Устройство для управления электродуговой сваркой

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКОЙ, содержащее выпрямитель, выход которого связан с входами двух пороговых элементов, задатчик и последовательно Ьключенные блок Сравнения, релейный элемент, схему совпадения,первый формирователь импульсов, тиристорный преобразователь , выход которого связан со сварочной горелкой и через блок обратной связи с первым входом блока сравнения, причем выход первого порогового элемента связан с вторым входом схемы совпадения, а выход второго порогового, элемента связан с вторым входом формирователя импульсов , о тлич ающее с я тем. что, с целью расширения технологических возможностей устройства, оно дополнительно снабжено сумматором, переключателем режимов работы, генератором импульсов, двумя блоками временной задержки, вторым формирователем импульсов и третьим пороговым элементом, выход которого подключен к входам блоков временной задержки , выходы которых соединены с входами второго формирователя импуль (/) сов , один из входов переключателя режимов работы подключен к выходу С второго формирователя импульсов, а другой его вход к выходу генератора § импульсов, при этом выходы переключателя режимов работы и источника напря жения задания подключены; -,входам сумматора напряжения, выход которого соединен с вторым ходом блока орав 09 00 нения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ШИМИ

PECflVSËÈК, SU.„2 802

ГОСУДАРС НЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ И Of HPÛÒÈÉ

ОПИСЫВАНИЕ . ИЗОБРЕТЕНИЯ (д) В 23 К 9/10

Н AST0PCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3537736/25-27 (22) 21.01.83 (46) 11. 15.84. Бюл. N. 42 (72) В.В.Худяков, С.А.Кресняков, В.А.Шереметьев и А.Д.Гололобов (71) Челябинский политехнический ин,ститут им. Ленинского комсомола и Уральский филиал Государственного научно-исследовательского института автомобильного транспорта (53) 621.791.75(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 791487, кл. В 23 К 9/16, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

В 747646, кл. В 23 К 9/10, 1978 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКОЙ, содержащее выпрямитель, выход которого связан с входами двух пороговых элементов, задатчик и последовательно включенные блок сравнения, релейный элемент, схему совпадения, первый формирователь импульсов, тиристорный преобразователь, выход которого связан со сварочной горелкой и через блок обратной связи с первым входом блока сравнения, причем выход первого порогового элемента связан с вторым входом схемы совпадения, а выход второго порогового, элемента связан с вторым входом формирователя импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью расширения технологических возможностей устройства, оно дополнительно снабжено сумматором, переключателем режимов работы, генератором импульсов, двумя блоками временной задержки, вторым формирователем импульсов и третьим пороговым элементом, выход которого подключен к входам блоков временной задержки, выходы которых соединены с вхо- Е дами второго формирователя импульсов, один из входов переключателя режимов работы подключен к выходу второго формирователя импульсов, а другой его вход к выходу генератора

Ф импульсов, при этом выходы переключателя режимов работы и источника напря .жения задания подключены,к .,входам счкматора напряжения, выход которого соепинен с вторым входом блока срав . кения.

11238

Изобретение относится к сварочной технике, в частности к устройствам управления электродуговой сваркой тонколистовых конструкций.

Известно устройство для дуговой 5 сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, содержащее сварочный выпрямитель, индуктивность, сопротивление, конденсатор, коммутирующий и вспомогательный тиристоры, схе10 му управления, датчик непрерывного контроля размеров перемычки жидкого металла, сварочную головку, дополнительную индуктивность, дополнительный тиристор и схему управления дополнительным тиристором (13.

Недостатком известного устройства является ограничение амплитуды тока короткого замыкания за счет включе20 ния балластного сопротивления, на котором неоправданно теряется мощность. Кроме того, схемное исполнение не позволяет использовать устройство для полуавтоматической сварки тонколистных конструкций, где необходимо осуществлять коммутацию тока в начале короткого замыкания. Устройство не может быть использовано для ручной электродуговой сварки.

Известно устройство для управления тиристорным преобразователем, содержащее блок обратной связи, формирователь импульсов, релейный элемент, задатчик и блок сравнения, выход которого соединен со входом релейного элемента, оДин из входов блока срав.нения подключен к задатчику, а другой

его вход — к выходу блока обратной связи, вход блока обратной связи подключен к выходу тиристорного пре- 40 образователя,управляющие входы которого. подключены к выходам формирователя импульсов. Устройство снабжено схемой совпадения, выпрямителем напряжения сети и двумя пороговыми эле- 45 ментами. Устройство за счет автоматического регулирования и ограничения минимального и максимального углов зажигания тиристоров преобразователя позволяет достичь устойчивой работы преобразователя при изменении нагрузки от холостого хода до короткого замыкания в диапазоне углов регулирования 0 — (160-170} и обеспечивает высокую точность регулировг- 55 ния тока в заданных пределах Г2 3.

Однако устройство предназначено для ручной электродуговой сварки штуч02 2 ными электродами и не может быть использовано для импульсно-дуговой сварки как штучным, так и плавящимся электродами в защитных газах, Бель изобретения — расширение технологических возможностей устройства.

Поставленная цель достигаФтся тем, что устройство для управления электродуговой сваркой, содержащее выпрямитель, выход которого Связан с входом двух пороговых элементов, задатчик и последовательно включенные блок сравнения, релейный элемент, схему совпадения, первый формирователь импульсов, тиристорный преобразователь, выход которого связан со сварочной горелкой и через блок обратной связи с первым входом блока сравнения, причем выход первого порогового элемента связан с вторым . входом схемы совпадения, а выход второго порогового элемента связан с вторым входом формирователя импульсов, дополнительно снабжено сумматором, переключателем режимов работы, генератором импульсов, вторым формирователем импульсов, двумя блоками временной задержки и третьим пороговым элементом, выход которого подключен к входам блоков временной задержки, выходы которых соединены с входами второго формирователя импульсов, один из входов переключателя режимов работы подключен к выходу второго формирователя импульсов, а другой его вход " к выходу генератора импульсов, при этом выходы переключателя режимов работы и источника напряжения задания подключены к входам сумматора напряжения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения.

Г

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для управления тиристорным преобразователем, на фиг.2-4— временные диаграммы, характеризующие работу устройства при различных режимах.

Устройство для управления электродуговой сваркой содержит блок -1 сравнения, релейный элемент 2, схему

3 совпадения, первый формирователь 4 .импульсов,тиристорный преобразователь 5, блок 6 обратной связи, задатчик 7, пороговый элемент 8, выпрямитель 9 напряжения сети, поооговый элемент 1О, сварочную

3 1123 горелку 11, пороговый элемент 12, блоки 13 и 14 временной задержки, втброй формирователь 15 импульсов, генератор 16 импульсов, переключатель

17 режимов работы и сумматор 18 напряжений. Один из входов блока 1 сравнения подключен к выходу блока 6,обратной связи, вход которого соединен с выходом тиристорного преобразователя 5, управляющий входы которого подключе- 10 ны к выходам формирователя 4 импульсов. Пороговый элемент 8 своим выходом подключен к одному из входов схемы 3 совпадения, к другому входу которой подсоединен выход релейного элемента 2. Выходы схемы 3 совпадения и порогового элемента 10 подключены к входу формирователя 4 импульсов °

Ко входам пороговых элементов 8 и 10 подсоединены выпрямитель 9 напряжения20 сети. Выход порогового элемента по напряжению на дуге подключен ко входам блоков 13 и 14 временной задержки, выходы которых соединены со входами формирователя 15 импульсов. Один25 из входов переключателя 17 режимов работы подсоединен к выходу формирователя 15 импульсов, другой его вход — к выходу генератора 16 импульсов. Выходы переключателя 17 режимов

Работы и источника 7 напряжения задания подключены ко входу сумматора

18 напряжений, выход которого соединен со входом блока 1 сравнения.

Блок 1 сравнения предназначен для 35 сравнения мгновенного значения напряжения обратной связи 0, пропорционального сварочному току, и напряжения задания 0 с выхода сумматора 18 напряжений . 40

Релейный элемент 2 служит> для преобразования разности напряжений обратной связи 0 и напряжения задания ос

0 в последовательность импульсов 45 с частотой и скважностью, определяемой величиной и формой сигнала обратной связи с выхода блока 6 обратной связи

Схема 3 совпадения предназначена 50 для автоматического перехода с релейного режима управления тиристорным преобразователем 5 на фазовый режим, Первый формирователь 4 импульсов 55 служит для формирования управляющих импульсов на тиристоры преобразователя 5.

80 4

Пороговые элементы 8 и 10 формируют прямоугольные импульсы при превьппении выпрямленного двухполупе- риодного напряжения, поступающего с выхода выпрямителя 9 напряжения, сети, фиксированного порогового напряжения каждого из пороговых элементов.8 и 10.

Выпрямитель 9 напряжения сети позволяет синхронизировать во времени работу пороговых элементов 8 и 10, а также тиристорного преобразо- . вателя 5.

Пороговый элемент 12 вырабатывает прямоугольные импульсы при превышеиии напряжения на дуге 11 фиксированного порогового напряжения, определяя начало и конец коротких замыканий дугового промежутка. коротких замыканий дугового промежутка.

Блок 13 временной задержки служит для задержки информации о начале коротких замыканий и запуска формирователя 15 импульсов.

Блок 14 временной задержки предназначен для задержки информации о конце коротких замыканий и запирания формирователя 15 импульсов.

Второй формирователь 15 импульсов служит для формирования прямоугольных импульсов напряжения задания U>

Ъ1

Генератор 16 импульсов вырабатыва ет прямоугольные импульсы напряжения задания 0и регулируемой длительности частоты и амплитуды.

Переключатель 17 режимов работы служит для перехода. от одного вида сварки, реализуемого устройством, на другой в соответствии с требованиями" технологии.

Сумматор 18 напряжения предназначен для суммирования напряжения задания U> с выхода задатчика 7 с напряжением U> от второго формирователя

15 импульсов или с напряжением задания U с выхода генератора 16 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

В положении j переключателя 17 режимов работы устройство реализует процесс ручной электродуговой сварки стационарной дугой. При этом на сумматор 18 напряжения и блок 1 сравнения подается только постоянное по величине напряжение 0 от задатчика 7. В зависимости от соотношения

1123802

5 величины напряжения ц на выходе блока 6 обратной связи и напряжения задания U„ на выходе сумматора 18 напряжений устройство управления тирис торным преобразователем может рабо- 5 тагь в релейном (00 (О ) или в фазовом (00 7 U ) режимах. В процессе возбуждения дуги и при нарастании сварочного тока до установившегося значения устройство работает в релей-.!О ном режиме. При У (0 релейный элемент 2 "Выключен", т.е. íà его выходе имеется постоянное напряжение, при 00 ) 0 релейный элемент ос

2 "Включен", т.е. на его выходе нет напряжения (фиг.2).

Ппи разомкнутой сварочной цепи напряжение обратной связи U на выходе блока 6 обратной связи равно нулю, релейный элемент 2 находится в состоянии Выключено, а постоянное напряжение с его выхода поступает на один из входов схемы 3 совпадения.

Одновременно с выпрямителя 9 напряжения сети поступает двухполупериодаое выпрямленное напряжение сети на в ."оды пороговых элементов 8 и 10, име-. ющих фиксированные значения пороговых напряжений О„ и 0„ соответственно.

На выходах пороговых элементов появляются прямоугольные импульсы, длительность которых определяется величинами пороговых напряжений. Длительность импульсов на .выходе порогового элемента 8 близка к полупериоду 35

-напряжения сети и соответствует ве- .личине порогового напряжения Ов

Эти импульсы поступают на один из входов схемы 3 совпадения, на другой вход которой подается постоянное на- <0 пряжение с выхода релейного элемента 2, и проходят на вход формирователя

4 импульсов. Одновременно на вход формирователя 4 импульсов подаются пря- моугольные импульсы с выхода порогово- 45 го элемента 10, длительность которых меньше длительности импульсов, посту- . пающих с выхода порогового эле|ента 8.

В соответствии с импульсами, поступающими с выхода пороговых элемен-5О тов 8 и 10, формирователь 4 импульсов подает на управляющие электроды тиристоров преобразователя 5 импульсы, ограничивающие минимальный и максимальный углы открывания тиристоров. При этом по переднему фронту импульсов, пришедших с выхода порогового элемента 8, формируются импульсы управления, ограничивающие минимальный угол зажигания тиристоров. При поступлении этих импульсов на управляющие электроды тиристоров преобразователя

5 на его выходы появляется практически полное выпрямленное напряжение.

По заднему фронту прямоугольных им4 пульсов, пришедших с выхода порогового элемента 10,формируются запускающие

l импульсы, ограничивающие максимальный угол открывания тиристоров1в пределах

160-!70 для достижения устойчивой работы преобразователя при изменении нагрузки вплоть до короткого замыкания.

При возбуждении дуги касанием электродом свариваемых иэделий в сварочной цепи начинает протекать сварочный ток. На выходе блока 6 обратной связи появляется напряжение 0 пропорциональное мгновенному значению сварочного тока. По мере увеличения сварочного тока в переходном режиме увеличивается и напряжение обратной связи U, которое в блоке 1 сравнивается с напряжением задания 0, поступаюшим с выхода сумматора 18 напряжений. Разность между мгновенными значениями напряжения обратной связи и напряжения задания подается на релейный элемент 2, и далее схема работает как описано до тех пор, пока сварочный ток не достигнет установившегося значения, т.е. в течение

;2-3 периодов питающего напряжения.

При О 3 U устройство переходит в режим. фазового управления преобразователем 5 (фиг.3).. В установившемся режиме релейный элемент 2 периодически переключается с частотой пульсаций сварочного тока.

В моменты равенства напряжений обратной связи О и Ц на выходе релейного элемента 2 формируются прямоугольные импульсы, которые поступают на один из входов схемы 3 совпадения. На другой вход схемы 3 совпадения поступают прямоугольные импульсы с выхода порогового элемента 8. В результате совпадения импульсов, поступивших на оба входа схемы 3 совпадения, на ее выход проходят импульсы с выхода релейного элемента 2, Эти импульсы поступают на вход формирователя 4 импульсов, который формирует запускающие импульсы, подаваемые на управляющие электроды тиристоров преобразователя 5. При этом устанавливается угол зажигания тирис1123802 торов, соответствующий заданию по току. Случайное изменение сварочного тока, например в сторону уменьшения,, вызывает уменьшение напряжения обрат. ной связи 0О . Момент равенства 0О =

= U и появление импульсов íà выходе

3 релейного элемента 2 наступает раньше, чем приводит к уменьшению угла открывания тиристоров и увеличению

10 напряжения на выходе тиристорного преобразователя 5. При этом сварочный ток практически за 2-3 периода питающего напряжения вновь достигает заданной величины. В фазовом режиме

15 также, как и в релейном режиме, на тиристори поступают запускающие импульсы, сформированные формирователем импульсов 4 по заднему фронту импульсов пришедших с выхода порогоЭ

20 вого элемента 10, причем эти запускающие импульсы ограничивают максимальный угол зажигания тиристоров в пределах 160-170

В положении П переключателя 17 режимов работы устройство реализует процессы ручной дуговой и полуавтоматической сварки с наложением на заданный постоянный ток дуги импульсов ,тока фиксированной величины, начало и конец которых определяется, со30 ответственно, началом и концом коротких замыканий дугового промежутка.

Процесс сварки с короткими замыканиями.дугового промежутка харак3S теризуется чередованием периодов горения дуги, в течение которых происходит плавление электрода, и коротких замыканий, во время которых осущестгляется перенос расплавленного металла в шов. При этом напряжение на дуговом промежутке меняется, соответственно от напряжения дуги практически до нуля. Пороговый элемент 12 переключается в соответ45 ствии с изменением напряжения на дуге (фиг.4).

В начале короткого замыкания (момент C ) по заднему фронту импульсов с выхода порогового элемента 12 запускается блок 13 временной эадерж50 ки, при этом на выходе формирователя

15 импульсов напряжение равно нулю.

На один из входов блока 1 сравнения подается постоянное напряжение задания 03 от сумматора 18 напряжений, определяемое источником 7 напряжения задания.В соответствии с величиной U> в сварочной цепи протекает сварочный ток. За период короткого замыкания капля расплавленного металла перетекает в шов под действием сил поверхностного натяжения и собственного веса. Происходит разрыв перемычки жидкого металла и возбуждение дуги (момент t>). При этом по переднему фронту импульса с порогового элемента 12 запускается блок 14 временной задержки.

По окончании временной задержки, формируемой блоком 13, запускается формирователь 15 импульсов, от которого напряжение задания 0Э че1 рез переключатель 17 режимов работы поступает на вход сумматора 18 напряжений, где складывается с постоянным напряжением задания U от источни3 ка 7 напряжения задания, Суммарное напряжение 03 = 03 + 03 с сумматора

18 напряжений подается "на один из входов блока 1 сравнения (момент C3).

С этого момента в сварочной цепи протекает сварочный ток, соответствующий напряжению задания 0 . 3а время наложения импульса тока происходит интенсивное плавление электрода..

По окончании временной задержки, формируемой блоком 14 (момент 1 ), . напряжение на выходе формирователя 15 импульсов падает до нуля. При этом .на один из входов блока 1 сравнения подается напряжение 03 от сумматора 18 напряжений. Ток в дуге падает до значения, соответствующего напряжению задания U . В момент времени 3 дуговой промежуток закорачивается каплей расплавленного металла, и цикл работы устройства повторяется.

В установившемся режиме, в моменты времени, когда ток дуги соответствует напряжениям задания U или U =

Э вЂ” 03 + 03, ycTpoAcTso работает в фазовом режиме. В переходные моменты времени (13 и 1 ) устройство может работать как в фазовом, так и в релейном режимах в зависимости от величины напряжения задания 0 . Релейно1 фазовое управление углами открытия тиристоров преобразователя описано.

Значения напряжений задания 03 и

U3 и временных задержек, фориируе3 мых блоками -13 и 14, устанавливаются в зависимости от технологических условий сварки.

В положении Ш переключателя 17 режимов работы устройство реализует процессы ручной дуговой и полуавтома1123802

l0 тической сварки с наложением на заданный постоянный ток дуги импульсов тока фиксированной частоты, длительности и амплитуды..Нри этом на один из входов блока 1 сравнения от сумматора 18 напряжений подается напряжение, форма которого определяется напряжением задания Ц, поступающим на вход сумматора 18 напряжений.от источника 7 напряжения задания, и по- 1О следовательностью импульсов напряжения фиксированной частоты, длительности и амплитуды, подаваемой через переключатель 17 режимов работы генераторам 16 импульсов.

В установившемся режиме, когда ток дуги соответствует напряжениям задания О. или 0> = U> + 0, устройство работает в фазовом режиме.При переходе 1 от напряжения задания "Ц к напря3 жению 0 и наоборот устройство может работать в фазовом или в релейном режимах в зависимости от величины напряжения задания 0

ИЗ

Значения напряжений задания 0

З 9

0„, длительности 1„ и частоты fä следования набираются в зависимости от технологических условий сварки.

Предлагаемое устройство для управления тиристорным преобразователем дает возможность использовать. преобразователь при ручной дуговой сварке стационарной и импульсной дугой, а также при полуавтоматической импульсно-дуговой сварке. В зависимости от,технологических требований, конструктивных особенностей и типа свариваемых изделий устройство реализует наиболее выгодный процесс сварки. Применение устройства при сварке тонколистовых конструкций (особенно при ремонте кузовов автомобилей) позволяет повысить производительность труда по сравнению с дуговой сваркой, производить качественные сварочные соединения конструкций иэ металла толщиной 0,5-0,2 мм без прожогов, снизить потери металла на разбрызги ванне и.расход электроэнергии.

1123802 дх 9 алых илг

Bwx.1 дх. 1 ды дым.

Фиа Л

1123802

ga». f

8эя. дам.

Ваи.

Фиа4

ЗНЮЯК: Заказ 8180/13 Тираж 103б Подпнсаое

Фиаваа ШШ "Иатеат", r,Óàæðîä, уа.йраекткви, 4