощью механизма для колебания указанной сварочной головки между первым и вторым краями обрабатываемого изделия. Ширина указанных колебаний может быть регулируемой, так же как и высота указанной сварочной головки от указанных первого и второго краев обрабатываемого изделия может быть регулируемой предпочтительно с помощью механизма регулировки угла указанной сварочной головки. Далее может быть регулируемым угол указанной сварочной, головки относительно первого и второго краев указанных обрабатываемых изделий предпочтительно с помощью механизма регулировки угла указанной сварочной головки.

В соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения электродная сварочная проволока и механизм подачи сварочной проволоки могут заменить металлический фитильный электрод с флюсом и механизм подачи электрода соответственно.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения обрабатываемые изделия являются трубами, а единственный сварочный аппарат создает сварной шов, проходящий по окружности трубы.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения источник питания представляет собой инвертор с выходным трансформатором, запускающим выпрямитель.

В соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения имеются две секции трубы, которые расположены вместе для образования канавки между краями двух секций трубы, тележка для сварки, расположенная вокруг канавки, образованной двумя секциями трубы, расходуемый фитильный электрод, источник питания с положительной и отрицательной клеммами, токовая цепь, которая подает сварочный ток заданного профиля на канавку между секциями трубы и расходуемый фитильный электрод. Секции трубы предпочтительно подгоняются с помощью зажимов. Зажимы удерживают вместе секции трубы, по меньшей мере, до тех пор, пока корневой валик со сквозным проплавлением не будет выполнен в канавке между секциями трубы. Предпочтительно секции трубы подогнаны таким образом, что небольшой зазор имеет место в канавке, которая образована двумя секциями трубы. Тележка для сварки предпочтительно выступает, по меньшей мере, на 180^o по окружности канавки и предпочтительно на 360^o по окружности канавки. Тележка для сварки предназначена для скольжения вдоль направляющей по мере перемещения по окружности канавки, причем эта направляющая прикреплена к периферийной части трубы. Тележка для сварки включает приводной двигатель, который в соединении с роликами или скользящими подшипниками другого типа позволяет тележке для сварки скользить вдоль направляющей по окружности канавки с необходимой скоростью. Тележка для сварки включает механизм, который управляет перемещением расходуемого фитильного электрода к канавке во время процесса сварки. Механизм управления перемещением фитильного электрода может быть выполнен совместно с механизмом для управления перемещения тележки относительно канавки во время сварки или отдельно от него. Токовая цепь для сварки включает первую цепь для контроля электрического тока в условиях короткого замыкания, когда расплавленный металл на краю расходуемого электрода первично переводится в сварочную ванну внутри канавки под воздействием поверхностного натяжения. Ток подготовительного разряда включает импульс самостягивающегося разряда поперек расплавленного металла при условии короткого замыкания, что помогает обеспечить передачу расплавленного металла с электрода на сварочную ванну. Цепь сварочного тока также включает вторую цепь для создания тока плавления. Ток плавления представляет собой сильный токовый импульс, который передается через дугу и предпочтительно имеет заранее заданную энергию или потребляемую мощность, используемую для плавления относительно постоянного объема металла на краю расходуемого фитильного электрода, когда электрод находится на расстоянии от сварочной ванны.

В соответствии с другой особенностью настоящего изобретения фитильный электрод включает флюсовую систему внутри фитильного электрода для обеспечения защитного газа во время процесса сварки.

В соответствии со следующей особенностью настоящего изобретения расходуемый фитильный электрод включает сплавы металлов в фитиле для получения состава наплавленного валика, который в основном аналогичен составу свариваемых труб. Наплавленный валик, имеющий состав, который близко соответствует составу секций трубы, образует прочный, износоустойчивый, высококачественный наплавленный валик. Некоторые фитильные электроды требуют защитного газа, особенно при использовании для сплавления.

В соответствии с последующей особенностью настоящего изобретения вторая цепь цепи сварного тока обеспечивает значительное повышение последнего во время первоначального этапа образования дуги. Значительное повышение тока предпочтительно имеет заранее выбранную I(t) область или энергию для плавления относительно постоянного объема металла на краю расходуемой проволоки, когда эта проволока расположена на расстоянии от сварочной ванны. Энергия, создаваемая во время нагнетания плазмы, предпочтительно достаточна для создания сферического металлического шара, имеющего диаметр, не более чем в два раза превышающий диаметр сварочной проволоки. Предпочтительно, чтобы после увеличения тока для получения участка повышения тока плазмы высокое значение тока поддерживается в течение заранее выбранного периода времени, а затем падает в течение периода времени до тех пор, пока необходимая энергия или потребляемая мощность не будут приложены к электроду для расплавления необходимого объема электрода.

В соответствии с еще одной особенностью настоящего изобретения цепь сварочного тока ограничивает величину энергии, подаваемую на электрод, чтобы предотвратить нежелательное плавление краев секций трубы во время нанесения наплавленного валика и/или чтобы поддерживать наплавленный валик избыточно горячим во время сварки, чтобы таким образом предотвратить прохождение расплавленного металла через зазор между краями секций трубы и внутрь секций трубы.

В соответствии с дальнейшей особенностью настоящего изобретения цепь сварочного тока включает цепь для получения базового тока. Базовый ток представляет собой ток низкого уровня, который поддерживается лишь несколько выше уровня, необходимого для поддержания искры после завершения короткого замыкания. Базовый ток предпочтительно поддерживается в течение цикла сварки, чтобы дуга не была погашена во время сварки, что неблагоприятно.

В соответствии с еще одной особенностью настоящего изобретения аппарат для сварки включает контроллер для изменения полярности во время процесса сварки для получения необходимой теплоты в сварочной ванне.

При использовании сварочного аппарата с передачей поверхностного натяжения компании "Линкольн электрик" или процесса сварки с помощью короткого замыкания с передачей поверхностного натяжения, который осуществляется с помощью этого аппарата для сварки с фитильным электродом, достигается безгазовый процесс сварки. При использовании фитильного электрода с собственным защитным покрытием его полярность нормально является отрицательной. При использовании в аппарате для сварки процесса с отрицательным электродом ванна с передачей поверхностного натяжения с обрабатываемым изделием является горячей, а охлаждение этой ванны требует времени, позволяя валику тянуться назад. Следовательно, процесс передачи поверхностного натяжения подразумевает уменьшение базового тока для уменьшения теплоты в сварочной ванне. Эта коррекция уменьшает объем тепла в общем процессе сварки. При реверсировании полярности сварочного аппарата с передачей поверхностного натяжения в условиях положительного электрода сварочная ванна с обрабатываемым изделием является слишком холодной. В соответствии с одной из особенностей настоящего изобретения в аппарате для сварки с передачей поверхностного натяжения или в процессе стандартная отрицательная полярность электрода меняется на положительную полярность электрода во время всего процесса сварки. Таким образом, тепло контролируется без изменения уровня базового тока. Теплота сварочной ванны контролируется по выбранной температуре путем регулировки соотношения сварки отрицательным электродом и положительным электродом.

Основная цель настоящего изобретения состоит в предложении системы дуговой сварки с коротким замыканием и способа, который дает высококачественный наплавленный валик между двумя металлическими пластинами.

Другая цель настоящего изобретения состоит в предложении системы дуговой сварки с коротким замыканием и способа, который точно следит за необходимым профилем тока во время сварки двух металлических пластин.

Следующая цель настоящего изобретения состоит в предложении системы дуговой сварки с коротким замыканием и способа, который дает высококачественный наплавленный валик вдоль канавки по краям двух секций трубы.

Последующая цель настоящего изобретения состоит в предложении системы дуговой сварки с коротким замыканием и способа подачи контролируемого количества энергии к электроду для образования направленного валика в канавке между двумя секциями трубы, не вызывая прохождение расплавленного металла через канавку во внутреннюю часть трубы.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в предложении системы и способа, который дает наплавленный валик без необходимости во внешних защитных газах.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в предложении системы и способа, как определено выше, которые дают наплавленный валик, имеющий состав, в основном аналогичный составу свариваемой трубы.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в использовании фитильного электрода в аппарате для сварки с помощью короткого замыкания для образования высококачественного наплавленного валика.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в предложении аппарата и способа сварки с помощью короткого замыкания, причем эти аппарат и способ включают изменение полярности сварочного тока во время процесса сварки.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в предложении аппарата и способа, причем эти аппарат и способ контролируют тепло в сварочной ванне путем регулировки соотношения положительной полярности электрода и отрицательной полярности электрода либо во время цикла, либо от одного цикла к следующему.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в работе аппарата для сварки с передачей поверхностного натяжения без необходимости в защитном газе и при контроле температуры в сварочной ванне путем регулировки полярности.

Другие цели и преимущества станут очевидными из следующего описания, рассмотренного вместе с прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую особенности в широком смысле цепи контроля в соответствии с настоящим изобретением; фиг.2 представляет собой частичный вид канавки между двумя краями секции трубы и положение электрода в канавке для формирования корневого валика со сквозным проплавлением; на фиг. 3 представлено поперечное сечение токопроводящего мундштука и в нем фитильного электрода; на фиг.4 представлен график тока, иллюстрирующий профиль кривой единичного цикла сварки, используемого в системе, или способа, используемого в настоящем изобретении, где электрод представляет собой положительный контакт, а обрабатываемое изделие - отрицательный контакт; на фиг. 5 представлен инвертированный профиль единичного цикла сварки, аналогичного показанному на фиг.4, где электрод является отрицательным, а обрабатываемое изделие - положительным; фиг. 6 представляет собой блок-схему аппарата для осуществления способа выбора полярности циклов сварки при процессе сварки с помощью короткого замыкания; фиг.7 представляет собой график сварочного тока прямой полярности; фиг.8 представляет собой график сварочного тока обратной полярности; фиг. 9 представляет собой блок-схему селектора полярности, используемого в иллюстрируемом варианте осуществления настоящего изобретения; фиг. 10 представляет собой график сварочного тока, демонстрирующий модификацию предпочитаемого варианта осуществления; фиг. 11 представляет собой блок-схему селектора полярности, используемую для перехода с одной полярности на другую во время цикла сварки.

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения Если теперь рассмотреть чертежи, где представленные данные предназначены только для иллюстрирования предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, а не для ограничения такового, то на фиг.1 представлена система дуговой сварки с коротким замыканием, подключенная к выводу источника питания переменного тока. Предпочтительный тип сварки с помощью короткого замыкания представляет собой тип с передачей поверхностного натяжения (ППТ). Сварочная цепь и контрольное приспособление для такого типа сварки представлено в патенте США 4972064, причем этот патент включен в настоящий документ. Следовательно, ниже будет представлено только общее рассмотрение сварочной цепи.

Поскольку предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения не полностью проиллюстрирован на соответствующих чертежах, ниже он будет кратко охарактеризован следующим образом. Аппарат для дуговой сварки коротким замыканием используется для сварки двух расположенных на расстоянии друг от друга краев первого обрабатываемого изделия и второго обрабатываемого изделия, в особенности краев труб, формирующих протяженный канал между изделиями, определяющий зазор между изделиями. Аппарат для дуговой сварки включает тележку для сварки, расположенную вплотную к зазору. Электрическая тележка для сварки подключена к источнику питания. Кроме того, вышеуказанный аппарат для дуговой сварки включает также сварочный аппарат, имеющий механизм для подачи металлического фитильного электрода с флюсом, сварочную головку и металлический фитильный электрод с флюсом, который предпочтительно представляет собой электрод с самозащитой. Предпочтительно фитильный электрод с флюсом включает компоненты сплава в сердечнике для образования наплавленного валика, имеющего состав, в основном аналогичный составу обрабатываемых изделий. Вместо металлического фитильного электрода с флюсом может быть использована проволока для сварки. Сварочный аппарат направляется с помощью соответствующего механизма вокруг периферии обрабатываемого изделия. Сварочная головка сварочного аппарата соединена посредством соединителя с источником питания, предпочтительно с источником питания в виде инвертора с выходным трансформатором, запускающим выпрямитель.

Непрерывное перемещение и скорость указанного сварочного аппарата во время формирования наплавленного валика контролируется контроллером скорости. Кроме того, сварочный аппарат включает сварочную токовую цепь, которая подает ток к электроду. При этом сварочная токовая цепь включает первую цепь для создания тока переноса и вторую цепь для создания тока плавления, и указанная вторая цепь подает достаточное количество тока к электроду для формирования корневого валика со сквозным проплавлением в указанном канале. Вторая цепь направляет предварительно выбранное количество энергии на электрод для плавления относительно постоянного объема указанного электрода во время каждого сварочного цикла. Сварочная токовая цепь ограничивает количество энергии, направленной на указанный электрод, для предотвращения прохождения расплавленного металла через указанный зазор. Задача механизма для подачи электрода заключается в управляемом перемещении электрода в направлении к указанному зазору.

Кроме того, аппарат для дуговой сварки включает механизм - предпочтительно дистанционный - для изменения скорости сварочного аппарата по мере того, как сварочный аппарат движется вокруг периферии обрабатываемого изделия. В дополнение или вместо этого может изменяться и скорость подачи электрода по мере того, как сварочный аппарат движется вокруг периферии обрабатываемого изделия. В данном случае скорость подачи электрода изменяется механизмом для подачи электрода. Более того, скорость перемещения электрода, передаваемая механизмом для подачи электрода, может представлять собой функцию скорости перемещения сварочного аппарата вокруг трассы.

Далее аппарат для дуговой сварки включает механизм, обеспечивающий колебания сварочной головки между первым и вторым краями обрабатываемых изделий, причем ширина указанных колебаний может быть регулируемой. Аппарат для дуговой сварки включает также механизм регулировки высоты и угла указанной сварочной головки относительно первого и второго краев указанных обрабатываемых изделий.

Источник питания представляет собой источник питания постоянного тока, предпочтительно состоящий из двигателя 10, такого как газовый двигатель, который питает генератор 12 для получения переменного тока 13. Переменный ток 13 затем выпрямляется с помощью выпрямителя 14 для получения постоянного тока 20. Фазорегулятор 16 управляет выпрямителем 14 для получения, в основном, однородного постоянного тока 20. Постоянный ток 20 затем преобразуется в импульсы с помощью модулятора 30. Формы импульса контролируются с помощью схемы формирования 32, чтобы, таким образом, создать необходимый импульс с помощью постоянного тока 20 через выходные клеммы 34, 36. Как можно увидеть, источник питания не должен быть источником с выпрямленным выходом, а должен представлять собой любой другой соответствующий источник постоянного тока.

Постоянный ток с широтно-импульсного модулятора 30 направлен к области сварки, которая включает расходуемый фитильный электрод 50 и обрабатываемое изделие 60.

Если рассмотреть сварку обрабатываемого изделия 60, электрод 50 периодически находится в условиях короткого замыкания, когда электрод 50 контактирует с обрабатываемым изделием 60, и горения дуги, когда электрод 50 расположен на расстоянии от обрабатываемого изделия 60. В условиях горения электрической дуги последняя создается между обрабатываемым изделием 60 и электродом 50 для плавления и поддержания расплавленным края электрода, когда он подается к обрабатываемому изделию для создания в последующем условий для короткого замыкания. Этот тип цикла сварки схематично представлен на фиг.4 и 5. Как показано на фиг.4 и 5, цикл сварки чередуется между условием короткого замыкания и условием наличия плазмы.

При условии наличия плазмы необходимо, чтобы дуга создавалась и поддерживалась все время для плавной и эффективной сварки. Цикл сварки, который повторяется несколько раз в секунду, должен точно контролироваться для уменьшения разбрызгивания в разное время в течение цикла сварки. Широтно-импульсный модулятор 30 работает на высокой частоте. В предпочтительном варианте осуществления рабочая частота широтно-импульсного модулятора 30 составляет 20 кГц, причем ширина последующего импульса тока определяется напряжением на линии 33 с контроллера формы 32. Когда система управления с обратной связью требует большую величину силы тока в цикле сварки, более высокое напряжение появляется на линии 33, вызывая более широкий импульс во время следующего импульса с широтно-импул