Устройство импульсного нагрева Советский патент 1989 года по МПК B23K9/00 

1

Изобретение относится к сварочному оборудованию и предназначено для использования в установках для сварки и пайки в плазме тлеющего разряда.

Целью изобретения является уменьшение времени разогрева свариваемых изделий за счет обеспечения импульсного режима нагрева.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема блока управления импульсного источника; на фиг. 3 - принципиальная схема оконечного каскада импульсного источника; на фиг. 4 и 5 - диаграммы работы регулирующих тиристоров оконечного каскада.

Устройство импульсного нагрева состоит из импульсного источника 1, N выходов которого соединены с соответствующими Л выходами устройства 2 поддержания тока тлеющего разряда, с N входами детектора 3 напряжения и с соответствующими Л сегментами анода 4, установленными в вакуумной камере 5.

Импульсный источник I состоит из блока управления (фиг. 2) и оконечного каскада (фиг. 3). Блок управления состоит из генератора прямоугольных импульсов, построенного на транзисторах Vi-f-Kio и конденсаторе С|. Заряд конденсатора С происходит через сопротивление коллектор- эмиттер транзисторов V и Vg, а разряд - через диод D-2 и транзистор Vs, при этом частота F следования импульсов задается изменением величины резистора в режиме сварки при включенном транзисторе V2 либо сопротивлением резистора в режиме разогрева при включенном транзисторе Уз-

В схеме длительность импульса i-u,const задается резистором , и изменение частоты F следования импульсов можно производить от 10 до 100000 Гц. Сигнал F поступает на счетный вход счетчика СТ, при этом выходы QI - Qn счетчика подключены на входы дешифратора DC, Л выходов которого поступают на входы Л блокилг- генераторов. Сигналы U..2 с их выходов

4

О5

о

00 00

;постуг1ают на управляющие электроды ()т регулирующих тиристоров оконечного каскада импульсного источника. Счетчик (СТ) и дещифратор (DC) включаются, если на их вход V придет сигнал логической «1.

Оконечный каскад (фиг. 3) построен на |7 1-т-Гш. регулирующих тиристорах. Включе- |ние регулирующих тиристоров может быть Разнообразным, но требует соблюдения следующих условий.

I Соединение управляющих электродов тиристоров с выходами блокинг-генераторов необходимо производить таким образом, что- |бы при включении каждого из блокинг-гене10 которого подключен конденсатор Ср. Напряжение на выходе выпрямителя имеет величину 1500- 3000 В и через сопротивления ... поступает на соответствующие N сегментов анода. Величины сопрораторов импульсы тока проходили бы только тивлений такие, чтобы поддерживался ток

|через один сегмент анода. Кроме того, через каждый сегмент анода не должно прохо- |дить два и более импульсов или не проходить ни одного импульса за полный цикл работы блока управления, т. е. при последо- ательном включении всех блокинг-генерато- |ров. Таким образом, при включении Л блокинг-генераторов импульсы тока пройдут через все Л сегментов анода. Обычно вклю- |чение тиристоров производится таким обра- J3OM, чтобы импульсы тока через сегменты анода проходили в последовательности 1 2 3.../V.

; Для примера приведены диаграммы рабо- }гы с управлением регулирующими тирис- {горами оконечного каскада, когда отсутст- |вуют времязадающие конденсаторы и регулирующее тиристоры , (и соответственно. Гэл-Т..) и когда отсутствуют регулирующие тиристоры Ti 2 -7Y и Т.п.ч-Tm.k (фиг. 5).

; Из фиг. 5 видно, что через 1 сегмент анода потечет ток, если торы TI и Го.ь при этом времязадаю- щий конденсатор Ci заряжается до напряжения внещнего источника питания. По Окончании заряда времязадающего конденсатора Ci, тиристоры Г и 72.1 автоматически выключаются. Теперь, если подать управляющие сигналы на тиристорь Г|.1 и Т, то потечет ток через /-сегмент анода, а конденсатор Ci перезарядится. Максимальная частота следования импульсов Гме.кс

тлеющего разряда через каждый сегмент анода величиной 0,,1 А, т. е. ,: .... кОм.

Детектор 3 напряжения (фиг. 3) построен на диодах и служит для контроля 20 средневыпрямленного напряжения между N сегментами анода и катодом (свариваемым изделием).

Устройство импульсного нагрева работает следующим образом.

Включается переключатель Bi и сопротив- - лением RK задается частота следования импульсов Ff3j , при которой происходит разогрев свариваемых изделий. Обычно 1,5-; -3 Fceaf , чтобы свариваемое изделие достигло температуры сварки Тсе, за 3-f- 5 мин.

По достижении температуры сварки, которая контролируется с помощью фотони- рометра (не показан) срабатывает реле Р, при этом сопротивление Re выключается и включается R. Величина R устанавливает30

включатся тирис- з такой, чтобы частота следования импульсов Fee. поддерживала температуру свариваемых изделий равной 7 0,,7 Тл}, где Тпя - температура плавления. В режимах разогрева и сварки осуществляется напуск рабочего газа (например, азота). 40 Импульсный источник устройства обладает повыщенными энергетическими характеристиками, причем по скорости разогрева свариваемых изделий может быть сравним с источником высокочастотного нагрева. Если

определяется временем выключения регули-сегменты анода соединить между собой, то

П VW)1 IIMY ТНГ ИР ТГЧПОР L4Q f { П f О rj а ir r LJO i/nr ioM-J rjnin-T rrtiLi iri.iij r..irnurv irrtiS-n -r. i,,,,..-.,,.. - ....-„

рующих тиристоров из условия, что на управляющий электрод, например, тиристора 7i.i приходит сигнал, если тиристор 7i, определяемый временем перезаряда конденсатора С, выключается. Как показала практика.

F

регулирующих тиристоров, величины время- задающих конденсаторов ,,,, напряжения питания Е, числа сегментов анода. Следует также отметить, что на схеме для случая фиг. 5 можно реализовать повыимпульсныи источник найдет щирокое применение в электросварочной технике (в частности при точечной сварке, электродуговой сварке), при этом в импульсном источнике отпадает потребность в громоздком понимакс зависит от времени выключения ,. жающем трансформаторе, а благодаря широ- г,.,г,„.„.„.,, ,.„„„.. „„„ ои кому изменению частоты следования импульсов ( кГц) можно .менять мощность в нагрузке от до 1000 кВт. Рационально использовать импульсный источник при электродуговой сварке с многими электродами.

щенную частоту следования импульсов дуги 55 Например, при числе сегментов анода 50 500 кГц. Катоды регулирующих тиристоров 7|.1 - T,n.k обычно подключается к Л сегментам анода таким образом, чтобы

и

мощности импульсного источника 200 кВт можно одновременно производить сварку пятью электродами, при этом к первому

ток протекал попеременно между первым сегментом анода и катодом, затем между вторым сегментом и катодом и т. д.; в результате образовавщаяся плазма с-круговой частотой вращается вокруг сваривае мого изделия (катода).

Устройство 2 поддержания тока тлеющего разряда (фиг. 3) состоит из повыщающего трансформатора Тр, трехфазного однополу- периодного выпрямителя , к выходу

0 которого подключен конденсатор Ср. Напряжение на выходе выпрямителя имеет величину 1500- 3000 В и через сопротивления ... поступает на соответствующие N сегментов анода. Величины сопротивлений такие, чтобы поддерживался ток

тлеющего разряда через каждый сегмент анода величиной 0,,1 А, т. е. ,: .... кОм.

Детектор 3 напряжения (фиг. 3) построен на диодах и служит для контроля 0 средневыпрямленного напряжения между N сегментами анода и катодом (свариваемым изделием).

Устройство импульсного нагрева работает следующим образом.

Включается переключатель Bi и сопротив- - лением RK задается частота следования импульсов Ff3j , при которой происходит разогрев свариваемых изделий. Обычно 1,5-; -3 Fceaf , чтобы свариваемое изделие достигло температуры сварки Тсе, за 3-f- 5 мин.

По достижении температуры сварки, которая контролируется с помощью фотони- рометра (не показан) срабатывает реле Р, при этом сопротивление Re выключается и включается R. Величина R устанавливает0

з такой, чтобы частота следования импульсов Fee. поддерживала температуру свариваемых изделий равной 7 0,,7 Тл}, где Тпя - температура плавления. В режимах разогрева и сварки осуществляется напуск рабочего газа (например, азота). 0 Импульсный источник устройства обладает повыщенными энергетическими характеристиками, причем по скорости разогрева свариваемых изделий может быть сравним с источником высокочастотного нагрева. Если

rjnin-T rrtiLi iri.iij r..irnurv irrtiS-n -r. i,,,,..-.,,.. - ....-„

импульсныи источник найдет щирокое применение в электросварочной технике (в частности при точечной сварке, электродуговой сварке), при этом в импульсном источнике отпадает потребность в громоздком пони Например, при числе сегментов анода 50

и

мощности импульсного источника 200 кВт можно одновременно производить сварку пятью электродами, при этом к первому

электроду подсоединяются выводы с 1, 6, 11,...,45 сегментов анода, ко второму электроду 2, 7, 12,...,46 и т. д. При таком построении все пять электродов находятся в одинаковых условиях и при изменении частоты следования импульсов, происходит одновременное задание мощности сразу на всех пяти электродах.

Импульсный источник совместно с устройством поддержания тока тлеющего разряда могут успешно применяться в установках плазменного нанесения покрытий, при запитке более трех плазменных ускорителей (испарителей).

Таким образом, устройство обеспечивает нагрев свариваемых изделий в импульсном режиме с КПД импульсного источника 0,95, при этом время разогрева уменьшается в 2-6 раз, предельно упрощается процесс управления параметрами тлеющего разряда

10

15

держания тока тлеющего разряда, состоя щее из последовательно соединенных транс форматора, выпрямителя и балластных ре зисторов, при этом каждый из /V сегмен тов анода соединен с соответствующим выходом оконечного каскада импульсного источника, соответствующим балластным рс зистором устройства поддержания тока тлею щего разряда и соответствующим входом детектора напряжения, входы импульсного источника и устройства поддержания тока тлеющего разряда подключены соответственно к высоковольтному и рабочему источникам.

2. Устройство по п. I, отличающееся тем, что оконечный каскад импульсного источника состоит из группы т тиристоров, аноды которых соединены между собой и подключены к положительному потенциалу высоковольтного источника, времязадающих конденсаторов и группы Л тиристоров, катод

- -1I- , IV J- V UII| Г |111|и1/YIMprH t JLH Jti,(,jll,

В процессе разогрева и сварки. Устройство 20 каждого из которых является соответствую также может использоваться в других установках.

Формула изобретения

1. Устройство импульсного нагрева, содержащее рабочий высоковольтный источник, детектор напряжения и анод в виде N сегментов, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени разогрева, в него ввещим выходом оконечного каскада импульсного источника, при этом Л тиристоров образуют т групп, каждая из которых содержит К тиристоров, аноды которых сое- динены между собой и с катодами т тиристоров, каждый из т времязадающих конденсаторов подключен к катодам двух смежных т тиристоров, причем через времяза- дающий конденсатор соединены катоды первого ш-го тиристоров, управляющие элекдены импульсный источник, состоящий из по- зп троды m и /V тиристоров соединены с следовательно соединенных блока управле- выходами блока управления импульсного ис- ния и оконечного каскада, и устройство под- точника.

0

5

держания тока тлеющего разряда, состоящее из последовательно соединенных трансформатора, выпрямителя и балластных резисторов, при этом каждый из /V сегментов анода соединен с соответствующим выходом оконечного каскада импульсного источника, соответствующим балластным рс зистором устройства поддержания тока тлеющего разряда и соответствующим входом детектора напряжения, входы импульсного источника и устройства поддержания тока тлеющего разряда подключены соответственно к высоковольтному и рабочему источникам.

2. Устройство по п. I, отличающееся тем, что оконечный каскад импульсного источника состоит из группы т тиристоров, аноды которых соединены между собой и подключены к положительному потенциалу высоковольтного источника, времязадающих конденсаторов и группы Л тиристоров, катод

л, IV J- V UII| Г |111|и1/YIMprH t JLH Jti,(,jll,

0 каждого из которых является соответствую каждого из которых является соответствую щим выходом оконечного каскада импульсного источника, при этом Л тиристоров образуют т групп, каждая из которых содержит К тиристоров, аноды которых сое- динены между собой и с катодами т тиристоров, каждый из т времязадающих конденсаторов подключен к катодам двух смежных т тиристоров, причем через времяза- дающий конденсатор соединены катоды первого ш-го тиристоров, управляющие электроды m и /V тиристоров соединены с выходами блока управления импульсного ис- точника.

Изобретение относится к машиностроению и м. б. использовано при диффузионной сварке в плазме тлеющего и дугового разряда. Цель изобретения - уменьшение .времени разогрева свариваемых изделий за счет импульсного режима нагрева. В устройстве импульсный режим осуш.ествляется за счет импульсного источника, состоящего из блока управления и последовательно соединенного с ним оконечного каскада, имеющего число выходов /V, равное числу сегментов анода, помешенных в вакуумную камеру. Оконечный каскад построен на тиристорах, частота переключения которых задается блоком управления, а длительность включения определяется времязадающими конденсаторами. Величина тока задается устройством поддержания тока тлеющего разряда, а напряжение между сегментами анода и корпусом камеры контролируется детектором напряжения. Источник имеет большой диапазон изменения частоты следования импульсов, а отсюда больщой диапазон регулирования мощности в нагрузке. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. и

J JJ I PUWOU

Абтомо/п

т

- I - Т,

Ш 1М Р --- Й

fДА

i v, J-

Кго

.Cm

iy

Д4/

фиг.