Универсальный игнитронный прерыватель Советский патент 1952 года по МПК B23K11/24 G05F1/42 H03K17/52 

Электрическая сварка легированных сталей и цветных металлов является одной из сложных проблем в области контактной сварки.

В силу своих физических свойств указанные металлы и особенно алюминиевые сплавы и нержавеющие стали требуют жестких режимов сварки и соответственно специальных конструкций сварочных машин и электрического оборудования, обеспечивающих устойчивое ведение сварочного процесса.

При электросварке алюминиевых сплавов следует учитывать, что они обладают больщой электро- и теплопроводностью, способностью быстро окисляться при соприкосновении с воздухом и при нагреве почти мгновенно переходить из твердого состояния в жидкое.

Высокая электропроводность алюминиевых сплавов требует повышенных токов, примерно в два-три раза превышающих ток, требуемый при сварке материала такой же толшины из малоуглеродистой стали.

Вследствие большой теплопроводности алюминиевых сплавов сварочный ток должен действовать в течение весьма короткого промежутка времени для того, чтобы предотвратить нагрев металла на участке, смежном с участком сварки.

Расплавление металла должно происходить только между свариваемыми листами на глубину, примерно, в пределах до 50% от толщины материала.

Небольшие отклонения в величине тока, времени сварки или давления могут привести к неисправимому браку.

Для получения удовлетворительного качества, с точки зрения механических свойств и индентичности соединений от сварки к сварке, необходимо точно регулировать как величину сварочного тока, так и длительность его протекания. Эти величины не должны отклоняться более чем на 5% от установленных значений.

Контактная сварка нержавеющих сталей требует так же, как и сварка алюминиевых сплавов, особо жестких режимов сварки, хотя физические свойства нержавеющих сталей резко отличны от физических свойств алюминиевых сплавов.

№ 94552- 2 -

При сварке нержавеющих сталей необходимо учитывать их низкую тепло- и электропроводность, повышенное сопротивление пластическим деформациям и склонность к выпадению карбитов хрома.

Жесткие режимы сварки уменьшают зону разогрева металла и сохраняют механические свойства основного металла над местом сварки.

Предметом данного изобретения является игнитронный, прерыватель с тиратроиным управлением, обеспечиваюш;ий качественную точечную сдноимпульсную, пульсируюш.ую и шовную сварку. Приспособление прерывателя к выполнению того или иного из этих видов сварки осуш,ествляется путем изъятия из принципиальной схемы тех или иных узлов.

Известные синхронные прерыватели тока способны обеспечивать жесткие режимы электросварки лишь при условии постоянства величины напряжения силовой сети, питаюш;ей сварочную машину.

Как известно, количество тепла, выделяемое в сварочной точке, изменяется пропорционально квадрату напряжения; поэтому при изменении напряжения на 10% количество тепла, выделенного в точке ,изменится на 19%, а при изменении напряжения сети на 20% количество тепла, выделенного в точке, изменится соответственно на 36%, что естественно исключает возможность удовлетворительной сварки.

Указанные изменения напряжения весьма часто имеют место в условиях эксплуатации сварочного оборудования и являются основной причиной брака.

В предлагаемом прерывателе этот недостаток устранен введением стабилизатора сварочного тока, который поддерживает сварочный ток практически неизменным при колебаниях напряжения на ±10-15%, что обеспечивает возможность получения качественной сварки в таких условиях, где без него она практически невозможна. Стабилизатор состоит из двух электронных ламп, которые вместе с питаюшей их анодные цепи обмоткой трансформатора образуют переменное сопротивление, зависимое от напряжения питающей сети и являюн1,ееся составной частью фазорегулятора прерывателя.

Универсальность прерывателя обеспечивается применением импульсного управления, при котором синхронизирующие и управляющие импульсы напряжения получаются с помощью ламповых дифференцирующих схем.

Триггерная схема с самовозбуждением задает длительность действия импульсов. В прерывателе предусмотрено раздельное регулирование величины первого и последующих импульсов тока.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема прерывателя.

Силовая часть состоит из двух игнитронов 1, включенных для пропускания переменного тока встречно-параллельно между собой и последовательно с первичной обмоткой трансформатора сварочной машины (на чертеже не показана).

Управление режимом их работы осуществляется с помощью вспомогательных (поджигающих) тиратронов 2. На сетки этих ламп от выпрямителей 3 поданы отрицательные относительно катодов напряжения смещения, величина которых вполне достаточна для надежного запирания их анодных цепей.

На сетки этих же ламп с вторичных обмоток трансформатора 4 подаются отпирающие импульсы напряжения, продолжительностью действия которых определяется полное время сварки, а их фазой - моменты возбуждения игнитронов в каждой полуволне тока.

Таким образом, необходимый режим работы прерывателя сводится к установке времени действия, частоты повторения и фазы управляющих импульсов напряжения, подаваемых на сетки тиратронов 2.

В качестве системы, обрспечивающей требуемые продолжительность действия и частоту повторения управляющих импульсов напряжения, в прерывателе применена триггерная схема с самовозбуждением, состоящая из тиратронов 5 и б, двойного триода 7 и элементов их анодных и сеточных цепей.

Действия этой схемы таковы: при замыкании контактов реле о подается питание в анодную цепь тиратрона 6. Последний возбуждается к от падения напряжения на его анодной нагрузке заряжаются конденсаторы 10 и 11, первый - через сопротивления 9, а второй - через лампу 7.

Полярность напряжения на этих конденсаторах будет такова, что их положительные обкладки окажутся подключе)шыми к катоду тиратрона 6.

Если теперь замкнуть контактами реле 12 анодную цепь тиратрона 5, то он также возбудится. При этом вследствие снижения на короткий промежуток времени анодного напряжения тиратрона 6 заряженным конденсатором 10, отрицательная обкладка которого через возбужденный тиратрон 5 окажется подключенной к аноду тиратрона 6, последний погаснет.

От падения напряжения на анодной нагрузке 13 возбужденного тиратрона 5 зарядится конденсатор 14 и перезарядится обратной полярностью конденсатор 10.

Когда тиратрон 6 погаснет, он будет удерживаться в этом состоянии напряжением заряженного конденсатора 11.

В этом положении схема будет находиться до тех пор, пока напряжение конденсатора 11, разряжающегося с момента потухания тиратрона 6, не снизится до величины, при которой сетка тиратрона 6 потеряет свое управляющее действие. Тогда тиратрон 6 вновь возбудится, что также вызовет погасание и запирание тиратрона 5 на время заряда конденсатора 14. Этот процесс Поочередного возбуждения тиратронов J и б будет продолжаться до тех пор, пока контакты реле 12 в анодной цепи тиратрона 5 остаются замкнутыми.

Изменяя величину разрядных сопротивлений, подключенных параллельно конденсаторам 14 и //, можно-в щироких пределах регулировать время возбужденного состояния тиратроиов 5 и 5.

Переключатели этих сопротивлений выведены на панель управления .прерывателя и служат для установки времени импульсов сварочного тока и интервалов между ними.

Синхронизация режима работы триггер ной схемы с частотой питающей сети осуществляется Подачей на сетки тиратронов 5 и 6 (с вторичных обмоток трансформатора 15) кратковременных импульсов напряжения, имеющего частоту питающей сети.

Эти импульсы формируются дифференцирующей схемой, состоящей-, в основном, из электронной лампы 16 и первичной отмотки импульсного трансформатора /5.

На управляющую сетку этой лампы подано с трансформатора /7 сетевое напряжение.

Рабочая область характеристики и параметры сеточной цепи лампы 16 выбраны таким образом, что ее анодный ток имеет форму иочти прямоугольных импульсов. Поэтому в моменты его резкого изменения в обмотках трансформатора 15 будут наводиться импульсы напряжения, которые и используются в качестве синхронизирующих.

Синхронизация момента возбуждения тиратрона 5 в начале процесса сварки достигается подачей на его сетку отрицательного смещения с заряженного конденсатора 18, величина которого значительно больше напряжения возбуждения тиратрона 5. Поэтому, независимо от момента замыкания контактов реле 12, возбуждение этого тиратрона произойдет лишь в момент прохождения первого положительного импульса синхро- 3 -№ 94552

№ 94552

низирующего напряжения, который на время своего действия изменит знак потенциала сетки и вызовет тем самым возбуждение тиратрона.

Синхронизация же момента отключения тиратрона 5 осуществляется с помощью электронной лампы 19. В анодную цепь этой лампы вклюЧ2на обмотка репе 12, а на экранную сетку лампы подано напряжение с анодной нагрузки тиратрона 5. Пока оно суа;ествует, реле 12 будет удерживаться во включенном состоянии, независимо от того, включена педаль или нет.

Лишь после того, когда тиратрон 5 доработает до конца цикла и погаснет, анодный ток лампы 19, вследствие уменьщения до нуля потенциа. ла экранной сетки, резко снизится и не будет в состоянии удержать реjie 12 во включенном положении, и оно отойдет.

Три1терная схема связана с устройством, формирующим импульсы напряжения для управления поджигающими тиратронами 2. Принцип его работы такой же, как и описанной выше схемы для получения синхронизирующих импульсов напряжения, и отличается лищь тем, что получаемые от него импульсы напряжения могут изменяться по фазе, и тем, что время их действия задается триггерной схемой.

Это устройство состоит, в основном, из электронной лампы 20 и первичной обмотки импульсного трансформатора 4. На управляющую сетку этой лампы с фазирующей схемы, состоящей из трансформатора 17, конденсаторов 21, 22 и потенциометров 23, 24, 25 подается переменное напряжение. Его фаза определяется либо положением движка потенциометра 23, либо положением движка потенциометра 24, в зависимости от режима работы прерывателя.

При щовном и одноимпульсном точечном режимах работы сетка лампы 20 получает напряжение с движка потенциометра 23, его положением определяется фаза импульсов управляющего напряжения, а следовательно, и угол зажигания игнитронов.

При многоимпульсной точечной сварке угол зажигания в первом импульсе сварочного тока задается также пололсением движка потенциометра 23. Но за время интервала между первым и вторым сварочными импульсами реле 26 с помощью тиратрона 27 переключает управляющую сетку лампы 20 к движку потенциометра 24; следовательно, фаза управляющих импульсов напряжения и угол зажигания игнитронов у всех последующих, начиная со второго, импульсов сваоочного тока будет определяться положением движка этого потенциометра.

На управляющую сетку лампы 2(7,кроме напряжения с фазорегулирующей схемы, подается напряжение смещения, снимаемое с движка Потенциометра 28. Изменением его величины можно в некоторых пределах изменять щирину импульсов анодного тока этой лампы, а следовательно, и расстояние между соседними имеющими разную иолярноств импульсами управляющего напряжения.

Этим достигается регулировка моментов возбуждения игнитронов относительно друг друга, т. е. регулировка среднего значения сварочного тока.

Как было сказано выще, время действия и частота новторения управляющих импульсов напряжения задается триггерной схемой. Эта связь осуществляется подачей на экранную сетку лампы 20 устройства формирующего управляющие импульсы напряжения с анодной нагрузки тиратрона 5 триггерной схемы.

Временем действия этого напряжения в конечном счете обусловлено время проводящего состояния анодной цепи лампы 20, т. е. время действия управляющих импульсов напряжения.

Таким образом время возбужденного состояния тиратрона 5 фиксирует время прохождения сварочных импульсов тока, а время, в течение которого он закрыт, - длительность интервалов между ними.

При рассмотрении работы триггерной схемы было указано, что поочередное возбуждение ее тиратронов будет продолжаться до момента выключения реле 12.

Отсюда ясно, что режим работы прерывателя - шовный, точечный многоимпульсный или точечный одноимпульсный, определяется, в оснрвном, режимом работы триггерной схемы.

Шовный и многоимпульсный точечный режимы работы прерывателя отличаются тем, что в первом случае количество импульсов сварочного тока, потребное для выполнения сварочного шва, не учитывается, тогда как во втором случае их количество, потребное для выполнения сварочного соединения, строго фиксируется.

Поэтому при шовной сварке реле 12 управляется непосредственно педалью сварщика и время действия триггерной схемы (время сварки) определяется скоростью сварки и протяженностью свариваемого изделия.

При многоимпульсной точечной сварке управление этим реле производится электронным реле времени. Здесь время действия триггерной схемы определяется вре.менем выдержки реле времени, которое устанавливается в соответствии с полным временем сварки единичного соединения.

Это время равно времени сварочного цикла (импульс+пауза), умноженному на чиаао их повторений.

Одноимнульсный режим точечной сварки может быть получен из многоимпульсного режима путем сокращения выдержки реле времени. В этом случае точность его работы не имеет существенного значения. Его функции сводятся к кратковременному замыканию цепи реле 12, Hoc,ie чего оно себя блокирует до конца сварочного цикла.

Стабилизация сварочного тока основана на автоматическом изменении угла зажигания игнитронов при колебаниях напряжения сети таким образом, чтобы эффективное значение сварочного тока оставалось неизменным.

Задающим фактором, вызывающим действие стабилизатора, является разность напряжения питающей сети и независимого источника тока.

В качестве независимого напряжения используется выпрямленное напряжение кенотронного выпрямителя 29, снимаемое с делителя напряжения 30-31. Так как питание выпрямителя 29 производится от стабилизатора напряжения, то практически выпрямленное напряжение не зависит от колебаний напряжения сети.

Нестабилизированное напряжение силовой сети через трансформатор 17 и селгновый выпрямитель 32 подается на потенциометр 33.

Разность этих двух напряжений снимается с движков потенциометров 33, 30 и подается на сетки ламп 34, 35.

Анодные цепи этих ламп питаются напряжением переменного тока от трансформатора.

Лампы 34 и 35 вместе с обмоткой трансформатора 36 работают как некоторое переменное сопротивление, величина которого зависит от величины напряжения силовой сети. Изменение, величины сопротивления этого контура вызывает перераспределение напряжений между первичной обмоткой трансформатора 36 и сопротивлением 37, что приводит к изменению фазы управляющего напряжения, подаваемого на сетку лампы 20, а следовательно, и к изменению угла зажигания игнитронов в сторону опережения при уменьшении напряжения сети и в сторону отставания при его увеличении. Параметры схемы стабилизатора тока выбраны таким образом, чтобы изменение эффективного значения сварочного тока от изменения напряжения сети компенсировалось путем изменения угла отсечки.

№ 94552

На чертеже в схеме пусковых цепей и цепей питания обозначены: 38 - кнопка «пуск, 39 - кнопка «стоп, 40 - обмотка и контакты магнитного пускателя; 41, 42 и 43 - первичные обмотки трансформаторов, А и С - полюса питающей сети. Кроме того показаны: 44 - тепловой элемент и контакты реле времени, 45 - обмотка и контакты, промежуточного электромеханического реле.

Предмет изобретения

1.Универсальный игнитронный прерыватель с тиратронным управлением для точечной одноимпульсной, пульсирующей или шовной сварки, отличаюи1ий€я тем, что, с целью обеспечения постоянства эффективного значения силы сварочного тока, независимо от колебаний напряжения питающей сети, в нем применен автоматический стабилизатор тока, состоящий из двух электронных ламп, которые вместе с питающейhx анодные цепи обмоткой трансформатора образуют переменное сопротивление, зависимое от напряжения питающей сети и являющееся составной частью фазорегулятора прерывателя.

2.Прерыватель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью универсальности и гибкости действия его схемы, в нем применено импульсное управление, при котором синхронизирующие и управляющие импульсы напряжения получаются с помощью ламповых дифференцирующих схем, а длительность действия управляющих импульсов задается триггерной схемой с самовозбуждением.

3. Форма выполнения прерывателя по п. 2, о тл ич а юща я ея тем,, что в нем применено раздельное регулирование величины первого и последующих импульсов тока.