Устройство возбуждения дуги Советский патент 1989 года по МПК B23K9/06 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при проектировании и модернизации автоматизированного сварочного обору- : дования.

Целью изобретения является улучшение качества сварного соединения путем повьш1ения стабильности процесса зажигания дуги и обеспечения возможности, автоматизации сварочных процессов.

На фиг,I показана структурная схема устрор1ства; на фиг.2 - схема устройства с развернутой электрической схемой дешифратора; на фиг.3-5 т возможные варианты электрических схем преобразователей уровней (ПУ).

Устройство состоит (фиг.1) из трех датчиков: датчика 1 наличия сварочного тока, датчика 2 наличия напряжения на дуговом промежутке и датчика 3, вырабатывающего сигнал при подаче электрода в сварочную ванну. В состав устройства входят также ПУ 4-6, од- но.вибратор 7, дешифратор 8, блок 9 управления реверсом двигателя подачи . электрода (БУР) и блок 10 управления механизмом подачи электрода (БУП).

Датчики 1-3 подключены к соответствующим ПУ 4-6, причем выход датчика 1 соединен с входом ПУ 4, выход датчика 2 - с входом ПУ 5 и выход датчика 3-е входом ПУ 6. Выходы ПУ 4-6 подключены к первым .четырем вхо4

00

со ;о

1489936

дам дешифратора 8, к пятому входу кор

торого подключен выход одновибрато- ра 7. Инверсные входы одновибратора 7 соединены с инверсными выходами ПУ 4 и 5.

Дешифратор 8 состоит () из двух логических элементов (ЛЭ) 2И 11 и 12, двух ЛЭ 2И-НЕ 13 и 14 и одного ЛЭ 2ИЛИ-НЕ 15. Верхний вход ЛЭ 11 соединен с прямым выходом первого ПУ 4, а нижний, соединенный также с нижним входом ЛЭ 13, подключен к инверсному выходу второго ПУ 5 и ниж

нему инверсному входу одновибратора 7, верхний вход которого подключен к инверсному выходу первого ПУ 4 и верхним входам ЛЭ 13 и 14, инверсные выходы которых подключены к входам ЛЭ 12. Нижний вход ЛЭ 14 соединен с инверсным выходом ЛЭ 15, верхний вхо которого подключен к выходу третьего ПУ 6, а нижний - к выходу одновибра - тора 7. Входы БУР 9 и БУП 10 соответственно подключены к выходам ЛЭ 11 и 12, являющимся выходами дешифратора 8.

В качестве датчика 2 используется дуговой промежуток при сварке (наплавке). Датчиком 1 служит шунт,тран сформатор тока или магнитный усилитель, включенньй последовательно в сварочную цепь. Датчиком 3 может служить оптический, электроконтактный, электромагнитный или другой датчик, преобразующий механическое перемещё- вНие злектрод а в электрический сигнал Например, в качестве такого датчика можно использовать свободно вращаю

4

0

5

Блоки 9 и 10 нeoбxoди я I для управления работой двигателя подачи элект- рода.

.Для нормальной работы цифровых ЛЭ, дешифратора 8 и одновибратора 7 на их входы необходимо подавать сигналы 15егламентированных логических уровней, а на выходах датчиков 1-3 формируются сигналы с уровнями весьма широкого диапазона. Так, сигнал, снимаемый с шунта (датчик 1), равен по уровню.десяткам милливольт, а сигнал на дуговом промежутке (датчик 2.) равен десяткам волйт При этом уровни указанных сигналов меняются в процессе сварки (наплавки).в широком диапазоне, а Для работы устройства уровни

сигналов с.датчиков должны принимать только два значения - логической единицы при наличии тока дуги, напряжения- на ней, перемеш,ения проволоки в сварочную ванну или логического нуля (при отсутствии тока, напряжения или перемещения проволоки). Для выполнения этих условий в схему устройства введены ПУ 4-6. Конструкции этих преобразователей могут быть самой произвольной формы и структуры и выполняться с применением аналоговых микросхем К140, К551 и т.п., цифровых микросхем типа К155, К176 и т.п., а такясе транзисторов, резисторов, диодов, стабилитронов. Для примера на фиг.3-5 приведены схемы этих пре- .образователей. Преобразователь 4 уровня (фиг.З) служит для формирования сигнала о наличии тока дуги. Для этого сигнал с шунта усиливается опе

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при проектировании, изготовлении и модернизации автоматизированного сварочного оборудования. Цель изобретения - улучшение качества сварного соединения путем повышения стабильности процесса зажигания дуги и обеспечения возможности автоматизации сварочных процессов. Устройство на основании показаний датчика наличия тока дуги, датчика напряжения на дуге и датчика подачи электрода управляет по заданному алгоритму характером подачи электрода, обеспечивая надежное возбуждение дуги. Устройство содержит также соединенные с датчиками последовательно преобразователи уровня, выходы которых подключены к дешифратору. К последнему подключен также одновибратор, обеспечивающий начальный пуск двигателя подачи электрода. Дешифратор управляет работой блоков управления реверсом и подачей электрода, для чего его выходы соединены с входами этих блоков. 5 ил, 1 табл.

щийся ролик, плотно прижатый к э лект- д рационным усилителем 16 и преобразуроду. При перемещении последнего ролик вращается. Вращение ролика преобразуется в электрический сигнал. В качестве датчика 3 может быть использован обычный тахогенератор. .г

ПУ 4-6 необходимы для преобразования сигналов с датчиков 1-3 к нормированному уровню, что необходимо для стабильной работы остальных элементов, устройства.

Одновибратор 7 необходим для первоначального запуска двигателя поДа- чи электрода при включении сварки.

Дешифратор 8 введен в схему устройства для анализа состояния выход-; 55 ных сигналов датчиков 1-3, обработки их по заложенному алгоритму и выдачи управляющих сигналов блокам БУР 9 ; и БУП 10.

50

ется в цифровую форму триггером Шмит- та 17, который имеет два выхода - прямой и инверсный.

Схема ПУ 5 приведена на фиг.4. Напряжение на дуге ограничивается стабилитроном 18 и преобразуется в цифровую форму триггером Шмитта 19.

Аналогичный вид имеет схема ПУ 6 при использовании в качестве датчика 3 тахогенератора. При использовании в качестве этого датчика оптического преобразователя схема ПУ 6 может иметь вид, изображенный на фиг.5. При движении проволоки периодически пре- рьшается свет, падающий на фоторезистор 20. При этом периодически меняется его сопротивление. Это изме- нение выявляется и усиливается транзисторной схемой, сигнал затем постуг

5

0

ется в цифровую форму триггером Шмит- та 17, который имеет два выхода - прямой и инверсный.

Схема ПУ 5 приведена на фиг.4. Напряжение на дуге ограничивается стабилитроном 18 и преобразуется в цифровую форму триггером Шмитта 19.

Аналогичный вид имеет схема ПУ 6 при использовании в качестве датчика 3 тахогенератора. При использовании в качестве этого датчика оптического преобразователя схема ПУ 6 может иметь вид, изображенный на фиг.5. При движении проволоки периодически пре- рьшается свет, падающий на фоторезистор 20. При этом периодически меняется его сопротивление. Это изме- нение выявляется и усиливается транзисторной схемой, сигнал затем поступает на триггер Шмитта 21, на выходе которого формируется последователь- ность импульсов, которая одновибрато- ром 22 преобразуется в сигнал 1. При отсутствии на входе одновибрато- ра 22 последовательности иьтульсов на его выходе формируется О..

Для упрощения в схемах одновибра- торов 7 и 22 (соответственно на фиг,1, 2 и 5) не показаны времязадаю- щие RC-цепи.

На фиг.5 транзисторная часть схемы, а также триггер Шмитта 21 могут быть заменены оптоэлектронными п ере- ключателями с встроенными усилителями в микросхемном исполнении, например, серии К249, К262 и т.п.

Одновибратор 7 и дешифратор 8 могут быть изготовлены с применеьшем цифровых микросхем, например, серии К155.

БУР 9 и БУП 10 могут быть выполнены на электромагнитных реле, транзисторных или тиристорных коммутаторах, магнитных усилителях и других элементах. БУР 9 представляет собой реверсирующее устройство в виде перечисленных выше элементов. Его функПри нажатии кнопки Пуск-сварка на дуговой промежуток подается нап жение. Если электрод не замкнут на изделие, то ток в сварочной цепи б

ции - переключить направление или фа- Q дет равен нулю и на прямом выходе

Iзу электрического тока в обмотках электродвигателя для изменения направления вращения его якоря (ротора).

БУП 10 представляет собой устройство управления вращением двигателя. Его функции - управлять включением и отключением двигателя, регулировать скорость вращения его вала. Типичным примером такого бло.ка служит унифицированный тиристорный блок управления

работой двигателей сварочных наплавочных аппаратов, входящий в ком-- плекс автоматов АДФ-1000, Al401, А-874 и т.п.

Устройство возбуждения дуги должно выполнять следующие функции: обеспечивать реверс подачи электрода в момент его короткого замыкания на изделие, отключение его подачи при упи- рании торца в изделие без электричес. кого контакта или в момент выключения источника питания.

В таблице приведены требуемые условия работы устройства при различных комбинациях состояния сварочной системы источник питания - сварочный аппарат - электрод (1 обозначены условия наличия сигналов о токе дуги.

ПУ 4 будет О, а на инверсном - 1. На выходе ПУ 5 - 0. Фронтом о рицательного импульса с выхода ПУ запускается Одновибратор 7. На его 2g выходе на короткое время формирует 1, генерируя логический О на в ходе ЛЭ 15.

Проанализируем теперь состояние , ЛЭ 1, 13 и 14.

40 На верхнем и нижнем входах ЛЭ 1 О, поэтому на выходе сформирован ; также О и БУР 9 отключен. Двигатель подачи может вращаться только направлении, обеспечивающем подачу 45 электрода вниз.

На верхних выводах (входах) ЛЭ и 14 1, на нижних входах этих эл ментов - О. Поэтому на их выхода

50 сформированы 1, которые генериру ют такой же сигнал на выходе ЛЭ 12 разрешая вращение двигателя подачи электрода. При перемещении последн го в сварочную ванну на датчике 3

55 формируется сигнал, поступающий че рез ПУ 6 на верхний вход ЛЭ 15 и п держивающий, логический О на его ходе по окончании действия сигнала на выходе одновибратора 7.

напряжении и подаче электрода, а также включенное состояние.механизмов реверса и подачи электрода, О со- ответствует отсутствию упомянутых сигналов и отключенному состоянию механизмов) .

Для выполнения указанных выше функций в устройство введены датчик подачи электрода в сварочную ванну, дешифратор и одновибратор. Дешифратор необходим для логического анализа текущей ситуации процесса сварки в соответствии с таблицей и выдачи

сигналов блокам управления реверсом и подачей электродов. Одновибратор введ€Ш для первоначального пуска двигателя подачи электрода.

Для сопряжения уровней сигналов с

датчиков с входными сигналами дешифратора и одновибратора между их входами и датчиками установлены преобразователи уровня.

Устройство работает следующим образом.

При нажатии кнопки Пуск-сварка на дуговой промежуток подается напряжение. Если электрод не замкнут на изделие, то ток в сварочной цепи буПУ 4 будет О, а на инверсном - 1. На выходе ПУ 5 - 0. Фронтом отрицательного импульса с выхода ПУ 5 запускается Одновибратор 7. На его выходе на короткое время формируется 1, генерируя логический О на выходе ЛЭ 15.

Проанализируем теперь состояние ЛЭ 1, 13 и 14.

На верхнем и нижнем входах ЛЭ 11 О, поэтому на выходе сформирован также О и БУР 9 отключен. Двигатель подачи может вращаться только в направлении, обеспечивающем подачу электрода вниз.

На верхних выводах (входах) ЛЭ 13 . и 14 1, на нижних входах этих элементов - О. Поэтому на их выходах

сформированы 1, которые генерируют такой же сигнал на выходе ЛЭ 12, разрешая вращение двигателя подачи электрода. При перемещении последнего в сварочную ванну на датчике 3

формируется сигнал, поступающий через ПУ 6 на верхний вход ЛЭ 15 и поддерживающий, логический О на его выходе по окончании действия сигнала на выходе одновибратора 7.

Электрод поступает вниз до соприкосновения с изделием.

Рассмотрим два случая соприкосно- вения электрода с изделием. В первом случае обеспечивается электрический контакт торца электрода с изделием, во втором случае из-за наличия шлака на торце электрода, загрязнения изде- ЛИЯ такого контакта нет,

В первом случае на прямом выходе НУ 4 появляется 1, а на инверсном - О. Напряжение при коротком замыкании снижается до нуля и на выходе

ПУ 5 - 1. Электрод, упираясь в из- 15 делие, останавливается и на выходе ПУ 6 - О.

Импульсом тока короткого замыкания запускается по верхнему входу одновибратор- 7, при этом на нижнем входе ЛЭ 14 - О. На обоих входах ЛЭ 11 - 1, поэтому и на его выходе аналогичный сигнал, разрешающий работу БУР 9. Носпедний в этом случае обеспечивает реверс направления вра- 25 щения двигателя подачи электрода.

На верхних входах элементов 13 и 14 - О, а на нижнем ЛЭ 13 - 1. Носкольку такой же сигнал и на нижнем входе ЛЭ 14, то на обоих входах и на выходе кЛЭ 12 - 1. Разрешена работ.а БУП 10. Двигатель подачи злек трода врал1ается в противоположном направлении относительно первоначального, подавая электрод вверх до возбуждения дуги. Нри этом на выходе НУ 5 формируется О, отключающий через ЛЭ 11 БУР 9, электрод начинает поступать в ванну. Идет процесс сварки (наплавки. Поскольку характер сигналов на входах ЛЭ 1 не изме}1ился, а На обоих входах ЛЭ; 13 - О, то и выходные сигналы этих элементов будут прежними, разрешая работу БУН 10. .

Во втором случае, когда при касании электрода к изделию не будет обеспечен электрический конатгакт, на инверсном выходе НУ 4 сформируется 1, а на выходах НУ 5 и НУ 6 - О.

30

45

Носкольку характер .-напряжений на

.дуге и тока не изменился, то одновибратор 7 запущен не будет. Электрод, упершись в изделие торцом, не перемещается. На выходе ЛЭ 15 - 1. На верхних входах ЛЭ 13 и 14 - 1. Но- этому ( ПО- выходу ЛЭ 14, на котором. О, запреш,ается работа ЛЭ 12 и на его выходе формируется О. Двигатель подачи электрода отключается. Электд

5

5

0

5

0

род, соприкасаясь, с изделием,в сварочную ванну не подается.

Но нижнему входу ЛЭ 11 отключен и БУР,9,

Нри перемещении сварочного аппарата относительно изделия со скоростью сварки электрод торцом царапает по- .верхность изделия до момента обеспечения электрического контакта. В момент обеспечения контакта появляется О на верхних входах ЛЭ 13 и 14 и импульсом тока запускается одновибратор 7. Разрешается работа двигателя I подачи электрода, последний поступает в сварочную ванну.

Нри отключении сварочного источника -на обоих входах ЛЭ 13 формируется 1, а на его выходе - О. Аналогич- ньй сигнал будет сформирован при этом и на выходе ЛЭ 12, который запретит работу двигателя подачи электрода через БУН 10.

Таким образом, предотвращается поломка механизма подачи электрода, ог- невой части сварочного аппарата, стабилизируется процесс загкигания дуги и повьаиается качество сварного соединения.

Н зименение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет упростить процессы автоматизации и ротобизации сварочных производств, обеспечить надежное возбуждение Дуги и улучшить качество сварных конструкций.

Формула изобретения

Устройство возбуждения дуги, со-, держащее датчик тока дуги, датчик напряжения на дуге и блоки управления реверсом и работой двигателя подачи электрода, при этом датчик .напряжения на дуге соединен с входами обоих блоков управления, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества сварного соединения путем повышения стабильности процесса зажигания дуги и обеспечения можности автоматизации сварочных процессов, в-устроиство дополнительно введены датчик подачи электрода в сварочную ванну, три преобразователя уровня, одновибратор и дешифратор, состоящий из двух логических элементов 2И, двух логических элементов. 2И-НЕ и одного логического элемента 2ИЛИ-НЕ, при этом выход датчика тока

51

дуги соединен с входом первого преоб

разователя уровня, выход датчика напряжения на дуге - с входом второго преобразователя уровня, а выход датчика подачи электрода - с входом тре тьего преобразователя уровня, прямой выход которого подключен к первому входу логического элемента 2ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом одновибратора, а выход - с пер вым входом первого логического элемента 2И-НЕ, второй вход которого соединен с первыми входами одновибра тора и второго логического элемента 2И-НЕ, а также с инверсным выходом первого преобразователя уровня, пря

1 О

Источник питания включен. Электрод поступает к изделию

Источник включен. Электрод уперся в изделие. Электрического контакта нет

Источник включен. Короткое замыкание электрода на изделие Рабочий режим Отключение источника в момент сварки

89936 мой

10

10

15

выход которого подключен к первому входу первого логического элемента 2И, второй вход которого соединен с одноименными вторыми входами одновибратора и второго логического элемента 2И-НЕ, а также с инверсным выходом второго преобразователя уровня, при этом выход первого логического элемента 2И подключен к входу блока управления реверсом двигателя подачи электрода, а второй логический элемент 2И своим выходом

подключен к входу блока управления работой двигателя подачи электрода, а входами - к выходам логических элементов 2И-НЕ.

О

1 О

о о

Фил.

Составитель В.Пучинский Редактор А.Лежнина Техред Л.СёрдюковаКорректор М.Васильева

Заказ 3621/18

Тираж 894

РЧИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

,, -- ™...«,- «в-и.. - ,-.- .,,-

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Фи.Ч

l-Vwn

Подписное