Устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка
Патент 791487
Авторы
Устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка
Иллюстрации
Реферат
Союз Советски к
Социалистических
Ресггубпик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
«»791487
\, (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.11.78 (21) 2686973/25-27 с присоединением заявки РЙ (5) )М. Кл.
В 23 К 9/06
В 23 9/10
Государственный комнтет (23 ) П риоритет ао делам нзобретеннй и открытий
Опубликовано 30.12 80 Бюллетень Ла 48
Дата опубликования описания 30.12.80 (53) УДК 621.791. .75.037 (088.8) (72) Авторы изобретения
Б. В. Худяков, И. С. Пинчук, В. Ф. Постаушкин и М. Я. Клебанов (71) Заявитель
Челябинский политехнический институт имени Ленинского комсомола (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ
С КОРОТКИМИ ЗАМЫКАНИЯМИ ДУГОВОГО
ПРОМЕЖУТКА
Изобретение относится к области сварочной техники, в частности к устройствам для дуговой сварки с короткими замыканиями.
Известно устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями, содержащее сварочный
5 выпрямитель, сварочную головку, коммутирующий и вспомогательный тиристоры, конденсатор, а также дополнительный выпрямитель, подключенный параллельно конденсатору, одна из обкладок которого подключена к аноду вспомогательного тирнстора, а другая †. к минусовому зажиму сварочного выпрямителя, к плю: совому зажиму которого присоединен анод коммутирующего тиристора, эашунтированного резистором, соединенного с катодом вспомогательного тиристора и со сварочной головкой через несколько цепочек, выполненных из последовательно соединенных сопротивления и дополнительного тиристора, зашунтированного резистором (11, 20
Недостатком известного устройства является значительное потребление активной энергии изза наличия дополнительного выпрямителя, а также большие габариты и вес.
Наиболее близким ло технической сущности к заявляемому является устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями 121. Это устройство содержит сварочный выпрямитель, индуктивность, сопротивление, конденсатор, коммутирующий и вспомогательный: тиристоры, схему управления, содержащую датчик непрерывного контроля размеров перемычки жидкого металла и сварочную головку, подключенную через сопротивление к одному зажиму сварочного выпрямителя, к другому зажиму которого подсоедннена одна из обкладок конденсатора н.один из входов схемы управления, пру -ой вход которой подключен к сварочной головке и к катоду коммутирующего тиристора, управляющий электрод и катод которого соединены с одним из выходов схемы управления, присоединенной другим выходом к управляющему электроду и катоду вспомогательного тиристора, анод которого подключен к аноду коммутирующего тиристора и через индуктивность — к одному зажиму сварочного выпрямителя, а катод вспомогательного тирис тора подключен к другой обкладке конденса791487 тора, которая присоединена через ограничивающее сопротивление к друтому зажиму дополнительного выпрямителя, присоединенного одним своим зажимом к другому зажиму сварочного выпрямителя.
Недостатком этого устройства является значительное потребление активной энергии в цепи, дополнительного выпрямителя, а также большие габариты и вес, обусловленные наличием дополнительного выпрямителя и мощного ограничивающего сопротивления.
Целью изобретения является снижение потребляемой энергии и исключение дополнительного источника питания.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительная индуктивность, дополнительный тиристор и схема управления дополнительным тиристором, один из входов последней соединен с анодом вспомогательного зп тиристора, другой ее вход — с катодом вспомогательного тиристора и анодом дополнительного тиристора, его управляющий электрод подключен к одному из выходов схемы управления дополнительным тиристором,другой ее выход подклю- g чен к катоду дополнительного тиристора,соединенному через дополнительную индуктивность с одной из обкладок конденсатора.
Наличие колебательного контура с малым активным сопротивлением (дополнительная индуктивность, конденсатор, дополнительный тиристор, управляющий вход которого подклю» чен к схеме управления" дополнительным тиристором), соединенного с коммутирующим и вспомогательным тирнсторами, а также с другими элементами устройства, позволяет перезарядить конденсатор с минимальными потерями активной энергии, дает возможность исключить по сравнению с прототипом дополнительный выпрямитель и ограничивающее сопротивление и тем 4О самым уменьшить габаритьг и вес предлагаемого устройства.
На фиг. 1 приведена принципиальная электри-, ческая схема предлагаемого устройства для дуговой сварки с короткими замыканиями; на 45 фиг, 2 — временные диаграммы работы устройства, где
U л — напряжение на дуговом промежутке;
3 — сварочный ток;
О, — напряжение на конденсаторе;
О„„— напряжение между анодом и а "5 катодом вспомогательного тиристора 5;
0 — напряжение на выходе схемы управления дополнительным тиристором, Устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями содержит сварочный выпрями4 тель 1, индуктивность 2, сопротивление 3, состоящее из индуктивности 4 и резистора 5, вспомогательный тиристор 6, коммутирующий тиристор 7, конденсатор 8, дополнительную индуктивность 9, дополнительный тиристор 10, схему 11 управления, содержащую датчик непрерывного контроля размеров перемычки жидкого металла, сварочную головку 12, блок 13 управления дополнительным тиристором 10.
Плюсовой зажим сварочного выпрямителя 1 подключен через индуктивность 2 к анодам вспомогательного тиристора 6 и коммутирующего тиристора 7, а также через сопротивление 3 к катоду коммутирующего тиристора 7. . к сварочной головке 12 и к одному из входов схемы 11 управления.
Минусовой зажим сварочного выпрямителя 1 подключен к одной из обкладок конденсатора 8; к другому входу схемы 11 управления, а также через дополнительную индуктивность 9 подключен к катоду дополнительного тиристора 10.
Один из выходов схемы 11 управления подсоединен к управляющему электроду и катоду коммутирующего тиристора 7, а другой выход схемы 11 управления — к управляющему электроду и катоду вспомогательного тиристора 6.
Анод вспомогательного тиристора 6 подключен к одному из входов блока 13 управления дополнительным тиристором, другой вход которого подключен к катоду вспомогательного тиристора 6, к другой обкладке конденсатора 8 и к аноду дополнительного тиристора 10.
Один из выходов блока 13 подсоединен к управляющему электроду дополнительного тиристора 10, а другой его выход — к катоду дополнительного тиристора 10, Сварочный выпрямитель 1 используется как источник сварочного тока.
Индуктивность 2 предназначена для ограничения скорости нарастания сварочного тока so время коротких замыкании и для поддержания устойчивого горения сварочной дуги, Сопротивление 3 служит для ограничения тока дежурной дуги, т,е. дуги„возбуждающейся при саморазрушении перемычки в интервале коммутации сварочного тока.
Вспомогательный тиристор 6 предназначен для переключения сварочного тока, протекаюшего от сварочного выпрямителя 1 по цепи: индуктивность 2, коммутирующий тиристор 7, сварочная головка 12, в параллельную цепь заряда конденсатора 8: индуктивность 2, вспомогательный тиристор 6, конденсатор 8.
Коммутирующий тиристор 7 служит для отключения сварочного тока через перемычку жидкого металла, когда она достигает критических размеров. Конденсатор 8 предназначен для накопления энергии за период коммутации
791487 сварочного тока, необходимой для запирания вспомогательного тиристора 6. дополнительная индуктивность 9 предназначена для перезаряда конденсатора 8 при открывании дополнительного тиристора 10.
5 дополнительный тиристор 10 служит для замыкания контура перезаряда конденсатора при закрывании вспомогательного тиристора 6 (в конце промежутка коммутации) .
Схема 11 управления служит для подачи. 1С импульса тока на управляющий электрод вспомогательного тиристора 6 в момент начала коммутации, когда перемычка жидкого металла достигает критических размеров, а также для подачи импульса тока на управляющий элект- 15 род коммутирующего тиристора 7 в момент окончания интервала коммутации.
Сварочная головка 12 служит для автоматической подачи сварочной проволоки в зону дуги. 20
Блок 13 управления дополнительным тиристором 10 служит для подачи импульса тока на управляющий электрод дополнительного тиристора 10 в момент эапирания вспомогательного тиристора 6, что соответствует концу коммутации сварочного тока.
Замкнутая цель, содержащая последовательно соединенные сварочный выпрямитель 1, индуктивность 2, коммутирующий тнристор 7 и сварочную головку 12, позволяет обеспечивать автоматический процесс дуговой сварки.
Замкнутая цепь, содержащая последовательно соединенные сварочный выпрямитель 1, сопротивление 3 и сварочную головку 12, позволяет обеспечивать горение дежурной дуги в про- 35 межутке коммутаций сварочного тока при саморазрушении перемычки жидкого металла.
Замкнутая цепь, содержащая сварочный выпрямитель 1, индуктивность 2, вспомогательный тиристор 6 и конденсатор 8, позволяет при эа- 44 крывании коммутирующего тиристора 7 коммутировать ток в параллельную дуговому промежутку цепь на заряд конденсатора 8.
Перед началом сварочных работ свариваемая конструкция дожна быть подсоединена к мину- 4Ю совому зажиму сварочного выпрямителя 1.
Устройство работает следуюшим образом.
При включении предлагаемого устройства коммутирующий тиристор 7 открывается сигналом с выхода схемы 11 управления, содержа- $6 щей датчик непрерывного контроля размеров перемычки, и к дуговому промежутку прикладывается напряжение, подаваемое от сварочноговыпрямителя 1. При этом вспомогательный тиристор 6 и дополнительный тиристор 10 закры- у ты.
При включении подачи сварочной проволоки зажигается дута, начинается переходный процесс, по окончании которого происходит заряд конденсатора 8, в результате чего на его обкладке, соединенной с катодом вспомогательного тиристора 6,.появляется отрицательный потенциал (порядка 70 — 90 В).
Процесс дуговой сварки с короткими замыканиями сопровождается периодическими замыканиями дутового промежутка каплей электродного металла, расплавленного эа время горения дуги. В момент to капля металла касается свариваемой конструкции, при этом образуется перемычка жидкого металла. Напряжение на дуговом промежутке О„резко падает почти до нуля, а сварочный ток 3 начинает св нарастать с постоянной времени, определяемой электрическими параметрами сварочной цепи, т.е, ее индуктивным и активным сопротивлением.
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 сварочного выпрямителя 1 через индуктивность 2, коммутирующий тиристор 7 в открытом состоянии и сварочную головку 12-и по вспомогательной цепи: от сварочного выпрямителя 1 через сопротивление 3 и сварочную головку 12.
При достижении критических размеров перемычки жидкого металла на последней стадии ее разрушения (при сварочном токе 3 порядка 300 — 500 А), когда напряжение на перемычке достигает определенного значения 0„в момент времени tt, с одного из выходов схемы
11 управления подается импульс тока на управляюгций электрод вспомогательного тиристора 6, при этом он открывается, а коммутирующий тиристор 7 закрывается при снятии сигнала с другого выхода схемы 11 управления.
С момента закрывания тиристора 7 ток коммутируется в цепь: последовательно соединенные сварочный выпрямитель 1, индуктивность
2, вспомогательный тиристор 6 в открытом состоянии, конденсатор 8-и перезаряжает конденсатор 8 таким образом, что на его обкладке соединенной с катодом вспомогательного тиристора 6,появляется положительный потенциал
70 — 90 В. Одновременно с этим через перемычку протекает ток 15-20 А по вспомогательной цепи: сварочный выпрямитель 1, сопротивление 3, сварочная головка 12. Перемычка разрушается за счет сил поверхностного натяжения и инерционных сил беэ разбрызгивания электродного металла в момент времени tz (см. фиг. 2).
После саморазрушения перемычки в момент времени tg возбуждается вспомогательная ду га (по вспомогательной цепи 1 — 4-5 — 12), а по
79 окончании интервала коммутации тока в момент времени t-, сигналом с выхода схемы 11 управления, содержащей датчик непрерывного контроля размеров перемычки, открывается коммутирующий тиристор 7.
Ток из цепи: сварочный выпрямитель 1, индуктивность 2, вспомогательный тиристор 6 и конденсатор 8-коммутируется в основную цепь; сварочный выпрямитель. l, индуктивность ?, коммутирующий тиристор 7 и сварочная головка 12.
Одновременно вспомогательный тиристор 6 закрывается под действием положительного потенциала на обкладке конденсатора 8, соединенной с катодом этого тиристора.В этот момент между анодом и катодом вспомогательного тиристора 6 в;.;эникает скачок напряжения
U, о.: ве.личины. напряжения 0,5 — 1 В (при
à-3; 5 открьпом гнристоре 6) до 50 — 70 В (при закрытом тиристоре 6), подаваемый на вход блока 13 управления дополнительным тиристором 10, При этом с его выхода подается импульс тока на управляющий электрод дополнительного тиристора 10. Тиристор 10 открывается, и конденсатор 8 вновь переэаряжается по цени: конденсатор 8, дополнительный тиристор 10 и дополнительная индуктивность 9-таким образом что на его обкладке, соединенной с катодом вспомогательного тиристора 6, появляется отрицательный потенциал. При токе заряда конден:сатора 8,, равном нулю, дополнительный тиристор 10 закрывается..В таком состоянии схема подготовлена к следующему циклу сварки.
Экспериментально установлено, что для нормальной работы устройства мощность вспомогательного источника, необходимая для перезаряда конденсатора, составляет 15 — 20% мощности основного источника питании дуги.
Замена вспомогательного источника с ограничивающим сопротивлением в его цепи дополнительной индуктивностью, дополнительным тиристором и схемой управления дополнительным тиристором позволила в предложенном устройстве для дуговой сварки с короткими замыканиями при тех >ке режимах сварки уменьшить потери активной энергии в цепи перезаряда конденсатора в 20-30 раз (потери активной .энергии составляют 0,5 — «% мощности ocHGBHQго источника питания), а габариты и всс в 1,5—
1487 8
2 раза по сравнению с прототипом,т.е. существенно улучшить технико-экономические показатели устройства.
Формула изобретения
Устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, содержащее сварочный выпрямитель, индуктивность, сопротивление, конденсатор, коМмутирующий и вспомогательный тиристоры, схему управления, датчик непрерывного контроля размеров перемычки жидкого металла, сварочную головку, подключенную через сопротивление к одному зажиму сварочного выпрямителя, к друтому его зажиму подключена одна из обкладок конденсатора и один иэ входов схемы управления,другой ее вход подключен к сварочной головке и к катоду коммутирующего тиристора, управляющий электрод и катод которого соединены с одним иэ выходов схемы управления, другой ее выход присоединен к управляющему электроду и катоду вспомогательного тиристора, а его анод подключен к аноду коммутирующего тиристора и через индуктивность — к одному иэ зажимов сварочного выпрямителя, при этом катод вспомогательного тиристора подключен к другой обкладке конденсатора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью снижения потребляемой энергии и исключения дополнительного источника питания, в устройство введены дополнительная индуктивность, дополнительный тиристор и схема управления дополнительным тиристором, при этом один из входов последней соединен с анодом вспомогательного тиристора, другой ее вход — с катодом вспомогательного тиристора и анодом дополнительного тиристора, его управляющий электрод подключен к одному
<о из выходов схемы управления дополнительным тиристором, другой ее выход подключен к катоду дополнительного тиристора, соединенному через дополнительную индуктивность с одной из обкладок конденсатора.
45 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР N 339355, кл. В 23 К 9/ОО, 1970.
2. Авторское свидетельство СССР К 484055, кл. В 23 К 9/00, 1973 (прототип). 791487
ФиаЛ бмв,а
ВНИИПИ Заказ 9350/11 Тираж 1160 Подписное
Филиал ПНП "Патент", г. Ужгород, уя. Проектная, 4