Способ дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК B23K9/09 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к сварке на переменном токе плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка.

Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет повышения устойчивости процесса сварки и стабилизации переноса электродного металла в сварочную ванну.

На фиг. 1 представлена циклограмма сварного тока способа сварки; на фиг. 2 - блок-схема устройства для осунл,ествления, способа; на фиг. 3 и 4 - диаграммы токов и напряжений при работе устройства.

В момент времени 1 (фиг. 1) происходит короткое замыкание. По окончании короткого замыкания возбуждается дуга на прямой полярности (фиг. 1, фаза 2). С этого же момента начинают дозирование энергии на расплавление одной капли, по окончапии которого сварочную дугу обрывают (фиг. 1, фаза 3). Капля жидкого металла при этом под действием сил поверхностного натяжения и сил тяжести располагается соосно с электродом, что облегчает перенос электродного металла при коротком замыкании. В момент начала короткого замыкания (фиг. 1 фаза 4) полярность сварочного тока меняют на обратную. После возбуждения дуги на обратной полярности (фиг. 1, фаза 5) дозируют энергию на расплавление одной капли причем учитывая различные условия плавления электрода на прямой и обратной полярности, время горения дуги на обратной полярности устанавливают в 1,3-1,5 раза больше, чем на прямой полярности. По окончании дозирования дугу вновь обрывают (фиг. 1, фаза 6). Далее весь цикл повторяется.

Устройство для дуговой сварки на переменном токе плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка содержит источник постоянного тока 1, параллельно которому подключен тиристорный преобразователь, причем анодная группа тиристоров преобразователя, состоящая из силовых тиристоров 2 и 3, подключена через сглаживающий дроссель 4 к положительному полюсу источника питания, а катодная группа, состоящая из, силовых тиристоров 5 и 6, подключена через коммутирующий дроссель 7 к отрицательному полюсу источника питания, при этом включение силовых тиристоров 2 и 6 обеспечивает прямую полярность на дуге и в дальнейшем они условно именуются как тиристоры прямой полярности, а силовые тиристоры 3 и 5 соответственно как тиристоры обратной полярности, два диода 8 и 9, шун- тируюшие силовые тиристоры анодной группы в обратном направлении, конденсатор фильтра 10, нижняя обкладка которого подключена к отрицательному полюсу источника питания 1, а верхняя через блокирующий диод 11 - к анодной группе силовых тиристоров преобразователя, коммутирующий конденсатор 12, нижняя обкладка которого подключена к отрицательному полюсу источника питания, а верхняя через зарядный

дроссель 13 и блокирующий диод 14 - к верхней обкладке конденсатора фильтра 10, а через вспомогательный тиристор 15 - к катодной группе тиристоров преобразователя блок управления тиристорами 16, состоящий из датчика коротких замыканий 17, вход которого соединен с входом тиристорного преобразователя, а выход с входом селектора коротких замыканий 18, два выхода которого подключены к входам блока включения тиристорного преобразователя 19 и блока выключения тиристорного преобразователя 20, при этом первый его выход подключен к первому входу блока включения тиристорного преобразователя 19 и через блок горения дуги на обратной полярности 21 к второму входу блока выключе0 ПИЯ тиристорного преобразователя 20, а второй выход подключен к третьему входу блока включения тиристорного преобразователя 19 и через блок горения дуги на прямой полярности 22 к первому входу блока выключения тиристорного преобразователя 20, причем первый выход последнего соединен с анодом и управляющим электродом вспомогательного тиристора 15, а второй соединен с вторым входом блока включения тиристорного преобразователя 19, первый вы0 ход которого подключен через блок задержки включения силовых тиристоров прямой полярности 23, а второй через блок задержки включения силовых тиристоров обратной полярности 24 к анодам и управляющим электродом соответственно тиристоров прямой полярности 2, 6 и тиристоров обратной полярности.

На фиг. 1, 2, 3, и 4, приняты следующие обозначения:

вход датчика коротких замыканий 17- по данному входу поступает напряжение с входа тиристорного преобразователя, характеризующее состояние дугового промежутка;

вход селектора коротких замыканий 18 - по данному входу поступает уп5 равляющий сигнал с датчика коротких замыканий 17, характеризующий момент появления напряжения на дуговом промежутке;

вход 11 блока включения тиристорного преобразователя 19 - по данному входу пос0 тупает управляющий сигнал со второго выхода блока выключения тиристорного преобразователя 20, который характеризует момент выключения тиристорного преобразователя и разрешает прохождение управляющих сигналов с селектора коротких замыканий 18 на блок включения тиристорного преобразователя 19;

вход I бЛока выключения тиристорного преобразователя 20 - по данному входу пос0

5

тупает управляющий сигнал с блока горения дуги на прямой полярности 22, характеризующий окончание дозирования энергии на расплавление одной капли; вход II блока выключения тиристорного преобразователя 20 - по данному входу поступает управляющий сигнал с блока горения на обратной полярности 21, характеризующий окончание дозирования энергии на расплавление одной капли; выход I селектора коротких замыканий 18 - с данного выхода поступает управляющий сигнал на вход блока горения дуги на обратной полярности 21 и первый вход блока включения тиристорного преобразователя 19, характеризующий момент возбуждения дуги на обратной полярности; выход II селектора коротких замЫканий 18 - с данного выхода поступает управляющий сигнал на вход блока горения дуги на прямой полярности 22 и третий вход блока включения тиристорного преобразователя 19, характеризующий момент возбуждения дуги на прямой полярности;

выход 1 блока включения тиристорного преобразователя 19 - с данного выхода поступает управляющий сигнал на вход блока задержки включения силовых тиристоров прямой полярности 23, для включения тиристоров прямой полярности 2 и 6; выход II блока включения тиристорного преобразователя 19 - с данного выхода поступает управляющий сигнал на вход блока задержки включения силовых тиристоров обратной полярности. 24, для включения тиристоров обратной полярности 3 и 5; выход I блока выключения тиристорного преобразователя 20 - с данного выхода поступает управляющий на включение вспомогательного тиристора 15; . - интервал короткого замыкания дугового промежутка;

tjrx. - интервал холостого хода источника питания;

ten. - длительность горения дуги на прямой полярности;

tr.o.- длительность горения дуги на обратной полярности;

tiT.- длительность паузы тока перед коротким замыканием;

Тц. - длительность цикла плавления и переноса электродного металла при сварке на переменном токе.

Пример. Выполняют автоматическую сварку в среде углекислого газа проволокой марки Св08Г2С диаметром 1,2 мм. Скорость подачи электродной проволоки составляет 350 м/ч, сварочный ток 180-200 А, напряжение на дуге 22-23 В, скорость сварки 20 м/ч.

После истечения 7 мс с момента возбуждения дуги на прямой полярности расплавляется необходимое для данного режима сварки количество электродного металла, поэтому сварочную дугу обрывают. Отсутствие

5

давления дуги и интенсивных испарении металла способствует при этом соосному расположению капли жидкого металла с электродом. В момент начала короткого замы- кания полярность сварочного тока меняют на обратную. При коротком замыкании сварочный ток значительно повыщается, ускоряя перенос капли. После окончания короткого замыкания дуга возбуждается и процесс плавления начинается на обратной по0 лярности, причем длительность горения дуги устанавливают 10 мс, после чего вновь обрывают дугу..

Потери на разбрызгивание металла составляют 2-3%. Сварной щов имеет равномерную чещуйчатость с плавным переходом к основному металлу.

Устройство, созданное для реализации способа сварки, работает следующим образом.

При включении источника питания 1 про0 исходит резонансный заряд конденсатора фильтра 10 и коммутирующего конденсатора 12 по цепям « + источника постоянного тока 1 - сглаживающий дроссель 4 - блокирующий диод 11 «- источника постоянного тока 1 и « + источника постоян ного тока 1 - сглаживающий дроссель 4 - блокирующий диод 11 - блокирующий диод 14 - зарядный дроссель 13 - коммутирующий конденсатор 12 - «- источника постоянного тока 1 с полярностью, указанной на фиг. 2. В этот момент датчик коротких замыканий 17 вырабатывает управляющий сигнал и подает его на вход селектора коротких замыканий 18, который через 1-го выход прикладывает управляющее воздействие к 1-му входу блока включе5 ния тиристорного преобразователя 19 и к входу блока горения дуги на обратной полярности 21. По окончании работы последнего с него поступает управляющий сигнал на П-й вход блока выключения тиристорного преобразователя 20, с 1-го

0 выхода которого поступает управляющий сигнал на открытие вспомогательного тиристора 15, а с 11-го выхода сигнал, разрешающий работу блока включения тиристорного преобразователя 19.

При открытии вспомогательного тиристо ра 15, по цепи: верхняя обкладка коммутирующего конденсатора 12 - вспомогательный тиристор 15 - коммутирующий дроссель 7 - нижняя обкладка коммутирующего конденсатора 12, происходит резонансQ ный перезаряд коммутирующего конденсатора 12, с полярностью, противоположной указанной на фиг. 2, после чего обратной полуволной напряжения в колебательном контуре: коммутирующий конденсатор 12 - вспомогательный тиристор 15 - за5 рядный дроссель 7, выключается вспомогательный тиристор 15. Далее происходит протекание тока по цепи заряда конденсатора фильтра 10: источник постоянно0

го тока - сглаживающий дроссель 4 - блокирующий диод 11 - конденсатор фильтр 10 -. «- источник постоянного тока, и восстановление напряжения на коммутирующем конденсаторе 12 с полярностью, указанной на фиг. 2, по цепи: нижняя обкладка коммутирующего конденсатора 12 - источник постоянного тока 1 - сглаживающий дроссель 4 - блокирующий диод 11 - блокирующий диод 14 - зарядный дроссель

нансныи перезаряд коммутирующего конденсатора 12 с полярностью, противоположной указанной на фиг. 2, после чего обратной полуволной напряжения в колебательном контуре: коммутирующий конденсатор 12 - вспомогательный тиристор 15 - коммутирующий дроссель 7, выключается вспомогательный тиристор 15.

С момента перехода силовых тиристоров в непроводящее состояние ток из свароч13 - верхняя обкладка коммутирующего10 ной цепи перехватывается в цепь заряда

конденсатора 12.конденсатора фильтра 10: «+ источника посНаличие управляющего сигнала на Ьмтоянного тока 1 - сглаживающий дросвходе блока включения тиристорного преобра-сель 4 - блокирующий диод 11 - конзователя 19, при поступлении на его П-й входденсатор фильтра 10 - «- источника постоянного тока 1, и происходит восстановление напряжение на коммутирующем конденсаторе 12 с полярностью, указанной на фиг. 2, по цепи: нижняя обкладка коммутирующего конденсатора 12 - источник постоянного тока 1 - сглаживающий дроссель 4 -

разрещающего сигнала приводит к подаче управляющего сигнала через 1-й выход на блок задержки включения силовых тиристо ров прямой полярности 23, который через заданное им время подает управляющий сигнал на включение силовых тиристоров 2 и 6.

Устройство готово к работе.

По началу короткого замыкания протекает ток по цепи: источника постоянного тока 1 - сглаживающий дроссель 4 - силовой тиристор 2 - изделие - электрод - силовой тиристор 6 - коммутирующий дроссель 7 - «- источника постоянного тока 1. С момента разрушения перемычки возбуждается дуга на прямой полярности.

В этот момент датчик коротких замыканий 17 вырабатывает управляющий сигнал и подает его на вход селектора коротких замыканий 18, который через П-й выход прикладывает управляющее воздействие к 111-му входу блока включения тиристорного преобразователя 19 и к входу блока горе15

тоянного тока 1, и происходит восстановление напряжение на коммутирующем конденсаторе 12 с полярностью, указанной на фиг. 2, по цепи: нижняя обкладка коммутирующего конденсатора 12 - источник постоянного тока 1 - сглаживающий дроссель 4 -

20 блокирующий диод 11 - блокирующий диод 14 - зарядный дроссель 13 - верхняя обкладка коммутирующего конденсатора 12.

При поступлении на П-й вход блока включения тиристорного преобразователя 19 раз25 решающего сигнала со П-го выхода блока выключения тиристорного преобразователя 20 с П-го выхода блока 19 поступает управляющий сигнал на вход блока задержки включения силовых тиристоров обратной полярности 24. После заданного блоком 24 времени задержки он подает управляющий сигнал на включение силовых тиристоров обратной полярности 3 и 5. Однако ток в сварочной цепи при этом не протекает, так как сигнал на включение силовых

30

45

ния дуги на прямой полярности 22. Проте- 35 Ри торов подан после полной деиониза- кает процесс плавления электрода на прямойДии дугового промежутка.

полярности. По окончании времени горенияПо началу следующего короткого замыкадуги на прямой полярности, установленногония протекает ток по цепи: «-|- источниблоком 22, с него поступает управляющий сигнал на 1-й вход блока выключения тиристорного преобразователя 20. При этом с 0 1-го выхода последнего поступает управляющий сигнал на открытие вспомогательного тиристора 15, а с П-го выхода - сигнал, разрешающий работу блока включения тиристорного преобразователя 19.

При открытии вспомогательного тиристора 15 по цепи: верхняя обкладка коммутирующего конденсатора 12 - вспомогательный тиристор 15 - силовой тиристор 6 - диод 9 - блокирующий диод 11 - конденсатор фильтра 10 - нижняя обкладка 50 горения дуги на обратной полярности 21. коммутирующего конденсатора 12, протекаетПротекает процесс плавления электрода в обкратковременный обратный ток, который приратной полярности. По окончании времени

водит к выключению силового тиристора 6горения дуги на обратной полярности, кои последующему выключению силового тирис- торое задается блоком 21 и устанавлива- тора 2. Далее по цепи: верхняя обкладкается в 1,3-1,5 раза больше, чем на прямой

коммутирующего конденсатора 12 - вспомо- 55 полярности, с целью соблюдения равенства

расплавленного количества электродного металла на прямой и обратной полярности, с него поступает управляющий сигнал на 1-й

ка постоянного тока 1 - сглаживающий дроссель 4 - силовой тиристор 3 - электрод - изделие - силовой тиристор 5 - коммутирующий дроссель 7 - «- источника постоянного тока 1, возбуждается дуга на обратной полярности.

Датчик коротких замыканий 17 вырабатывает при этом управляющий сигнал и подает его на вход селектора коротких замыканий 18, который через 1-й выход прикладывает управляющее воздействие к 1-му входу блоку выключения тиристорного преобразователя 19 и к входу блока

гательный тиристор 15 - коммутирующий дроссель 7 - нижняя обкладка коммутирующего конденсатора 12, происходит резонансныи перезаряд коммутирующего конденсатора 12 с полярностью, противоположной указанной на фиг. 2, после чего обратной полуволной напряжения в колебательном контуре: коммутирующий конденсатор 12 - вспомогательный тиристор 15 - коммутирующий дроссель 7, выключается вспомогательный тиристор 15.

С момента перехода силовых тиристоров в непроводящее состояние ток из свароч ной цепи перехватывается в цепь заряда

денсатор фильтра 10 - «- источника пос

тоянного тока 1, и происходит восстановление напряжение на коммутирующем конденсаторе 12 с полярностью, указанной на фиг. 2, по цепи: нижняя обкладка коммутирующего конденсатора 12 - источник постоянного тока 1 - сглаживающий дроссель 4 -

блокирующий диод 11 - блокирующий диод 14 - зарядный дроссель 13 - верхняя обкладка коммутирующего конденсатора 12.

При поступлении на П-й вход блока включения тиристорного преобразователя 19 разрешающего сигнала со П-го выхода блока выключения тиристорного преобразователя 20 с П-го выхода блока 19 поступает управляющий сигнал на вход блока задержки включения силовых тиристоров обратной полярности 24. После заданного блоком 24 времени задержки он подает управляющий сигнал на включение силовых тиристоров обратной полярности 3 и 5. Однако ток в сварочной цепи при этом не протекает, так как сигнал на включение силовых

ния протекает ток по цепи: «-|- источни

горения дуги на обратной полярности 21. Протекает процесс плавления электрода в обка постоянного тока 1 - сглаживающий дроссель 4 - силовой тиристор 3 - электрод - изделие - силовой тиристор 5 - коммутирующий дроссель 7 - «- источника постоянного тока 1, возбуждается дуга на обратной полярности.

Датчик коротких замыканий 17 вырабатывает при этом управляющий сигнал и подает его на вход селектора коротких замыканий 18, который через 1-й выход прикладывает управляющее воздействие к 1-му входу блоку выключения тиристорного преобразователя 19 и к входу блока

вход блока выключения тиристорного преобразователя 20. При этом с 1-го выхода блока 20 поступает управляющий сигнал на открытие вспомогательного тиристора 15, а с И-го входа - сигнал, разрешающий работу блока включения тиристорного преобразователя 19. Далее протекают процессы, аналогичные описанным выше.

Использование способа дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыка ниями дугового промежутка и устройства для его осуществления дают следующие преимущества.

Так дозирование энергии на расплавление одной капли в каждом полупериоде питающего напряжения позволяет повысить стабильность переноса электродного металла за счет поддержания постоянных размеров переносимых капель.

Исключение же момента перехода через нуль при горении дуги исключает необходимость в дополнительных мерах по поддер- жанию устойчивости горения дуги, а смена полярности в момент начала короткого замыкания значительно повышает устойчивость процесса сварки.

Использование способа сварки и устройства для его реализации позволяет сни- зить разбрызгивание металла за счет повышения устойчивости процесса и стабилизации переноса электродного металла, значительно улучшить качество формирования шва.

Формула изобретения

1.Способ дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором перенос электродного металла осуществляется в моменты короткого замыкания дугового промежутка, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет повышения устойчивости процесса сварки и стабилизации переноса электродного металла в сварочную ванну, осуществляют дозирование энергии, идущей на расплавление одной капли за каждый полупериод питающего напряжения путем ограничения времени горения дуги, причем переход с одной полярности на другую производят в момент начала короткого зам-ыкания.

2.Устройство дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка, содержащее источник постоянного тока, к первому выходу которого через сглаживающий дроссель, первый блокирующий диод, конденсатор фильтра подключен второй выход источника постоянного тока, к которому подключены обкладка коммутирующего конденсатора и через коммутирующий дроссель первый силовой тиристор и вспомогательный тирис- тор, к аноду которого подключены дру

5

0

0

5

0

j

0

5

5

0

гая обкладка коммутирующего конденсатора и через зарядный дроссель и вторрй блокирующий диод к катоду первого блокирующего диода, блок управления тиристорами, к первому выходу которого подключен вспомогательный тиристор, а к второму выходу блока управления тиристорами подключен первый силовой тиристор, отличающееся тем, что в него введены три силовых тиристора и два диода, при этом к аноду первого силового тиристора подключены катод второго силового тиристора и анод первого диода, катод первого диода и анод второго силового тиристора соединены с анодом первого блокирующего диода и через третий и четвертый силовые тиристоры с катодом первого силового тиристора, при этом второй диод подключен встречно третьему силовому тиристору, первый и второй входы блока управления тиристорами подключены соответственно к аноду первого диода и катоду первого силового тиристора, третий, четвертый и пятый выходы блока управления тиристорами подключены соответственно к второму, третьему и четвертому силовым тиристорам.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что блок управления тиристорами выполнен на последовательно соединенных датчике коротких замыканий, селекторе коротких замыканий, блоке горения дуги прямой полярности, блоке выключения тиристорного преобразователя, блоке включения тиристорного преобразователя и блоке задержки включения силовых тиристоров прямой полярности, а также блоке горения дуги обратной полярности и блоке задержки включения силовых тиристоров обратной полярности, первый и второй выходы которых соединены с вторым и четвертым выходами блока управления тиристорами, третий и пятый выходы которого соединены с первым и вторым выходами блока задержки включения силовых тиристоров прямой полярности, первый и второй входы блока управления тиристорами соединены с входами датчика коротких замыканий, второй выход селектора коротких замыканий соединен с вторым входом блока включения тиристорного преобразователя и через блок горения дуги обратной полярности с вторым входом блока выключения тиристорного преобразователя, второй выход которого соединен с первым выходом блока управления тиристорами, первый выход селектора коротких замыканий соединен с первым выходом блока управления тиристорами, первый выход селектора коротких замыканий соединен также с третьим входом блока включения тиристоров, второй выход которого соединен с входом блока задержки включения силовых тиристоров обратной полярности.

Ic8

trn

tn.

1/Я

tr.o.

tK-l

la.

фие. 1

9и-г.2