Синергетический сварочный дроссель Сагирова Советский патент 1993 года по МПК B23K9/00 

Изобретение относится к синергетиче- скому оборудованию для механизированной дуговой сварки на постоянном токе плавящимся электродом.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и повышение качества сварки, производительности и расширение области применения процесса сварки с к.з. путем самонастройки дросселя в процессе сварки на оптимальную форму кривой тока.

На фиг.1 изображен синергетический сварочный дроссель в разрезе, общий вид; на фиг.2 - осциллограмма процесса сварки с синергетическим управлением.

Дроссель (фиг.1) содержит броневой ферромагнитный сердечник с силовой обмоткой 1 на стержне, собранный из двух сердечников стержневого типа 2 и 3, имеющих разрез посредине. В сердечнике 2 имеются два одинаковых зазора 4 из не ферромагнитных материалов, а в сердечнике 3 - зазоры 5, при этом зазоры 5 больше 4 и средние линии 6 этих зазоров совпадают. Между сердечниками 2 и 3 проложена не ферромагнитная прокладка 7, ослабляющая магнитное влияние сердечников друг на друга. Для выравнивания усилий сжатия частей сердечников 2 и 3 проложены проклад00

ь.

01

ел

Сл

ки 8. Сжатие производится лентой 9 с помощью стягивающего винта 10.

Синергетический сварочный дроссель работает следующим образом.

При сварке плавящимся электродом с периодическими к.з, дугового промежутка на процесс действуют возмущения по параметрам режима, состоянию сварочных материалов, геометрии сварного соединения, расположению сварочной горелки относительно соединения, поэтому при сохранении периодичности процесса с циклом короткое замыкание - горение дуги, его параметры постоянно изменяются, поэтому изменяются энергия плавления конца электрода и размеры капель жидкого металла, переносимых с конца электрода в сварочную ванну, действие электродинамических сил во время к.з, и газодинамический удар от электрического взрыва при разрыве перемычки между электродом и сварочной ванной, оказывающий основное воздействие на сварочную ванну, околошовные выплески металла сварочной ванны, формирование шва и разбрызгивание металла.

Поэтому для оптимизации сварки необходима такая динамическая система сварочного поста, которая реагировала бы на. текущие параметры процесса, воздействовала на процесс и приводила его к вынужденной организации по определенной вероятностной модели. Функции организации процесса по вероятностной модели выполняет синергетический сварочный дроссель, делая оборудование сварочного поста и сварку синергетическими. Для этого осуществляют программирование дросселя:

1. Ограничивают по максимуму диапазон длительностей кратковременных к.з. для осуществления переноса капель малых размеров при оптимальной форме кривой сварочного тока. С этой целью устанавливают в одном из сердечников стержневого типа малую величину зазоров (фиг. 1, зазоры 4) и программируют параметры процесса:

- низкие скорости нарастания тока к.з.;

- наибольшую амплитуду тока кратковременных к.з.;

- низкие скорости спада тока горения дуги после к.з.

Малые зазоры 4 в одной половине дросселя выбирают такими, чтобы обеспечивать ее насыщение при наибольшей амплитуде тока к.з., начиная с момента превышения верхнего предела максимальной длительности кратковременных к.з. В этом случае полная индуктивность дросселя в диапазоне кратковременных к.з. будет наибольшей.

2. Ограничивают по максимуму диапазон длительностей длительных к.з. для осуществления переноса капель больших размеров при оптимальной форме кривой сварочного тока. Для этого устанавливают в другом сердечнике стержневого типа большую величину зазоров (фиг.1, зазоры 5) и

программируют параметры процесса:

- низкие скорости нарастания тока к.з., поп.1:

- повышенные скорости нарастания тока к.з.;

- наибольшую амплитуду тока длительных к.з.;

- повышенные скорости спада тока горения дуги после к.з.;

- низкие скорости спада тока горения

дуги, по п.1, после повышенных.

Большие зазоры 5 во второй половине

дросселя выбирают такими, чтобы она не

насыщалась при сварке во всем диапазоне

амплитуд тока выбранного диапазона длительных к.з. В этом случае индуктивность дросселя будет зависеть от параметров процесса сварки и изменяться от наибольшей на начальной стадии к.з. до наименьшей на второй стадии к.з. и на начальной стадии

при спаде тока после зажигания дуги, с последующим переходом, к наибольшей индуктивности дросселя в процессе горения дуги.

3. Для ослабления магнитного влияния сердечников стержневого типа друг на друга необходимо, чтобы средние линии зазоров 4 и 5 совпадали, кроме этого целесообразно между двумя половинами броневого сердечника дросселя ввести про- кладку из не ферромагнитных материалов.

4. Диапазоны длительностей к.з. и соответствующие параметры процесса по п.1 и 2 зависят от числа витков силовой обмотки дросселя и величин сечений его магнитопровода. Желательно обмотку секционировать, что упрощает программирование на оптимальный режим сварки при переходе с одного диаметра электрода на другой. Поэтому грубое программирование целесообразно проводить изменением числа,витков и сечений сердечников стержневого типа с последующим точным программированием параметров процесса величинами зазоров 4 и 5.

Вероятностная модель вынужденной организации процесса сварки с периодическими к.з. дугового промежутка следующая. Когда горит дуга, образуется капля жидкого металла на конце электрода и электрод с каплей приближается к сварочной ванне.

при этом, перед касанием капли с ванной в сварочной цепи, как правило, самые мини- .мальные токи горения дуги, которые могут быть в цикле, и при таких токах синергети- ческий дроссель запрограммирован на большую индуктивность и обеспечивает низкие скорости нарастания тока к.з. при касании электрода с ванной, т.е. создаются благоприятные условия, чтобы капля не отбрасывалась от ванны.

Дальнейший ход процесса зависит от режима сварки и внешних возмущений, но сйнергетический дроссель направляет его по.пути формирования оптимальной формы кривой тока при любом дальнейшем ходе его развития. Путей или программ оптимизации, которую запрограммированный дроссель подбирает для заданного режима сварки и действующих возмущений, может

бытьдве ... ::-- . . .-: ; 1-ый путь. При горении дуги образовалась маленькая капля и наступит соответствующее ей кратковременное к.з. Синергетический дроссель запрограммирован (п. 1 программирования): для всех кратковременных к.з. индуктивность дросселя наибольшая по величине, что обеспечивает низкие скорости нарастания тока к.з. и низкие Скорости спада после зажигания дуги. . :; Тогда для переноса любой маленькой капли с электрода в ванну дроссель сформирует низкие скорости нарастания и малые наибольшие амплитуды тока к,з.; а после разрыйа; перемычки обеспечит горение дуги на низких скоростях спада тока. V; Так как наибольшие амплитуды тока к.з. невелики и незначительно, в этом случае, отличаются от минимальных токов горения дуги, то энергетические характеристики электрического взрыва перемычки также малы и процесс проходит спокойно и стабильно/ : :vЛ ;:. :::..: ; ; ;- -:,:., - : - :..

2-ой путь. При горении дуги образовалась большая капля. Тогда амплитуду тока к.з. на начальной стадии дроссель наращивает до максимума по программе; рассмотренной в 1-ом пути, но ток мал для разрыва перемычки, а время становится больше наибольшего времени кратковременных к.з., т.е. длительность K.SV затягивается. С этого момента в синергетическом дросселе предусмотрена для таких длительных к.з. дру- : гая программа изменения тока с целью оптимизировать форму кривой сварочного тока на этой стадии и не затягивать время к.з. (п.2 программирования).

Осуществляется самонастройка дросселя на другую программу - это происходит в тот момент, когда, наибольшая амплитуда тока к.з. превысит запрограммированную

наибольшую амплитуду тока кратковременных к.з. и сердечник стержневого типа с зазорами 4 войдет в режим насыщения, следовательно индуктивность дросселя умень- 5 шится и будет определяться зазорами 5 другой половины дросселя. Произойдет программное увеличение скорости нарастания тока к.з. с ограничением по максимуму времени перехода больших капель с элект10 рода в ванну и амплитуды тока к,з. После чего зажигается дуга, параметры горения которой аналогично программируются дросселем за счет изменения его индуктивности при спаде сварочного тока: на начал ь15 ной стадии резко снижается амплитуда тока горения дуги за счет большой скорости спада тока, близкой по величине повышенной скорости его нарастания и переводится горение дуги на меньшие токи и скорости его

0 спада, близкие по величине низким скоростям нарастания.

Порядок чередования программ в сине- ргетическом сварочном дросселе в процессе сварки заранее не. определен и будет

5 зависеть от характера возмущений при

.. сварке

Запрограммированный для выбранных режимов сварки сйнергетический сварочный дроссель/ являясь частью динамиче0 ской системы сварочного поста при сварке с к. з., задает алгоритм работы системы, причем на каждой стадии процесса сварки ал- Г. горитм определен однозначно, т.е. детерминирован, и есть результативность

5 алгоритма.

.Органами регулирования режима сине- ргётического оборудования сварочного по-ста, также как и в обычном оборудовании, являются ручки настройки сварочного тока

0 и напряжения, средние величины которых

остаются при сварке неизменными, а за- программированный сйнергетический сварочный дроссель формирует для выбранных режимов сварки оптимальную форму кри5 вой сварочного тока, обеспечивая технологические преимущества на различных

стадиях процесса в цикле и стабильность

для всего процесса сварки.

Таким образом, в межэлектродном про0 межутке в процессе сварки запрограммиро- ванный синергетмческий сварочный дроссель формирует оптимальную потехно- логическим свойствам форму кривой тока, реализуя соответствующие программы оп5 тимизации в течение цикла и порядок их чередования в процессе сварки в зависимости от действующих в текущий момент возмущений, что и определяет вероятностную модель вынужденной организации процесса сварки.

Призер вынужденной организации процесса сварки с периодическими к.з. дугового промежутка при синергетическом управлении иллюстрирует фиг.2.

Первому к.з. на осциллограмме предшествует горение дуги, при котором сформировалась капля на конце электрода малых размеров, поэтому дроссель реализует 1-ю программу развития процесса для кратковременных к.з. и обеспечивает низкие скорости нарастания тока к.з. и спада тока горения дуги при небольшой амплитуде тока к.з.

Второму к.з, предшествует горение дуги, при котором сформировалась kaпля на конце электрода больших размеров, поэтому дроссель реализует 2-ую программу развития процесса для длительных к.з. и обеспечивает низкие скорости нарастания тока к.з. (по 1-ой программе), переходящие в повышенные, формирует наибольшую амплитуду тока к.з. в момент разрыва перемычки и после зажигания дуги обеспечивает большие скорости спада тока, переходящие в низкие (по 1-ой программе) с соответствующим уменьшением амплитуды тока горения дуги.

Притретьем и четвертом к.з.- синергети- ческий дроссель сформировал кривую тока по 1-ой программе, так как соответствующие длительности к.з. и капли жидкого металла были меньше запрограммированных максимальных значений для этой программы.

При пятом к.з, процесс формирования оптимальной формы кривой тока изменился и вернулся по программе ко второму к.з.

Таким образом, самонастройка дросселя, в зависимости от действующих в процессе сварки возмущений, проявляется в реализации различных программ, порядке их чередования, изменении величин наибольших амплитуд токов к.з. при переходе от к.з. к горению дуги при программировании ограничения их по максимуму.

Рассмотренная в примере вероятностная модель вынужденной организации процесса сварки, например, при механизированной сварке в углекислом газе электродной проволокой диаметром 0,8 мм при использовании синергетического дросселя, выполненного на сердечнике броневого типа, у которого малые зазоры сердечника стержневого типа 0,2 мм в одной половине, а большие 1,5 мм во второй, между двумя половинами которого проложена не ферромагнитная прокладка, образующая зазор 0,5 мм при индуктивности дросселя в ненасыщенном состоянии 3,5 103 Гн, для формирования параметров кратковременных к.з,, и при насыщении одной половины 0,8-10 Гн, для формирования параметров длительных к.з., позволяют получить стабильный процесс сварки во всех пространственных положениях тонколистовых конструкций, например толщиной 0,5-0,8 мм на токах от 15 до 50 А.

Нижний предел возможных токов при сварке электродной проволокой диаметром

0 0,8 мм в процессах с к.з,, без использования синергетического сварочного оборудования, когда еще возможна сварка и не нарушается стабильность процесса, составляет 50-60 А 1, с. 119, 4, .. .... .

5 Таким образом, синергетическое управление процессом сварки с к.з. позволяет при сварке проволокой диаметром 0,8 мм снизить в 4 раза минимально возможные .токи при сварке тонколистовых конструк0 ций, что не только расширяет область применения сварки тонкими, электродными проволоками, но и позволяет во многих случаях заменить сварку неплавящимся электродом .на более производительную и

5 экономическую-плавящимся. ,

Синергетический сварочный дроссель по сравнению с прототипом обеспечивает:

-- повышение качества и расширение области применения сварки с к.з., благода0 ря увеличению стабильности процесса, уменьшению разбрызгивания металла и улучшению формирования шва, путем самонастройки динамической системы поста на оптимальную форму кривой сварочного тока

5 за счет реализации дросселем соответствующих программ оптимизаций в течение цикла и порядка их чередования в процессе сварки в зависимости от действующих возмущений; ... . ,. .

0 -повышение производительности сварки, что достигается ограничением наибольшего времени длительных к.з. путем форсирования перехода капли электродного металла в сварочную ванну, а также воз5 можностью замены сварки тонколистовых конструкций неплавящимся электродом на сварку плавящимся .электродом, с синергетическим управлением; .s. . :

- простоту конструкции и программиро- 0 вания, надежность в работе. Формул а из о б ретени я 1. Синергетический сварочный дроссель, содержащий броневой ферромагнитный сердечник с зазором и силовую обмотку 5 на стержне, включенную последовательно в сварочную цепь, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности.и качества сварки при расширении области применения, сердечник дросселя выполнен составным из двух половин, каждая из которых представляет собой сердечник стержневого типа с разрезами в поперечной плоскости стержней, при этом обе части каждого из сердечников стержневого типа установлены относительно упомяну- той плоскости с двумя зазорами, которые заполнены неферромагнитным материалом, причем ширина зазоров одной полови- ны больше ширины зазоров другой половины, а средние линии всех зазоров совпадают.

Ч V Л

2. Дроссель по п.1,отличающийся тем, что, с целью ослабления магнитного влияния сердечников стержневого типа друг на друга, между двумя половинами броневого сердечника установлена прокладка из неферромагнитных материалов.

3. Дроссель по п. 1,отличающийся тем, что, с целью упрощения настройки дросселя, силовая обмотка выполнена секционированной.

Изобретение относится к синергетиче- скому оборудованию для механизированной дуговой сварки на постоянном токе плавящимся электродом в процессах с короткими замыканиями дугового промежутка. Сущность изобретения: дроссель для повышения качества, производительности и расширения области применения сварки формирует оптимальную по технологическим свойствам форму кривой тока, реализуя соответствующие программы оптимизации в течение цикла и пбрядок их чередования в процессе сварки в зависимости от действующих возмущений. В сварочном дросселе с сердечником броневого типа с зазором и силовой обмоткой, включенной последовательно в сварочную цепь, сердечник выполнен из двух половин, собранных из сердечников стержневого типа с разрезами посередине. При этом образованы по два одинаковых зазора из неферромагнитных материалов в каждой половине, причем зазоры второй половины больше первой и средние линии этих зазоров совпадают. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. ел с

, SQ5тО. . ..Л

-SJ- повышенные . ° -, - низкие

dtdt