Устройство для электродуговой сварки с принудительными короткими замыканиями Советский патент 1992 года по МПК B23K9/09 

Изобретение относится к электродуговой сварке плавящимся электродом в среде защитного газа, преимущественно в среде углекислого газа.

Одним из основных недостатков сварки в среде углекислого газа является разбрызгивание металла.

Известен способ дуговой сварки плавящимся электродом, при котором короткое замыкание осуществляется принудительно путем периодического снижения напряжения источника питания с заданной частотой.

При снижении напряжения капля расплавленного металла стремится занять соос- ное с электродом положение, что обеспечивает благоприятные условия для развития контакта капли и сварочной ванны.

Данный способ лишь частично решает задачи уменьшения разбрызгивания металла, так как не обеспечивает уменьшения

энергии взрыва перемычки, кроме того, работа по жесткой программе обуславливает высокую чувствительность к различного рода возмущениям и требует длительной настройки на необходимый режим.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство,состоящее из источника питания постоянного напряжения, транзисторного регулятора, включенного в сварочную цепь последовательно с дугой, датчика контроля тока, устройства контроля напряжения на дуге и схемы управления.

В данном устройстве реализован оптимальный алгоритм модуляции сварочного тока, что позволяет уменьшить потери металла на разбрызгивание в несколько раз по сравнению с питанием дуги от обычного источника сварочного напряжения.

Недостатком данного устройства является сложность транзисторного регулятора,

VJ CJ

со

СП Ю

которая обусловлена необходимостью высокой скорости коммутации сварочного тока, а также относительно большими тепловыми потерями на транзисторном регуляторе.

Целью изобретения является упрощение устройства и уменьшение разбрызгивания металла при сварке.

Поставленная цель достигается тем, что источник сварочного напряжения выполнен с модуляцией напряжения, а силовой регулятор подключен к выходам источника сварочного напряжения.

Совместное использование сварочного источника модулированного напряжения и силового регулятора, подключенного к выходам сварочного источника (параллельно дуге), является существенным отличием изобретения от известного.

Совместное использование источника модулированного напряжения и силового регулятора, подключенного к выходам источника сварочного напряжения, позволяет получать близкий к оптимальному алгоритм модуляции сварочного тока при небольших потерях в силовом регуляторе и более простой схеме управления.

Этот эффект обусловлен тем, что сварочный ток через силовой регулятор протекает значительно более короткое время, чем через силовой регулятор, включенный последовательно с дугой, а также тем, что силовой регулятор действует на сварочный процесс в основном только на стадии разрыва перемычки, а благоприятные условия для развития контакта капли металла и сварочной ванны обеспечиваются за счет модуляции напряжения источника питания.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - схема силового регулятора и вариант выполнения источника модулированного напряжения; на фиг. 3 - вариант выполнения схемы управления; на фиг. 4 - временные диаграммы.

Устройство состоит из источника 1 модулированного напряжения, силового регулятора 2, схемы 3 управления. Устройство подключено к сварочному электроду 4 и изделию 5. В предлагаемом устройстве силовой регулятор 2 подключен к выходу источника модулированного сварочного напряжения, схема 3 управления подключена к источнику 1 модулированного напряжения и к силовому регулятору 2.

Силовой регулятор 2 (фиг. 2) состоит из симметрично тиристорного ключа VD1 и VD2 и последовательно соединенного с ним конденсатора С1. Тиристорный ключ состоит из двух включенных встречно-параллельно тиристоров VD1 и VD2. Через симметричный тиристорный ключ обеспечивается заряд и разряд конденсатора С1.

Источник модулированного напряжения выполнен на основе стандартного управляемого сварочного выпрямителя типа ВДУ-506, в котором сделаны следующие изменения в схеме: электрод тиристора VS3 отключен от схемы управления сварочного

0 выпрямителя и подключен к схеме к управлению предлагаемого устройства;

электрод тиристора VS4 отключен от схемы управления сварочного выпрямителя и подключен к катоду, при этом тиристор

5 VS4 постоянно закрыт.

Схема управления (фиг. 3) состоит из компараторов 6 и 14 напряжения, входы которых подключены к сварочному напряжению, выход компаратора 6 подключен к

0 элементам 7 и 11 временных задержек, выходы которых подключены соответственно к формирователям 8 и 12 импульсов, выходы формирователей 8 и 12 импульсов подключены к элементам 9 и 13 гальванической

5 развязки, выход компаратора 14 подключен к формирователю 15 импульса по переднему фронту, выход которого подключен к элементу 16 гальванической развязки; минус блока 10 питания подключен к минусу сва0 рочного напряжения, а плюс блока 10 питания через диод V1 подключен к плюсу сварочного напряжения.

Устройство для электродуговой сварки с принудительными короткими замыканиями

5 работает следующим образом.

После зажигания дуги через несколько сварочных микроциклов наступает рабочий режим работы устройства, который характеризуется относительно стабильной длитель0 ностью сварочных микроциклов.

За начало микроцикла условно принято время to (фиг. 4). В этот момент рремени начинается снижаться напряжение на дуге, так как тиристор VS 4 в источнике 1 питания

5 закрыт, конденсатор С1 в силовом регуляторе 2 к этому моменту времени заряжен до напряжения UCB.

В момент времени ti дуга гаснет, напряжение на дуговом промежутке становится

0 равным Uo, это напряжение поступаете блока 10 питания. После погасания дуги расстояние между электродом, движущимся с постоянной скоростью, и сварочной ванной быстро уменьшается и к моменту времени t2

5 происходит короткое замыкание. Напряжение на дуговом промежутке становится меньше Ui, при этом срабатывает компаратор 6, выход которого подключен к элементам 7 и 11 временных задержек. Через время ri после срабатывания компаратора

6 на управляющий электрод тиристора VD1 поступает импульс, тиристор открывается (время ts) и через него и короткозамкнутый дуговой промежуток разряжается конденсатор С1. С задержкой га относительно момен- та t2 на управляющий электрод тиристора VS3 поступает импульс, сформированный формирователем 7. Открывается тиристор VS3 и ток через перемычку между электродом 4 и изделием 5 начинает увеличиваться. Напряжение на перемычке увеличивается как из-за увеличения тока, так и из-за увеличения сопротивления перемычки.

При достижении напряжения на перемычке величины Ua (время t2) срабатывает компаратор 14, формирователь 15 формирует по переднему фронту импульс, который через гальваническую развязку 16 поступает на электрод тиристора VD2.

Через открывшийся тиристор VD2 боль- шая часть тока от сварочного источника поступает на заряд конденсатора С1. Ток через перемычку резко уменьшается и ее разрыв происходит при небольшом токе, что является одним из основных условий уменьшения брызгообразования. После разрушения перемычки зажигается дуга, конденсатор С1 заряжается через тиристор VD2 до напряжения UCB, тиристор VD2 закрывается. На этом работа устройства в дан- ном сварочном микроцикле заканчивается, в следующих микроциклах работа устройства происходит аналогично описанному.

В предлагаемом устройстве каждый из составных элементов устройства (молулиро- ванный источник питания, силовой регулятор, схема управления) может быть выполнен в нескольких вариантах в зависимости от условий эксплуатации и режимов работы.

Модулированный источник питания может быть выполнен на основе тиристорных

сварочных выпрямителей (типа ВДУ-601, ВДУ-506), в которых производится модуляция задающего напряжения,

Силовой регулятор может быть выполнен в виде транзисторного ключа.

Вариант вып.олнения схемы управления зависит от типа примененного силового регулятора и типа модулированного источника питания.

Предлагаемое устройство может использоваться при сварке при обратной полярности на дуге, а также при сварке на прямой полярности.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает уменьшение разбрызгивания металла при сварке и имеет более простой силовой регулятор с меньшими тепловыми потерями и более простую схему управления. Известные устройства по уменьшению разбрызгивания металла не получали пока широкого распространения в промышленности ввиду сложности силовых регуляторов и схем управления. Использование предлагаемого устройства обеспечивает возможность более широкого применения ввиду простоты силового регулятора и схемы управления.

Формула изобретения Устройство для электродуговой сварки с принудительными короткими замыканиями, содержащее источник сварочного напряжения, силовой регулятор, соединенный со схемой управления, входы которой подключены на выходы источника сварочного напряжения, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции устройства и уменьшения разбрызгивания металла при сварке, источник сварочного напряжения выполнен с модуляцией напряжения, а силовой регулятор подключен к выходам источника сварочного напряжения.

®«/

Использование: к области электродуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа, преимущественно в среде углекислого газа. Сущность изобретения: устройство для электродуговой сварки с принудительными короткими замыканиями содержит источник сварочного напряжения и силовой регулятор со схемой управления. Источник сварочного напряжения выполнен с модуляцией напряжения, что позволяет получить близкий к оптимальному алгоритм модуляции сварочного тока при небольших потерях в силовом регуляторе и более простой схеме управления. 4 ил. ё

Риг. 2

+

UcB