Устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка

Устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

<п>988486

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Сецивяистичесник

Феспублии (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 22,06,81 (2! ) 3304916/25-27 (53)M. Кл.

В 23 К. 9/00

В 23 K 9/09 с присоединением заявки.яв

ГевуларатеавЮ кеювтвт

CCCt вв ааааа взабретевк» и вткрытий (23) Приоритет (53) Ъ,ВК 621.791 ° 75(088.8) Опубликовано 15,01.83. тиоллетень М 2

Дата опубликования описания 15,01,83 ь с

Б.В.Худяков, И,C.Ïèí÷óê и В.ф.Постаувкцн

I ч й

Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (5") УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ С КОРОТКИМИ

ЗАМЫКАНИЯМИ ДУГОВОГО ПРОМЕЖУТКА

Изобретение относится к сварочной технике, в частности к устройствам для дуговой сварки с короткими замыканиями.

Известно устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями, содержащее коммутирующий и вспомогательный тиристоры, блок управления тиристорами, пороговый элемент, цепь возбуждения дуги, сварочную головку, конденсатор., индуктивность, диф жренцирующую и интегрирующие цепи и сварочный выпрямитель, один из зажимов которого через индуктивность подсоединен к анодам коммутирующего и вспомогательного тиристоров, причем катод коммутирующего тиристора подключен через цепь возбуждения дуги и индуктивность к этому зажиму сварочного выпрямителя, а катод вспомогательного тиристора - через конденсатор к другому зажиму сварочного выпрямителя, подсоединенному к одному из входов дифференцирующей

2 цепи, другой ее вход подключен к сва- рочной головке, при этом интегрирующая цепь подключена параллельно дифференцирующей цепи и входам порогового элемента, выход которого соединен с входом блока управления тиристорами,один из его выходов подклю" чен к управляющему электроду и катоду коммутирующего тиристора, а другой - к управляющему электроду и

1о катоду вспомогательного тиристора 1. 13.

В данном устройстве информация о состоянии перемычки жидкого металла, поступающая на дифференцирующую и интегрирующую цепи и пороговый эле!

5 мент, берется с кривой напряжения на перемычке, которая при постоянном сварочном токе отражает изменение сопротивления перемычки, но не отража" ет изменение геометрических размеров .перемычки и накопленной в ней тепловой энергии на последней стадии короткого замыкания. Поскольку из-за нестабильности процесса сварки кри98848б вая напряжения на перемычке изменяется от цикла к циклу, то некоторые коммутации сварочного тока могут быть преждевременными, при этом перемычка в интервале коммутации не ус- 5 певает разрушиться и будет разрушаться ro взрывом аа пределами этого интервала при включении тока, что приводит к значительному разбрызгиванию металла. о

Таким образом, при сварке получа" ется невысокое качество сварных соеди нений вследствие зна чител ьного разбрызгивания электродного металла.

Наиболее близким к изобретению по 15 технической сущности является устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями, содержащее комму- тирующий и вспомогательный тиристоры, блок управления тиристорами, noporo- 20 вый элемент, сварочную головку, источник питания с параллельно подключенным конденсатором, сварочный выпря. митель, один из зажимов которого через индуктивность подсоединен к ано-, 25 дам коммутирующего и вспомогательного тиристоров,,причем катод коммутирующего тиристора подключен через сопротивление к этому же зажиму сварочного выпрямителя, а катод вспомо- 3О гательного тиристора - через конденсатор к другому зажиму сварочного Bbj прямителя и к одному из входов поро" гового элемента, другой вход которого подключен к сваРочной головке и к 35 катоду коммутирующего тиристора, а выход порогового элемента соединен с входом блока управления тиристора" ми, один из выходов которого подсоединен к управляющему электроду и ка- 4в тоду коммутирующего тиристора, а другой - к управляющему электроду и катоду вспомогательного тиристора t 2 ).

В известном устройстве информация о состоянии перемычки жидкого метал45 ла, поступающая на пороговый элемент, берется с кривой напряжения на перемычке> которая при постоянном сварочном токе отражает изменение сопротивления перемычки, но не отражает изме- нение геометрических размеров перемычки и накопленной в ней тепловой энергии на последней стадии короткого замыкания. Поскольку из-за нестабильности процесса сварки кривая напряжения на перемычке изменяется от цикла к циклу, то некоторые коммутации сварочного тока могут быть преждевременными, при этом перемычка в интервале коммутации не успевает разрушиться и разрушается со взрывом за пределами этого интервала при включении тока, что приводит к значительному разбрызгиванию металла, Таким образом, при сварке также получается невысокое качество сварочных соединений вследствие значительного разбрызгивания электродного металла.

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения за счет снижения разбрызгивания электродного металла, Поставленная цель достигается тем, что устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, содержащее сварочный выпрямитель, один из зажимов которого через индуктивность подсоединен к анодам коммутирующего и вспомогательного тиристоров, причем катод коммутирующего тиристора подключен через сопротивление к этому же зажиму сварочного выррямителя,. а катод вспомогательного тиристора — через конденсатор к другому зажиму сварочного выпрямителя, параллельно конденсатору подключен источник питания, выход порогового элемента соединен с входом блока управления тиристорами, выходы последнего подключены к катодам и к управляющим электродам тиристоров, в него введены силовой ключ, датчик тока, последовательно соединенные дополнительный пороговый элемент> инвертор, дифференцирующая цепь, ждущий мультивибратор и последовательно соединенные блок вычитания напряжений, умножитель, ключ и интегратор, а также блок управления ключами и вспомогательный ключ, при этом параллельно интегратору подключен вспомогательный ключ, при этом выход интегратора соединен с входом порогового элемента, выход последнего подключен к одному из входов блока управления ключами, другой вход последнего соединен с входами дополнительного порогового weмента и умножителя, другой вход умножителя подсоединен к зажимам датчика тока, при этом датчик тока включен между входом блока вычитания напряжения и катодом коммутирующего тиристора, который соединен с одним из выводов силового ключа, другой

988486 вывод последнего соединен с одним из зажимов сварочного выпрямителя, причем вход силового ключа соединен с выходом ждущего мультивибратора, другой вход блока вычитания

-. напряжений соединен с другим зажимом сварочного выпрямителя, а выходы блока управления ключами соединены соответственно с управляющими входами ключа и вспомогательного клю«1О ча.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства для дуговой сварки с короткими замыканиями на фиг,2временные диа граммы работы и редла гаемого устройства, где !СВ - свароч и TOKE

U - напряжение на дуговом проА межутке, 0 - напряжение на перемычке,"

0 - напряжение на выходе интеги ратора 17, 0 - напряжение на выходе клю

М ча 16;

U - напряжение на

48 ча 18;

U - напряжение на выходе порогового элемента 19;

0 -- напряжение нв выходе 1 блоИ ка 21 управления тиристорами, 0 <- напряжение на выходе порогового элемента 22;

0 - напряжение на выходе инвертора 23; зз

U<<- напряжение йа выходе дифференцирующей цепи 24;

U<>- напряжение на выходе ждущего мультивибратора 25;

0 - напряжение на выходе силово- <в г! го ключа 13. выходе клюУстройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового.промежутка содержит сварочный выпрями45 тель 1, источник 2 питания, коммутирующий тиристор 3, вспомогательный тирястор 4, индуктивность 5, сопротивление 6, состоящее из индуктив" ности 7 и резистора 8, конденсатор

9, ограничительный резистор l0, датчик 11 тока, сварочную головку 12, силовой ключ 13, блок 14 вычитания напряжений, блок !5 умножения, ключ

16, интегратор 17, зашунтированный вспомогательным ключом 18, пороговыи

55 элемент 19, блок 20 управления ключами, блок 21 управления тиристорами, дополнительный пороговый элемент 22, инвертор 23> дифференцирующая цепь

24, ждущий мульти вибратор 25.

Плюсовой зажим сварочного выпрямителя 1 подключен через индуктивность 5 к анодам коммутирующего ти ристора 3 и вспомогательного тирис-. тора 4, Катод коммутирующего тиристора 3 подключен к одному из выводов силового ключа 13 и резистора 9, другой вывод которого через индуктивность 7 соединен с плюсовым зажимом сварочного выпрямителя

1 и с другим выводом силового ключа 13.

Катод вспомогательного тиристора

4 подсоединен через конденсатор 9 к минусовому зажиму сварочного выпрямителя 1, одному из входов блока 14 вычитания напряжений и к плюсовому зажиму источника 2 питания. Иинусовой зажим этого источника 2 через ограничительный резистор 10 подклю" чен к катоду вспомогательного тирис" тора 4.

Датчик 11 тока подключен между катодом коммутирующего тиристора 3 и сварочной головкой 12, подсоединенной к другому входу блока 14 вычитания напряжений, Блок 14 вычитания напряжений, умножитель 15,, ключ 16, интегратор 17, пороговый элемент 19 и блок 21 управления тиристорами соединены между собой последователь" но, Причем один из выходов блока

21 управления тиристорами подключен к управляющему электроду и катоду коммутирующего тиристора 3, а дру: гой - к управляющему электроду и катоду вспомогательного тиристора 4, Пороговый элемент 22, инвертор 23, дифференцирующая цепь 24 и ждущий мультивибратор 25 соединены между собой последовательно, причем выход ждущего мультивибратора 25 подключен ко входу силового ключа 13, !

Выход порогового элемента 19 сое" динен с одним из входов блока 20 управления ключами, другой вход которого соединен со входами порогового элемента 22 и умножителя 15, подсоединенного другим входом к зажимам датчика 11 тока. А выходы блока 20 управления ключами подключены к управляющим входам ключа 16 и ключа 18 соответственно.

Сварочный выпрямитель 1 используется как источник сварочного тока.

988486

Источник 2 питания предназначен для перезаряда конденсатора 9, Коммутирующий тиристор 3 служит для отключения сварочного тока через перемычку металла, когда нако- 5 пленная в ней тепловая энергия достигнет критической пороговой величины, при превышении которой перемычка может разрушиться со взрывом.

Вспомогательный тиристор 4 предназначен для переключения сварочного тока, протекающего от сварочного вы" прямителя 1 по цепи (индуктивность

5, коммутирующий тиристор 3, датчик

11 тока, сварочная головка 12, свариваемая конструкция 26) в цепь заряда конденсатора 9 (индуктивность

5, вспомогательный тиристор 4, кон- денсатор 9), Индуктивность 5 служит для огра- 20 ничения скорости нарастания сварочного тока во время коротких замыканий и для поддержания устойчивого горения сварочной дуги, Сопротивление 6, состоящее из индуктивности 7 и резистора 8, предназначено для ограничения тока дежурной дуги, возбуждающейся при саморазрушении перемычки в интервале коммутации сваоочного тока. 39

Конденсатор 9 служит для накопления энергии за период коммутации сварочного тока, необходимой для запирания коммутирующего тиристора 3.

Датчик 11 тока предназначен для снятия напряжения, пропорционального току через перемычку, Силовой ключ

1 3 я вляет ся быстродействующим ключом и служит для периодического включения тока через перемычку в интервале коммутации до тех пор, пока она не разрушится.

Блок 14 вычитания напряжений служит для выделения напряжения на пе45 ремычке путем вычитания из напряжения на дуговом промежутке напряжения на вылете электрода, Блок 15 умножения предназначен для получения сигнала, пропорционального мощности, выделяемой на перемычке, Ключ 16 служит для подключения выхода блока 15 умножения ко входу ин тегратора 7 только на время интегрирования.

Вспомогательный ключ 18 предназначен для возвращения интегратора 17 в исходное состояние, Пороговый элемвнт 19 служит для сравнения сигнала, пропорционального тепловой энергии, накопленной в перемычке, с пороговым сигналом, соответствующим критическому значению тепловой энергии в перемычке.

Пороговый элемент 22 предназначен для сравнения сигнала, пропорционального напряжению на перемычке с пороговым сигналом, соответствующим критическому значению напряжения на перемычке, Перед началом сварочных работ свариваемая конструкция 26 должна быть подсоединена к минусовому зажиму сварочного выпрямителя

Устройство работает следующим о6разом.

При включении предлагаемого устройства коммутирующий тиристор 3 открыт сигналом с одного выхода блока

2l управления тиристорами, а вспомогательный тиристор 4 закрыт, Ключи

13 и 16 разомкнуты, а ключ 18 замкнут в исходном состоянии, Конденсатор 9 заряжен от источника 2 так, что на его обкладке, соединенной с катодом вспомогательного тиристора 4, имеется отрицательный потенциал (порядка 55 В), При включении подачи сварочной проволоки зажигается дуга.

Процесс дуговой сварки с короткими замыканиями сопровождается периодическими замыканиями дугового промежутка каплей электродного металла, расплавленного во время горения дуги, В момент времени t капля металла касается свариваемой конструкции 26, при этом образуется перемычка жидкого металла. Напряжение на дуговом промежутке О резко падает почти до нуля, а сварочный ток 1 начинает нарастать с, постоянной времени, определяемой электрическими параметрами сварочной цепи, т,е. ее индуктивным и активным сопротивлением. На последней стадии короткого замыкания перемычка сжимается под действием электромагнитных сил, растет ее сопротивление, соответственно увеличивается напряжение на перемычке И,, и накапливаемая в ней тепловая энергия, Причем ток короткого замыкания через перемычку протекает по основной цепи, т,е, от сварочного выпрямителя 1 через индуктивность 5, коммутирующий тиристор 3, датчик 1 I то86 10 сварочный выпрямитель 1, индуктивность 5, вспомогательный тиристор 4, конденсатор 9) и перезаряжает конденсатор 9 таким образом, что на его обкладке, соединенной с катодом вспомо" гательного тиристора 4, появляется положительный потенциал 70-90 В. Одновременно через перемычку протекает ток величиной 15-20 А по вспомогательной цепи (сварочный выпрямитель сопротивление 6, датчик 1.1 тока, сварочная головка 12 свариваемая конструкция 26), В этот же момент времени t импульс Ц с выхода порогового элемента 19 поступает на другой вход блока 20 управления ключами, который подает сигналы управления на ключи

16 и 18. При этом ключ 16 закрывается, ключ 18 открывается и возвращает интегратор 17 в исходное состояние.

Одновременно напряжение на перемычке 0П с выхода блока 14, поступает на вход порогового элемента 22. При превышении напряжением U пороговоП го напряжения 0 р на выходе порогового элемента 22 появляется импульсный сигнал 0, подаваемый на вход

I инвертора 23. С выхода инвертора 23 инвертированный импульс 0 дифференцируется цепью 24, поступает на вход ждущего мультивибратора 25 а: в момент времени й2 импульсом отрицательной полярности запускает его.

Импульс +< с выхода ждущего мульти вибратора 25 подается на вход силового ключа 13 и замыкает его. При этом через перемычку включается ток величиной 70-100 А (по цепи сварочный выпрямитель 1, ключ 13, датчик

11 тока, сварочная головка 12) ускоряющий ее разрушение.

9 9884 ка, сварбчную головку 12, свариваемую конструкцию 26 и по вспомогательной цепи, т,е. от сварочного выпрямителя 1 через сопротивление 6, датчик 11 тока и сварочную голов- 3 .. ку 12.

Напряжение на дуговом промежутке

U* поступает на вход блока 1 4 вычитания напряжений, которое выделяет напряжение на перемычке U< путем вы" читания из напряжения на дуговом промежутке UA напряжения на вылете электрода 0 . Полученное напряжение на перемычке 0 q поступает на один из sx0 дов блока 15 умножения, а на другой его вход поступает напряжение с зажимов.датчика 11 тока, пропорциональное току перемычки 1и, На выходе блока 15 умножения появляется сигнал, пропорциональный мощности, выделя- 20 емой в перемычке, l

Одновременно напряжение на пере" мычке U> поступает на один из входов блока. 20 управления ключами, который содержит .пороговый элемент (не показан), На последней стадии короткого замыкания напряжение на перемычке

U> Hà÷èHàåò возрастать и при достижении порогового значения 0пор в момент времени блок 20 управления ключами подает сигналы управления на входы ключей 16 и 18 соответственно.

При этом ключ 16 открывается, а ключ

18 закрывается.

Сигнал, пропорциональный мощности, 3S выделяемой в перемычке, с выхода блока 15 .умножения через открытый ключ

16 поступает на вход интегратора 17, На выходе интегратора 17 появляется

40 линеино нарастающий сигнал U пропорциональный выделяемой s перемычке тепловой энергии, и поступает на вход порогового элемента 19. В момент времени и накопленная в перемычке тепловая энергия достигает критической величины, а сигнал 0„> на входе порогового элемента 19 достигает величины порогового напряжения 0п .При этом на выходе порогового элемента 19 появляется импульс Ц, поступающий на вход блока 21 управления тиристорами.

Импульс 0,,с одного выхода блока 21 подается йа управляющий электрод и катод вспомогательного тиристора 4 и открывает его, а коммутирующий тирис- 33 тор 3 закрывается, С момента закрывания тиристора 3 ток коммутируется в цепь (последовательно соединенные

В момент времени t напряжение на перемычке 0>,, поступающее на вход порогового элемента 22, достигает величины порогового напряжения U

При этом на выходе порогового элемента, 22 появляется импульсный сигнал U, который инвертируется, дифференцируется, поступает на вход ждущего мультивибратора 25 и срывает его генерацию, т.е, напряжение на его выходе 0 становится равным нулю. Этот сигнал Ц .поступает на вход силового ключа 13, который размыкается. Быстродействие ключа 13 позволяет осуществить переход из замкну11 9884 того состояния в разомкнутое и наоборот за время 1-2 мкс, поэтому стимулирует разрушение перемычки без накопления в ней энергии. Если перемычка не идет в сторону разрушения, а возвращается в исходное состояние, то напряжение на перемычке Uп стает меньше порогового напряжения U 0 в интервале времени tg-tge Пороговйи элемерт 22 подает сигйал 0 через iÎ инвертор 23 и дифференцирующую цепь

24 на ждущий мультивибратор 25, который подает управляющий импульс

U íà ключ 13 и замыкает его. По цепи (сварочный выпрямитель 1, ключ !3

13, датчик ll тока, сварочная голов-. ка 12) протекает ток величиной 70100 А через перемычку и стимулирует ее разрушение, Напряжение на перемычке U âíîâü начинает возрастать и 20 при достижении порогового напряжения 0> силовой ключ 13 вновь разяыкается в момент времени t4 и так до тех пор, пока перемычка не начнет разразрушаться в момент времени .t, 2s

При этом напряжение на перемычке

U возрастает и становится больше порогового напряжения U<, ключ 13 йоРг. . размыкается. Перемычка разрушается без взрыва, 8 момент времени t> воз- Зо буждается вспомогательная дуга, ток протекает по вспомогательной цепи (сварочный выпрямитель 1> сопротивление 6, датчик 11 тока, сварочная головка 12), По окончании интервала

3$ коммутации тока в момент времени t открывается коммутирующий тиристор сигналом с выхода блока 21 управления тиристорами. Ток из цепи (сварочный выпрямитель 1, индуктивность

5, вспомогательный тиристор 4, конденсатор 9) коммутируется в основную цепь (сварочный выпрямитель 1, индуктивность 5, коммутирующий тиристор 5, датчик 11 тока, сварочная головка 12), Одновременно вспомогатель" ный тиристор 4 закрывается, Зажигается основная дуга в момент времени

t> вновь образуется, капля расплавлен- ного металла и цикл сварки повторя" ется, как:описано.

Экспериментально установлено, что при использовании устройства - про тотипа, выбранного в качестве базового объекта, только 70-803 перемычек разрушаются без взрыва, при этом уровня разбрызгивания 2,5-23 можно достичь только"при стабильном процессе, например вибродуговом, 86

Устройство для. дуговой сварки с крроткими замыканиями позволяет в каждом цикле сварки производить разрушение всех перемычек без взрыва в интервале коммутации и добиться снижения разбрызгивания электродного металла до 1,5-13 при полуавтоматической и автоматической сварке без вибрации электродов по сравнению с базовым объектом"прототипом.

Таким образом, предлагаемое устройство является более универсальным, так как может применяться при полуавтоматической и автоматической сварке с вибрацией электродов и без вибрации электродов, Снижение разбрызгивания электродного металла приводит к улучшению качества сварных соединений и уменьшению трудоемкости по зачистке сварных соединений от брызг электродного металла, а также позволяет экономить сварочную проволоку и электроэнергию. формула изобретения

Устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового, промежутка,,содержащее сварочный выпрямитель, один из зажимов которого через индуктивность подсоединен к анодам коммутирующего и вспомогательного тиристоров, причем катод коммутирующего тиристора подключен через сопротивление к этому же зажиму сварочного выпрямителя, а катод вспомогательного тиристора - через конденсатор к другому зажиму сварочного выпрямителя, параллельно конденсатору подключен источник питания, выход порогового элемента соединен с входом блока управления тиристорами, выходы последнего соединены с катодами и управляющими электродами тиристоров, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет снижения разбрызгивания электродного металла, в него введены силовой ключ, датчик тока, последовательно соединенные дополнительный пороговый элеменТ, инвертор, дифференцирующая цепь, ждущий мультивибратор и последовательно соединенные блок вычитания напряжений, умножитель, ключ, интегратор, а также лок управления ключами и вспомогательный ключ, при этом параллельно интегратору подключен вспомо13 988486 14 гательный ключ, выход интегратора лового ключа соединен с выходом жду" соединен с входом порогового элемен- щего мультивибратора, другой вход та, выход последнего подключен к од- блока вычитания напряжения соединен ному из входов блока управления клю- с другим зажимом сварочного выпрямичами, другой вход последнего соеди- s теля, а выходы блока управления клю. нен с входами дополнительного порого- чами соединены соответственно с ynsoro элемента и одним входом умножи- равляЮщими входами ключа и вспомотеля, другой вход умножителя подсое- гательного ключа. динен к зажимам датчика тока, при этом датчик тока включен между входом >в Источники информации, блока вычитания напряжения и като- принятые во внимание при экспертизе дом коммутирующего тиристора, ко- 1. Авторское свидетельство СССР торый соединен с одним из выводов си- М 551134, кл. В 23 К 9/00, 1971, лового ключа, другой вывод послед- 2, Авторское свидетельство СССР него соединен с одним из зажимов сва- >> М 484055, кл. В 23 К 9/00, 1975 рочного выпрямителя, причем вход си- (прототип).

988486

Pie.2

Составитель Г. Чайковский

Редактор Р,Гулька Техред К.Мыцьо Корректор А.Дзятко аказ лиал ПП Патент, г. жгород, ул. Проектная, 4tgg

Уд ираж 11р4 одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5