ЭЛЕКТРОСВАРОЧНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1998 года по МПК B23K9/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электросварочной технике, и может быть использовано для первоначального возбуждения дуги и стабилизации ее горения при дуговой сварке металлов.

Известны электросварочные аппараты (трансформаторы), содержащие магнитопровод, первичную и вторичную обмотки (Справочник электросварщика ручной сварки. /Под ред. О.И. Титова. Новосибирское книжное издательство, 1989).

Для возбуждения дуги и поддержания ее горения необходимы
значительная мощность источника тока и большой расход электроэнергии;
устройство источника тока, обеспечивающее так называемую "падающую" вольт-амперную характеристику (ВАХ), например, наличие магнитопровода с повышенным магнитным рассеянием или дросселя;
принятие мер по стабилизации дуги при колебаниях питающего напряжения и переходе его амплитуды с одного полупериода через ноль на другой, а также обеспечения необходимого времени (не более 50 мкс) восстановления напряжения зажигания после замыкания цепи электрод-деталь каплями расплава (Справочник сварщика. /Под редакцией В.В. Степанова - М.: Машиностроение, 1983)
Известны также электросварочные аппараты с устройствами, разработанными институтом сварки Патона, например, типа 13РП-80, которые предназначены для первоначального возбуждения дуги.

Принцип работы его основан на периодическом заряде и разряде конденсатора через первичную обмотку повышающего трансформатора и тиристорный коммутирующий элемент, в результате чего формируется высоковольтный импульс напряжения, пробивающий дуговой промежуток и взывающий возбуждение дуги.

Такое устройство поджига дуги конструктивно сложно, дорого, имеет массу более 10 кг, требует включающее реле или контактор, а более мощные, например 13РП-500-005, требуют водяное охлаждение и не могут обеспечить стабильной работы при колебаниях напряжения в сети. К тому же, поскольку амплитуда поджигающего импульса достигает 400 - 8000 В, необходимо принятие повышенных мер безопасности.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому устройству может быть принят маломощный электросварочный аппарат, содержащий торроидальный магнитопровод, первичную и вторичную обмотки, а также коммутирующее устройство, реализующее принцип формирования "падающей" ВАХ способом управления углом отсечки синусоидального напряжения (Баранов В. Маломощный электросварочный аппарат, Радио, N 7, 1996).

По принципу действия он относится к регулируемым выпрямителям и позволяет решить проблему снижения массы аппарата, но по стоимости и сложности требуемой элементной базы он равнозначен вышеупомянутым аппаратам института сварки Патона с устройствами пожига дуги.

Задачей изобретения является дальнейшее снижение требуемой мощности, веса и металлоемкости аппарата, повышение экономичности его работы, а также упрощение конструкции и его себестоимости.

Поставленная задача решается применением простейших маломощных источников ионизации дугового промежутка электрод-деталь при пониженных значениях напряжения и мощности источника тока.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство первоначального возбуждения дуги выполнено в виде пьезоэлектрического генератора для систем трехфазного и постоянного токов или электростатической машины для источника однофазного переменного тока.

Проведенный патентный поиск показал отсутствие электросварочных аппаратов с предлагаемой совокупностью признаков.

Таким образом, в данном случае известные элементы объединены новыми связями, придают электросварочным аппаратам новые свойства, проявившиеся в положительных эффектах, вследствие чего решение может быть признано имеющим изобретательский уровень.

На чертеже показаны возможные схемы подключения сварочного электрода к вторичной обмотке трансформатора (источнику тока) и устройству поджига дуги в виде пьезоэлектрического генератора (а, б) или электрической машины (в, г) с условными обозначениями: 1 - сварочный электрод; 2 - источник тока; 3а - пьезоэлектрический генератор; 3б - электростатическая машина; 4 - запирающий диод; 5 - свариваемая деталь.

Как хорошо известно, для возбуждения дуги необходимо создать между сварочным электродом 1 и деталью 5 разность потенциалов не менее 50 - 80 В, а для расплавления электрода 1 и металла детали 5, т.е. осуществления процесса сварки (поддержания дуги) - всего 18 - 25 В при наличии "падающей" ВАХ, т.е. в 2 - 3 раза меньше.

В предлагаемом аппарате необходимая крутизна ВАХ обеспечивается источником ионизации промежутка электрод 1 - деталь 5, в качестве которого могут быть использованы пьезоэлектрический генератор для систем постоянного и трехфазного токов или простейшая электростатическая машина при наличии источника однофазного тока.

Сварочный электрод подключается одновременно к источнику тока 2 и пьезоэлектрическому генератору 3а.

Для исключения взаимного влияния из-за попадания повышенного потенциала на низковольтный источник 2 тока и держак электрода 1, а также возможного шунтирования тока через источник 3а ионизации, они включаются параллельно и встречно через запирающие диоды 4, которые по возможности должны располагаться между держаком и электродом 4.

Поскольку в аппарате переменного тока дуга должна возникать при каждом полупериоде питающего тока, начального воздействия пьезоэлектрического генератора 3а может оказаться недостаточно, поэтому для большей устойчивости (стабилизации) горения дуги вместо пьезоэлектрического генератора 3а может быть применена электростатическая машина 3б (чертеж, в, г).

Мизерная мощность и высокоомное внутреннее сопротивление пьезоэлектрического генератора 3а и электростатической машины 3б исключают тепловой пробой запирающих диодов 4, что делает работу электросварочного аппарата безопасной и надежной при требуемой мощности источника тока в 2-3 раза меньшей, т.е. рассчитываемой из условий поддержания, а не возбуждения дуги.

Изобретение относится к электросварочной технике. Сварочный электрод подключен к источнику тока одновременно с пьезоэлектрическим генератором или электростатической машиной через диодную развязку. Использование в качестве устройства первоначального поджига дуги пьезоэлектрического генератора для систем трехфазного и постоянного токов или электростатической машины для однофазного тока обеспечивает стабилизацию горения дуги и высокое качество электросварки за счет надежной ионизации промежутка электрод-деталь при пониженных значениях напряжения и мощности источника тока. 1 ил.

Электросварочный аппарат, содержащий источник тока и устройство первоначального возбуждения дуги, отличающийся тем, что последнее выполнено в виде пьезоэлектрического генератора или электростатической машины, подключенных к электросварочному электроду через запирающую диодную развязку.