УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ Российский патент 2002 года по МПК B23K9/09 

Изобретение относится к электродуговой сварке, а именно к устройствам для дуговой сварки импульсами тока с управлением параметров сварки, и может найти применение для производства электросварочных работ в различных областях техники и отраслях народного хозяйства.

Известно устройство для сварки (А.С. 682336. Устройство для сварки. БИ 32, 1979г., 6 МПК В 23 К 9/10), содержащее источник постоянного тока, силовой тиристор, коммутирующий и зарядный контуры, в котором в зарядный контур введен блокирующий диод.

Недостатком устройства является влияние зарядного контура на устойчивость горения дуги, т.к. зарядный контур подключен параллельно источнику питания и дуге. Кроме того, подключение зарядного контура параллельно дуге не позволяет использовать токи зарядного контура для управления процессом сварки.

Известно устройство для сварки (А.С. 1779506. Сварочное устройство. БИ 45, 1992г. , 6 МПК В 23 К 9/09), содержащее источник постоянного тока, к положительному полюсу которого подсоединены обкладка фильтрующего конденсатора, включенные последовательно коммутирующий дроссель и силовой тиристор, зашунтированные резистором, а также дроссель и первый диод, включенные в сварочную цепь, причем параллельно коммутирующему дросселю включены последовательно соединенные вспомогательные тиристор и коммутирующий конденсатор, соединенные параллельно с цепью из зарядного дросселя и второго диода и последовательно - с тем же зарядным дросселем, третьим диодом и зарядными тиристорами, а также четвертый диод, анод которого подключен к катоду третьего диода, второй обкладке фильтрующего конденсатора и аноду зарядного тиристора, а катод - к катоду силового тиристора. Благодаря наличию четвертого диода в режиме горения дуги зарядный ток протекает через дуговой промежуток, повышая устойчивость горения дуги.

Недостатком устройства является непрерывность процесса перезаряда коммутирующего конденсатора через вспомогательный тиристор и коммутирующий дроссель и следующий за ним процесс заряда через дуговой промежуток, что не позволяет управлять током заряда процессом дуговой сварки, хотя зарядный ток и протекает через дуговой промежуток.

Известно устройство для сварки (А.С. 1738525. Устройство для сварки. БИ 21, 1992г., 6 МПК В 23 К 9/09, 9/00), содержащее источник постоянного тока, к положительному выводу которого подсоединены включенные последовательно коммутирующий дроссель, силовой тиристор, зашунтированные резистором, и сварочный дроссель. Параллельно коммутирующему дросселю включены последовательно соединенные вспомогательный тиристор и коммутирующий конденсатор, соединенный параллельно с цепью из зарядного дросселя и первого диода (являющегося перезарядным). Анод первого диода соединен с отрицательным выводом источника и анодом второго диода через зарядный тиристор. К положительному выводу источника подключен фильтрующий конденсатор, соединенный с катодом второго диода непосредственно, а с катодом силового тиристора - через третий диод. Регулируя момент включения зарядного тиристора в зависимости от напряжения на коммутирующем конденсаторе, можно автоматически регулировать поступление энергии от источника постоянного тока. Это позволяет повысить устойчивость горения дуги, так как заряд фильтрующего конденсатора осуществляется через сварочную дугу.

Недостатком устройства является то, что процесс перезаряда коммутирующего конденсатора невозможно использовать для управления процессом сварки, так как процесс перезаряда начинается практически сразу же после выключения силового тиристора.

Из вышеприведенных аналогов самым близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство для сварки по А.С. 1738525. Он и взят нами в качестве прототипа.

Поставлена задача - использовать ток заряда коммутирующего конденсатора для управления процессом сварки, в частности переносом электродного металла, и тем самым расширить функциональные возможности устройства, повысить надежность его работы и качество сварного соединения.

Поставленная задача решена следующим образом. В устройстве для сварки, содержащем источник постоянного тока, к положительному выводу которого подсоединены последовательно включенные коммутирующий дроссель, силовой тиристор, зашунтированные резистором, и сварочный дроссель, а общая точка соединения силового тиристора и сварочного дросселя подсоединена к минусу источника через цепь, состоящую из двух последовательно соединенных диодов, включенных в обратном направлении. К общей точке диодов, включенных в обратном направлении, подключена обкладка фильтрующего конденсатора, а другая - к положительному выводу источника. Параллельно коммутирующему дросселю включены последовательно соединенные вспомогательный тиристор и коммутирующий конденсатор. Последний соединен параллельно с цепью из зарядного дросселя, который выполнен секционированным, первого зарядного тиристора и перезарядного диода и последовательно - с теми же зарядным дросселем, первым зарядным тиристором и дополнительным диодом, катод которого подключен к отрицательному выводу источника. К одному из выводов секционированного зарядного дросселя подключен анод второго зарядного тиристора, а катод его соединен с катодом силового тиристора. Первый зарядный тиристор работает в режиме холостого хода, а второй зарядный тиристор - в режиме горения дуги. Включая второй зарядный тиристор в нужный момент времени, можно зарядным током коммутирующего конденсатора управлять процессом сварки (переносом электродного металла).

Далее сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - принципиальная электрическая схема устройства для сварки,
на фиг.2 - графики тока и напряжения.

Устройство состоит из источника 1 постоянного тока, к положительному выводу которого включены последовательно установленные коммутирующий дроссель 2, силовой тиристор 3, зашунтированные резистором 4, и сварочный дроссель 5, а общая точка соединения силового тиристора 3 и сварочного дросселя 5 подключена к отрицательному выводу источника 1 через цепочку из последовательно соединенных диодов 6 и 7, включенных в обратном направлении. К общей точке соединения диодов 6 и 7 подключена обкладка фильтрующего конденсатора 8, а другая обкладка - к положительному выводу источника 1. Параллельно коммутирующему дросселю 2 включены последовательно соединенные вспомогательный тиристор 9 и коммутирующий конденсатор 10. Последний соединен параллельно с цепью из зарядного дросселя 11, выполненного секционированным, зарядного тиристора 12 и перезарядного диода 13, и последовательно - с цепью из зарядного дросселя 11, первого зарядного тиристора 12 и блокирующего диода 14, катод которого подключен к отрицательному выводу источника 1. К одному из выводов секционированного зарядного дросселя 11 подключен анод дополнительного зарядного тиристора 15, а катод его соединен с катодом силового тиристора 3.

Устройство работает следующим образом.

В режиме холостого хода происходит предварительный заряд коммутирующего конденсатора 10 до напряжения, обеспечивающего надежное отключение силового тиристора 3 при максимальном токе дугового промежутка. Заряд коммутирующего конденсатора происходит через зарядный тиристор 12, при открытии которого протекает зарядный ток по цепи: плюс источник питания 1 - коммутирующий конденсатор 10 - зарядный дроссель 11 - зарядный тиристор 12 - диод 14 - минус источник питания 1. В конце процесса заряда напряжение на конденсаторе 10 имеет положительный потенциал на верхней обкладке.

Следующим включается вспомогательный тиристор 9. При этом коммутирующий конденсатор 10 резонансно перезарядится через коммутирующий дроссель 2 так, что в конце перезаряда на подключенной к положительному выводу источника обкладке конденсатора 10 будет отрицательный потенциал.

При следующем включении зарядного тиристора 12 начинается перезаряд коммутирующего конденсатора 10 по цепям: коммутирующий конденсатор 10 - зарядный дроссель 11 - зарядный тиристор 12 - диод 13 - коммутирующий конденсатор 10 и плюс источник питания 1 - коммутирующий конденсатор 10 - зарядный дроссель 11 - зарядный тиристор 12 - диод 14 - минус источник питания 1, в конце которого плюс будет на обкладке коммутирующего конденсатора 10, подключенной к положительному выводу источника. За несколько таких циклов напряжение повысится и достигнет заданного. Регулируя момент включения зарядного тиристора 12 в зависимости от напряжения на коммутирующем конденсаторе 10, можно автоматически регулировать поступление энергии от источника постоянного тока и ограничивать рост напряжения на коммутирующем конденсаторе 10, поддерживая его на заданном уровне в режиме холостого хода.

В режиме горения дежурной дуги тиристоры 3, 9 и 12 закрыты, конденсатор 10 предварительно заряжен с положительной полярностью на верхней обкладке. Через резистор 4, сварочный дроссель 5 и дуговой промежуток протекает ток паузы. Конденсатор фильтра 8, включенный параллельно резистору 4 через диод 6, заряжен до напряжения, равного падению напряжения на резисторе 4. При включении силового тиристора 3 ток импульса протекает по цепи: плюс источник питания 1 - коммутирующий дроссель 2 - силовой тиристор 3 -сварочный дроссель 5 - дуговой промежуток - минус источник питания 1. В момент открытия силового тиристора 3 предварительно заряженный конденсатор фильтра 8 разряжается через коммутирующий дроссель 2, силовой тиристор 3, сварочный дроссель 5, дуговой промежуток, диод 7. При этом через дуговой промежуток протекает кратковременный импульс тока, стабилизирующий ее горение.

При включении вспомогательного тиристора 9 коммутирующий конденсатор 10 резонансно перезарядится через коммутирующий дроссель 2 так, что к конце перезаряда на верхней обкладке образуется отрицательный потенциал, а на нижней - положительный. К силовому тиристору 3 при этом приложено обратное напряжение, что приводит к его выключению. Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы амплитуда тока в коммутирующем контуре: коммутирующий конденсатор 10 - коммутирующий дроссель 2 - вспомогательный тиристор 9 превышала максимальный ток импульса через силовой тиристор 3. Во время отключения силового тиристора 3 протекает кратковременный импульс обратного тока, ускоряющий процесс восстановления его запирающей способности. Ток протекает по цепи: коммутирующий конденсатор 10 - конденсатор фильтра 8 - диод 6 - силовой тиристор 3 - вспомогательный тиристор 9 - коммутирующий конденсатор 10. В этот момент сварочный ток вытесняется из силового тиристора 3 в резистор 4 и начинает заряд конденсатора фильтра 8, который был разряжен ранее по цепи: плюс источник питания 1 - конденсатор фильтра 8 - диод 6 - сварочный дроссель 5 - дуговой промежуток - минус источник питания 1. Таким образом через дугу протекает стабильный импульс тока заряда конденсатора фильтра 8 до напряжения, равного падению напряжения на резисторе 4.

В режиме горения дуги процесс перезаряда коммутирующего конденсатора 10 от источника питания 1 задерживается и совмещается с технологически необходимым импульсом тока через дуговой промежуток. При этом перезаряд осуществляется через дополнительный зарядный тиристор 15. Перезаряд осуществляется по цепи: плюс источник питания 1 - коммутирующий конденсатор 10 - секция зарядного дросселя 11 - дополнительный зарядный тиристор 15 - сварочный дроссель 5 - дуговой промежуток - минус источник питания 1. Момент включения тиристора 15 определяется схемой управления из технологических условий.

Амплитуда импульса зарядного тока, протекающего через дуговой промежуток, изменяется установочно изменением точки подключения зарядного тиристора 12 к зарядному дросселю 11, таким образом совмещая процесс заряда коммутирующего конденсатора 10 с моментом подачи импульса сварочного тока по технологическим соображениям.

На фиг. 2 показаны эпюры тока и напряжения дугового промежутка с использованием предлагаемого устройства при реализации процесса автоматической сварки в СО₂ плавящимся электродом с управлением механизмом коротких замыканий.

В момент времени t₁ сварочный ток резко снижают, включая силовой тиристор 3 (включением вспомогательного тиристора 9). На интервале t₁-t₃ ток, протекающий через дуговой промежуток, определяется резистором 4. Вследствие снижения проходит гарантированное короткое замыкание (в момент времени t₂), затем через отрезок времени t₂-t₃, необходимый для обеспечения начала необратимого процесса слияния ванны и капли, включается дополнительный зарядный тиристор 15. На интервале времени t₃-t₄ через дуговой промежуток протекает импульс зарядного тока, который за счет электродинамических сил резко ускоряет переход капли в сварочную ванну. Импульс зарядного тока заканчивается до окончания короткого замыкания, и на интервале t₄-t₅ ток дугового промежутка определяется резистором 4 (разрыв перемычки происходит при небольшом токе паузы). После окончания короткого замыкания (разрыв перемычки) включается силовой тиристор 3 (момент времени t₅), начинает протекать сварочный ток, и далее процесс повторяется.

Предложенное устройство для сварки по сравнению с известными аналогичными конструкциями позволяет:
- значительно расширить функциональные возможности устройства для сварки,
- повысить надежность работы устройства и качество полученного сварного соединения.

Изобретение относится к устройствам для электродуговой сварки и может найти применение для электросварочных работ в различных отраслях техники и народного хозяйства. К положительному выводу источника постоянного тока подсоединены последовательно включенные коммутирующий дроссель и силовой тиристор, зашунтированные резистором, и сварочный дроссель, зарядный дроссель, первый зарядный тиристор и перезарядный диод. Общая точка соединения силового тиристора и сварочного дросселя подсоединена к минусу источника через цепочку, состоящую из двух последовательно соединенных диодов, включенных в обратном направлении. К общей точке этих диодов подключена обкладка фильтрующего конденсатора, другая обкладка которого подключена к положительному выводу источника. Параллельно коммутирующему дросселю включены последовательно соединенные вспомогательный тиристор и коммутирующий конденсатор. Зарядный дроссель выполнен секционированным. К одному из выводов секционированного зарядного дросселя подключен анод дополнительного зарядного тиристора. Катод его соединен с катодом силового тиристора. Коммутирующий конденсатор соединен параллельно с цепью, состоящей из зарядного дросселя, первого зарядного тиристора и перезарядного диода. Последовательно он соединен с цепью, состоящей из зарядного дросселя, первого зарядного тиристора и блокирующего диода. Катод блокирующего диода подключен к отрицательному выводу источника. Такое выполнение позволяет использовать ток заряда коммутирующего конденсатора для управления процессом сварки. 2 ил.

Устройство для электродуговой сварки, содержащее источник постоянного тока, к положительному выводу которого подсоединены последовательно включенные коммутирующий дроссель и силовой тиристор, зашунтированные резистором, и сварочный дроссель, зарядный дроссель, первый зарядный тиристор и перезарядный диод, общая точка соединения силового тиристора и сварочного дросселя подсоединена к минусу источника через цепочку, состоящую из двух последовательно соединенных диодов, включенных в обратном направлении, к общей точке которых подключена обкладка фильтрующего конденсатора, другая обкладка которого подключена к положительному выводу источника, параллельно коммутирующему дросселю включены последовательно соединенные вспомогательный тиристор и коммутирующий конденсатор, отличающееся тем, что устройство имеет блокирующий диод и дополнительный зарядный тиристор, а зарядный дроссель выполнен секционированным, при этом к одному из выводов секционированного зарядного дросселя подключен анод дополнительного зарядного тиристора, а катод его соединен с катодом силового тиристора, коммутирующий конденсатор соединен параллельно с цепью, состоящей из зарядного дросселя, первого зарядного тиристора и перезарядного диода, и последовательно с цепью, состоящей из зарядного дросселя, первого зарядного тиристора и блокирующего диода, катод которого подключен к отрицательному выводу источника.