УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СВАРОЧНОЙ ДУГИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК B23K9/06 

Изобретения относятся к области сварки, в частности к устройствам для возбуждения сварочной дуги, и могут найти применение для сварки окисленного и ржавого металла, нержавеющей стали, алюминия и других цветных металлов как на переменном, так и на постоянном токе.

Известно устройство для возбуждения сварочной дуги, содержащее первую и вторую клеммы дугового промежутка, одна из которых подключена к электрододержателю, клеммы источника питания сварочной дуги, блок формирования импульсов возбуждения, RC-цепочку, подключенные параллельно клеммам источника питания сварочной дуги, блокировочный конденсатор, ключ и понижающий трансформатор (см. RU 2155120 C1, В23К 9/067, 2000.08.27).

В известном устройстве использовано короткое замыкание источника сварочной дуги переменного тока и получение в эквивалентном индуктивном выходном сопротивлении нарастание тока до уровня, достаточного для поддержания дуги. Однако данное устройство не предназначено для сварки на постоянном токе, т.к. импульсы возбуждения имеют прямую и обратную полярность, ограничен диапазон сварочных токов, питание устройства напряжением вторичной обмотки понижающего трансформатора при токе выше 300 А затруднительно из-за малой индуктивности вторичной обмотки, кроме того, нет возможности использовать отдельный источник питания, т.к. нарушается синхронизация поджига дуги. Возбуждение сварочной дуги и ее стабилизация в сварочных аппаратах постоянного (САПоТ) и переменного тока (САПеТ) имеют существенные различия. В САПеТ дуга гаснет каждый полупериод, и ее необходимо вновь возбуждать каждый полупериод, что определяет ее стабильность особенно на малых токах. В САПеТ питание устройства от Uxx при возникновении дуги резко меняется, и возбуждение пропадает, т.е. стабилизация во время сварки отсутствует. В САПоТ после возбуждения дуги импульсы необходимы для надежного технологического процесса удаления оксидной пленки при сварке различных цветных металлов в среде инертных газов, а при сварке алюминия, магния, бериллия и их сплавов качество сварных швов можно получить только при использовании импульсной сварки на обратной полярности.

Задачей создания данных изобретений является создание устройства, способного обеспечить надежное возбуждение и стабилизацию дуги во время процесса сварки без короткого замыкания электрода на деталь, стабилизировать дугу постоянного и переменного тока от десятых долей ампера и до необходимых для сварки величин, питаться как от Uxx трансформатора источника сварочной дуги, так и от автономного источника питания, имеющего малые габариты, безопасного в работе, способного обеспечить сварку как на переменном, так и на постоянном токе с высоким качеством цветных металлов, таких как алюминий, магний, бериллий и их сплавы, а также разнородных металлов между собой.

Для этого согласно первому варианту устройство для возбуждения сварочной дуги, содержащее первую и вторую клеммы дугового промежутка, одна из которых подключена к электрододержателю, клеммы источника питания сварочной дуги, блок формирования импульсов возбуждения, RC-цепочку и подключенный параллельно клеммам источника питания сварочной дуги блокировочный конденсатор, также имеет понижающий трансформатор для питания блока формирования импульсов возбуждения, диод, импульсный трансформатор с одновитковыми первичной и вторичной обмотками и кнопку запуска, при этом кнопка запуска размещена на корпусе электрододержателя, диод анодом соединен с выходом RC-цепочки и катодом подключен к первому входу блока формирования импульсов возбуждения, RC-цепочка соединена через кнопку запуска с вторичной обмоткой понижающего трансформатора, выход блока формирования импульсов возбуждения связан с выходом первичной обмотки импульсного трансформатора, вход которой соединен с выходом RC-цепочки и вторым входом блока формирования импульсов возбуждения, выход вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с клеммой электрододержателя, а вход - с клеммой источника питания сварочной дуги.

Согласно второму варианту устройство для возбуждения сварочной дуги, содержащее первую и вторую клеммы дугового промежутка, одна из которых подключена к электрододержателю, клеммы источника питания сварочной дуги, блок формирования импульсов возбуждения, RC-цепочки, подключенные параллельно клеммам источника питания сварочной дуги блокировочный конденсатор и ключ, также имеет понижающий трансформатор для питания блока формирования импульсов возбуждения на постоянном токе, диодный мост, импульсный трансформатор с одновитковыми первичной и вторичной обмотками и кнопку запуска, при этом кнопка запуска размещена на корпусе электрододержателя, ключ выполнен с возможностью переключения устройства для работы на постоянном или переменном токе, причем при работе на переменном токе к клеммам источника питания сварочной дуги посредством ключа подключена первая RC-цепочка, параллельно которой через кнопку запуска подключен блок формирования импульсов возбуждения, один выход которого соединен с выходом первичной обмотки импульсного трансформатора, вход которой соединен со вторым выходом блока формирования импульсов возбуждения и выходом ключа, а при работе на постоянном токе вторичная обмотка понижающего трансформатора соединена параллельно со второй RC-цепочкой и входами диодного моста, положительный выход которого соединен через ключ и кнопку запуска с одним из входов блока формирования импульсов возбуждения, а отрицательный его выход - через ключ с другим входом блока формирования импульсов возбуждения, выход которого соединен с выходом первичной обмотки импульсного трансформатора, вход которой соединен со вторым входом блока формирования импульсов возбуждения, выход вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с клеммой электрододержателя, а его вход - с источником питания сварочной дуги.

На фиг.1 представлена схема устройства для возбуждения сварочной дуги по первому варианту, на фиг.2 - по второму варианту, на фиг.3 - график импульсов возбуждения, получаемых в устройстве по первому варианту исполнения при работе на постоянном токе, на фиг.4 - график импульсов возбуждения, подаваемых на дуговой промежуток устройства по первому варианту на переменном токе, на фиг.5 - график импульсов возбуждения, подаваемых на блок формирования импульсов в устройстве по первому варианту и работе на постоянном токе, на фиг.6 - график импульсов возбуждения, подаваемых на дуговой промежуток устройства по второму варианту на переменном токе.

Устройство для возбуждения сварочной дуги, выполненное по первому варианту, содержит понижающий трансформатор 1 для работы на постоянном и переменном токе, кнопку запуска 3, RC-цепочку 4, диод 5, блокировочный конденсатор 6, импульсный трансформатор 7, блок формирования импульса возбуждения сварочной дуги (БФИВ) 8, электрододержатель 9. Кнопка 3 установлена на корпусе электрододержателя 9. Импульсный трансформатор 7 выполнен с одновитковыми первичной и вторичной обмотками. Параллельно RC-цепочке 4 подключен блок БФИВ 8, между RC-цепочкой и входом блока БФИВ 8 подключен диод 5, анодом - к выходу 13 RC-цепочки и катодом - к входу блока 8. Выход блока 8 связан с выходом первичной обмотки импульсного трансформатора 7, вход которой соединен с выходом 12 RC-цепочки. Выход вторичной обмотки импульсного трансформатора 7 соединен с клеммой электрододержателя, вход вторичной обмотки импульсного трансформатора 7 - с клеммой 10 источника сварочного тока. При работе на постоянном токе первичная обмотка трансформатора 1 подсоединена в сеть 220 В, а вторичная через кнопку 3 - к выходу 12 RC цепочки.

Переменное напряжение от понижающего трансформатора подается на выход 13 RC-цепочки 4 и через диод 5 поступает на один вход блока 8, а через кнопку запуска 3 на выход 13 RC-цепочки 4 и другой вход блока 8. При прохождении через диод 5 получаются импульсы напряжения положительной полярности (см. фиг.4), которые питают блок БФИВ 8. С выхода блока 8 высоковольтные импульсы подают на первичную обмотку импульсного трансформатора 7, во вторичной обмотке которого наводятся импульсы заданных параметров и накладываются на ток от источника сварочной дуги. Конденсатор 6 предназначен для блокировки попадания наведенных импульсов во вторичной обмотке трансформатора 7 в цепь источника сварочной дуги. Для возбуждения сварочной дуги необходимо приблизить электрододержатель 9 к свариваемой детали. На заданном малом расстоянии от поверхности детали при нажатии кнопки 3, расположенной на электрододержателе 9, полученные с выхода вторичной обмотки импульсного трансформатора 7 импульсы пробивают промежуток между электродом и деталью и возбуждают сварочную дугу (см. фиг.4). Частота повторения импульсов 50 Гц.

При подаче от источника сварочной дуги постоянного тока с вторичной обмотки понижающего трансформатора 1 напряжение подают на RC-цепочку 4. При нажатии кнопки 3 напряжение подается на блок БФИВ 8 через диод 5. При прохождении через диод 5 получают импульсы напряжения положительной полярности (см. фиг.3), которые питают блок 8. С выхода блока 8 высоковольтные импульсы подают на первичную обмотку импульсного трансформатора 7, во вторичной обмотке которого наводятся импульсы заданных параметров и накладываются на ток от источника сварочной дуги. Конденсатор 6 предназначен для блокировки попадания наведенных импульсов во вторичной обмотке трансформатора 7 в цепь источника сварочной дуги. Для возбуждения сварочной дуги необходимо приблизить электрододержатель 9 к свариваемой детали. На заданном малом расстоянии от поверхности детали при нажатии кнопки 3, расположенной на электрододержателе 9, полученные с выхода вторичной обмотки импульсного трансформатора 7 импульсы пробивают промежуток между электродом и деталью и возбуждают сварочную дугу (см. фиг.3). Частота повторения импульсов 50 Гц.

Устройство, выполненное по второму варианту (см. фиг.2), содержит понижающий трансформатор 1 для работы на постоянном токе, ключ 2, кнопку запуска 3, RC-цепочку 4 и RC-цепочку 14, диодный мост 5, конденсатор 6, импульсный трансформатор 7, блок формирования импульсов возбуждения сварочной дуги (БФИВ) 8 и электрододержатель 9. Кнопка 3 установлена на корпусе электрододержателя 9. Импульсный трансформатор 7 выполнен с одновитковыми первичной и вторичной обмотками. К клеммам 10 и 11 источника питания сварочной дуги (на чертеже не показан) посредством ключа 2 подключена RC-цепочка 14. Параллельно RC-цепочке 14 через ключ 2 и кнопку 3 подключен блок БФИВ 8. Вторичная обмотка трансформатора 1 параллельно соединена с RC-цепочкой 4 и входами переменного напряжения диодного моста 5, а выходы постоянного напряжения диодного моста 5 через ключ 2 и кнопку запуска 3 соединены с блоком 8. Положительный выход диодного моста 5 соединен через ключ 2 и кнопку 3 с одним входом блока 8, а отрицательный выход - через ключ 2 с другим входом блока 8. Выход блока 8 связан с выходом первичной обмотки импульсного трансформатора 7, вход которой соединен с другим входом блока 8. Выход вторичной обмотки импульсного трансформатора 7 соединен с клеммой электрододержателя, вход вторичной обмотки импульсного трансформатора 7 - с клеммой 10 источника сварочного тока. При работе на постоянном токе первичная обмотка понижающего трансформатора 1 подсоединена в сеть 220 В.

При работе на переменном токе переводят ключ 2 в положение на переменный ток, при этом переменное напряжение подают на вход блока БФИВ 8 через кнопку 3, а клемму 11 подсоединяют на второй вход блока 8. С его выхода импульсы подают на импульсный трансформатор. Конденсатор 6 предназначен для блокировки попадания наведенных импульсов во вторичной обмотке трансформатора 7 в цепь источника сварочной дуги. Для возбуждения сварочной дуги необходимо приблизить электрододержатель 9 к свариваемой детали. На заданном малом расстоянии от поверхности детали при нажатии кнопки 3, расположенной на электрододержателе 9, полученные с выхода вторичной обмотки импульсного трансформатора 7 импульсы пробивают промежуток между электродом и деталью и возбуждают сварочную дугу (см. фиг.6). Частота повторения импульсов 100 Гц, при этом импульсы разнополярные.

При работе на постоянном токе ключ 2 переводят в соответствующее положение. При этом подают напряжение на понижающий трансформатор 1. На вход блока 8 подают выпрямленные импульсы, с выхода блока 8 импульсы возбуждения накладывают посредством импульсного трансформатора 7 на сварочный ток. Конденсатор 6 предназначен для блокировки попадания наведенных импульсов во вторичной обмотке импульсного трансформатора 7 в цепь источника питания сварочной дуги. Для возбуждения сварочной дуги необходимо приблизить электрододержатель 9 к свариваемой детали. На заданном малом расстоянии от поверхности детали при нажатии кнопки 3 полученные с выхода вторичной обмотки импульсного трансформатора 7 импульсы пробивают дуговой промежуток и возбуждают дугу (см. фиг.5). Частота повторения импульсов 100 Гц, при этом импульсы однополярные.

Импульсный трансформатор представляет собой блокировочный элемент с большим сопротивлением, на котором выделяется напряжение импульса возбуждения, а блокировочная емкость представляет собой блокировочный элемент с малым сопротивлением. Они обеспечивают защиту источника сварочной дуги от проникновения импульсов в источник питания сварочной дуги. Эти элементы выбираются из условия минимального падения напряжения на емкостном элементе блокировки, которое может быть приложено к соответствующим клеммам источника питания. RC-цепочка, установленная параллельно вторичной обмотке источника питания сварочной дуги, предотвращает повреждение устройства от напряжения самоиндукции при работе ключевого элемента блока формирования импульсов возбуждения, гасит этот импульс на резисторе в процессе обмена энергией между индуктивностью и емкостью. С помощью кнопки запуска, установленной на корпусе электрододержателя, используется напряжение холостого хода вторичной обмотки с источника питания сварочной дуги в нужное для процесса сварки время. Кнопка запуска также является элементом, повышающим надежность устройства и осуществляющим защиту сварщика от поражения током.

Ключ служит для перевода устройства возбуждения в режим работы сварочной дуги на переменном токе и обеспечивает преобразование схемы для получения с выхода устройства разнополярных возбуждающих импульсов, которые с помощью импульсного трансформатора накладываются на сварочный ток в каждый полупериод в противофазе.

Импульсный трансформатор выполнен с одновитковыми первичной и вторичной обмотками из магнитного материала в виде ферритовых колец, нанизанных на изолированную выходную шину, это позволяет применять устройство в сварочных аппаратах, не ограничивая имеющийся в них сварочных ток.

Устройства, выполненные в соответствии с изобретением, позволяют осуществлять качественную сварку алюминия и его сплавов покрытыми электродами и неплавящимися электродами в среде защитных газов на переменном и постоянном токе обратной полярности, что обеспечивает надежное разрушение оксидной пленки и нормальное формирование швов. Кроме того, устройство позволяет обеспечить зажигание сварочной дуги без осуществления короткого замыкания, что обеспечивает безопасность процесса сварки.

Изобретение относится к устройствам для возбуждения сварочной дуги и может найти применение для сварки окисленного и ржавого металла, нержавеющей стали, алюминия и других цветных металлов как на переменном, так и на постоянном токе. По первому варианту кнопка запуска (КЗ) размещена на корпусе электрододержателя. Диод анодом соединен с выходом RC-цепочки и катодом подключен к первому входу блока формирования импульсов возбуждения (БФИВ). RC-цепочка соединена через КЗ с вторичной обмоткой понижающего трансформатора (ПТ). Выход БФИВ связан с выходом первичной обмотки импульсного трансформатора (ИТ), вход которой соединен с выходом RC-цепочки и вторым входом БФИВ. Выход вторичной обмотки ИТ соединен с клеммой электрододержателя, а вход - с клеммой источника питания сварочной дуги (ИП). По второму варианту ключ выполнен с возможностью переключения устройства для работы на постоянном или переменном токе. При работе на переменном токе к клеммам ИП посредством ключа подключена первая RC-цепочка, параллельно которой через кнопку запуска подключен БФИВ, один выход которого соединен с выходом первичной обмотки ИТ, вход которой соединен со вторым выходом БФИВ и выходом ключа. При работе на постоянном токе вторичная обмотка ПТ соединена параллельно со второй RC-цепочкой и входами диодного моста. Положительный выход моста соединен через ключ и КЗ с одним из входов БФИВ, а отрицательный его выход - через ключ с другим входом БФИВ. Выход БФИВ соединен с выходом первичной обмотки ИТ, вход которой соединен со вторым входом БФИВ. Выход вторичной обмотки ИТ соединен с клеммой электрододержателя, а его вход - с ИП. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для возбуждения сварочной дуги, содержащее первую и вторую клеммы дугового промежутка, одна из которых подключена к электрододержателю, клеммы источника питания сварочной дуги, блок формирования импульсов возбуждения, RC-цепочку и подключенный параллельно клеммам источника питания сварочной дуги блокировочный конденсатор, отличающееся тем, что оно содержит понижающий трансформатор для питания блока формирования импульсов возбуждения на переменном и постоянном токе, диод, импульсный трансформатор с одновитковыми первичной и вторичной обмотками и кнопку запуска, при этом кнопка запуска размещена на корпусе электрододержателя, диод анодом соединен с выходом RC-цепочки и катодом подключен к первому входу блока формирования импульсов возбуждения, RC-цепочка соединена через кнопку запуска с вторичной обмоткой понижающего трансформатора, выход блока формирования импульсов возбуждения связан с выходом первичной обмотки импульсного трансформатора, вход которой соединен с выходом RC-цепочки и вторым входом блока формирования импульсов возбуждения, выход вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с клеммой электрододержателя, а вход - с клеммой источника питания сварочной дуги.2. Устройство для возбуждения сварочной дуги, содержащее первую и вторую клеммы дугового промежутка, одна из которых подключена к электрододержателю, клеммы источника питания сварочной дуги, блок формирования импульсов возбуждения, RC-цепочки, подключенные параллельно клеммам источника питания сварочной дуги блокировочный конденсатор и ключ, отличающееся тем, что оно содержит понижающий трансформатор для питания блока формирования импульсов возбуждения на постоянном токе, диодный мост, импульсный трансформатор с одновитковыми первичной и вторичной обмотками и кнопку запуска, при этом кнопка запуска размещена на корпусе электрододержателя, ключ выполнен с возможностью переключения устройства для работы на постоянном или переменном токе, причем при работе на переменном токе к клеммам источника питания сварочной дуги посредством ключа подключена первая RC-цепочка, параллельно которой через кнопку запуска подключен блок формирования импульсов возбуждения, один выход которого соединен с выходом первичной обмотки импульсного трансформатора, вход которой соединен со вторым выходом блока формирования импульсов возбуждения и выходом ключа, а при работе на постоянном токе вторичная обмотка понижающего трансформатора соединена параллельно со второй RC-цепочкой и входами диодного моста, положительный выход которого соединен через ключ и кнопку запуска с одним из входов блока формирования импульсов возбуждения, а отрицательный его выход - через ключ с другим входом блока формирования импульсов возбуждения, выход которого соединен с выходом первичной обмотки импульсного трансформатора, вход которой соединен со вторым входом блока формирования импульсов возбуждения, выход вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с клеммой электрододержателя, а его вход - с источником питания сварочной дуги.