Способ дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка и устройство для его осуществления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. g 4 В 23 К 9 09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3931790/25-27 (22) 29.04.85 (46) 28.02.87. Бюл. № 8 (71) Томский политехнический институт им. С. N. Кирова и 1Оргинский металлостроительный завод (72) А. Ф. Князьков, А. А. Гребенников, Ю. Н. Сараев, А. Н. Пешков, А. К. Тимошенко, В. П. Шиков, А. С. Киселев и В. Т. Федько (53) 621.791.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 528157, кл. В 23 К 9/00, 1975.

Заруба И. И. Сварка перемещением током в углекислом газе. — Автоматическая сварка, 1973, № 10, с. 64 — 68.

Патент Японии 52 — 42537, кл. В 23 К 9/06, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 682336, кл. В 23 К 9/10, 1978.

„„SU»1292959 А1 (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ С КОРОТКИМИ

ЗАМЫКАНИЯМИ ДУГОВОГО ПРОМЕЖУТКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

57) Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к сварке на переменном токе плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка. Изобретение позволяет повысить качество сварного соединения за счет повышения устойчивости процесса сварки и стабилизации переноса электродного металла в сварочную ванну. Для этого осуществляется дозирование энергии на расплавление одной капли металла за каждый полупериод питающего напряжения путем ограничения времени горения дуги, при этом переход с одной полярности на другую производят в момент начала короткого замыкания дугового промежутка. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1292959

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к сварке на переменном токе плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка.

Цель изобретения — повышение качества сварного соединения за счет повышения устойчивости процесса сварки и стабилизации переноса электродного металла в сварочную ванну.

На фиг. 1 представлена циклограмма сварного тока способа сварки; на фиг. 2— блок-схема устройства для осуществления, способа; на фиг. 3 и 4 — диаграммы токов и напряжений при работе устройства.

В момент времени 1 (фиг. 1) происходит короткое замыкание. По окончании короткого замыкания возбуждается дуга на прямой полярности (фиг. 1, фаза 2) . С этого же момента начинают дозирование энергии на расплавление одной капли, по окончании которого сварочную дугу обрывают (фиг. 1, фаза 3). Капля жидкого металла при этом под действием сил поверхностного натяжения и сил тяжести располагается соосно с электродом, что облегч ает перенос электродного металла при коротком замыкании. В момент начала короткого замыкания (фиг. 1 фаза 4) полярность сварочного тока меняют на обратную. После возбуждения дуги на обратной полярности (фиг. 1, фаза 5) дозируют энергию на расплавление одной капли причем учитывая различные условия плавления электрода на прямой и обратной полярности, время горения дуги на обратной полярности устанавливают в 1,3 в 1,5 раза больше, чем на прямой полярности. По окончании дозирования дугу вновь обрывают (фиг. 1, фаза 6) . Далее весь цикл повторяется.

Устройство для дуговой сварки на переменном токе плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка содержит источник постоянного тока 1, параллельно которому подключен тиристорный преобразователь, причем анодная группа тиристоров преобразователя, состоящая из силовых тиристоров 2 и 3, подключена через сглаживающий дроссель 4 к положительному полюсу источника питания, а катодная группа, состоящая из, силовых тиристоров 5 и 6, подключена через коммутирующий дроссель 7 к отрицательному полюсу источника питания, при этом включение силовых тиристоров 2 и 6 обеспечивает прямую полярность на дуге и в дальнейшем они условно именуются как тиристоры прямой полярности, а силовые тиристоры 3 и 5 соответственно как тиристоры обратной полярности, два диода 8 и 9, шунтирующие силовые тиристоры анодной группы в обратном направлении, конденсатор фильтра 10, нижняя обкладка которого подключена к отрицательному полюсу источника питания 1, а верхняя через блокирующий диод 11 — к анодной группе силовых ти5

?5

55 ристоров преобразователя, коммутирующий конденсатор 12, нижняя обкладка которого подключена к отрицательному полюсу источника питания, а верхняя через зарядный дроссель 13 и блокирующий диод 14 — к верхней обкладке конденсатора фильтра 10, а через вспомогательный тиристор 15 — к катодной группе тиристоров преобразователя блок управления тиристорами 16, состоящий из датчика коротких замыканий 17, вход которого соединен с входом тиристорного преобразователя, а выход с входом селектора коротких замыканий 18, два выхода которого подключены к входам блока включения тиристорного преобразователя 19 и блока выключения тиристорного преобразователя 20, при этом первый его выход подключен к первому входу блока включения тиристорного преобразователя 19 и через блок горения дуги на обратной полярности 21 к второму входу блока выключения тиристорного преобразователя 20, а второй выход подключен к третьему входу блока включения тиристорного преобразователя 19 и через блок горения дуги на прямой полярности 22 к первому входу блока выключения тиристорного преобразователя 20, причем первый выход последнего соединен с анодом и управляющим электродом вспомогательного тиристора 15, а второй соединен с вторым входом блока включения тиристорного преобразователя 19, первый выход которого подключен через блок задержки включения силовых тиристоров прямой полярности 23, а второй через блок задержки включения силовых тиристоров обратной полярности 24 к анодам и управляющим электродом соответственно тиристоров прямой полярности 2, 6 и тиристоров обратной полярности.

На фиг. 1, 2, 3, и 4, приняты следующие обозначения: вход датчика коротких замыканий 17— по данному входу поступает напряжение с входа тиристорного преобразователя, характеризующее состояние дугового промежутка; вход селектора коротких замыканий

18 — по данному входу поступает управляющий сигнал с датчика коротких замыканий 17, характеризующий момент появления напряжения на дуговом промежутке; вход 11 блока включения тиристорного преобразователя 19 — по данному входу поступает управляющий сигнал со второго выхода блока выключения тиристорного преобразователя 20, который характеризует момент выключения тиристорного преобразователя и разрешает прохождение управляющих сигналов с селектора коротких замыканий 18 на блок включения тиристорного преобразователя 19; вход 1 бЛока выключения тиристорного преобразователя 20 — по данному входу пос1292959 тупает управляющий сигнал с блока горения дуги на прямой полярности 22, характеризующий окончание дозирования энергии на расплавление одной капли; вход I I блока выключения тиристорного преобразователя 20 — по данному входу поступает управляющий сигнал с блока горения на обратной полярности 21, характеризующий окончание дозирования энергии на расплавление одной капли; выход 1 селектора коротких замыканий 18— с данного выхода поступает управляющий сигнал на вход блока горения дуги на обратной полярности 21 и первый вход блока включения тиристорного преобразователя 19, характеризующий момент возбуждения дуги на обратной полярности; выход 11 селектора коротких замыканий 18— с данного выхода поступает управляющий сигнал на вход блока горения дуги на прямой полярности 22 и третий вход блока включения тиристорного преобразователя 19, характеризующий момент возбуждения дуги на прямой полярности; выход I блока включения тиристорного преобразователя 19 — с данного выхода поступает управляющий сигнал на вход блока задержки включения силовых тиристоров прямой полярности 23, для включения тиристоров прямой полярности 2 и 6; выход 11 блока включения тиристорного преобразователя 19 — с данного выхода поступает управляющий сигнал на вход блока задержки включения силовых тиристоров обратной полярности.24, для включения тиристоров обратной полярности 3 и 5; выход 1 блока выключения тиристорного преобразователя 20 — с данного выхода поступает управляющий на включение вспомогательного тиристора 15;

1,,з, — интервал короткого замыкания дугового промежутка; — интервал холостого хода источника питания;

1-. — длительность горения дуги на прямой полярности;

t.. — длительность горения дуги на обратной полярности;

Ь, — длительность паузы тока перед коротким замыканием;

Tu. — длительность цикла плавления и переноса электродного металла при сварке на переменном токе.

Пример. Выполняют автоматическую свар ку в среде углекислого газа проволокой марки Св08Г2С диаметром 1,2 мм. Скорость подачи электродной проволоки составляет

350 м/ч, сварочный ток 180 †2 А, напряжение на дуге 22 — 23 В, скорость сварки

20 м/ч.

После истечения 7 мс с момента возбуждения дуги на прямой полярности расплавляется необходимое для данного режима сварки количество электродного металла, поэтому сварочную дугу обрывают. Отсутствие

55 давления дуги и интенсивных испарений металла способствует при этом соосному расположению капли жидкого металла с электродом. В момент начала короткого замыкания полярность сварочного тока меняют на обратную. При коротком замыкании сварочный ток значительно повышается, ускоряя перенос капли. После окончания короткого замыкания дуга возбуждается и процесс плавления начинается на обратной полярности, причем длительность горения дуги устанавливают 10 мс, после чего вновь обрывают дугу..

Потери на разбрызгивание металла составляют 2 — Зо. Сварной шов имеет равномерную чешуйчатость с плавным переходом к основному металлу.

Устройство, созданное для реализации способа сварки, работает следующим образом.

При включении источника питания 1 (1poисходит резонансный заряд конденсатора фильтра 10 и коммутирующего конденсатора

12 по цепям «+» источника постоянного тока 1 — сглаживающий дроссель 4 блокирующий диод 1 « — » источника постоянного тока 1 и «+» источника постоянного тока 1 — сгпаживаюший дроссель 4— блокирующий диод 11 — блокирующий диод 14 — зарядный дроссель 13 — коммутирующий конденсатор 12 — « — » источника постоянного тока 1 с полярностью, указанной на фиг. 2. В этот момент датчик коротких замыканий 17 вырабатывает управляющий сигнал и подает его на вход селектора коротких замыканий 18, который через I-го выход прикладывает управляющее воздействие к 1-му входу блока включения тиристорного преобразователя 19 и к входу блока горения дуги на обратной полярности 21, По окончании работы последнего с него поступает управляющий сигнал на 11-й вход блока выключения тиристорного преобразователя 20, с 1-го выхода которого поступает управляющий сигнал на открытие вспомогательного тиристора 15, а с II-го выхода сигнал, разрешающий работу блока включения тирнсторного преобразователя 19.

При открытии вспомогательного тиристора 15, по цепи: верхняя обк.падка коммутирующего конденсатора 12 — вспомогательный тиристор 15 — коммутирующий дроссель 7 — нижняя обкладка коммутирующего конденсатора 12, происходит резонансный перезаряд коммутирующего конденсатора 12, с полярностью, противоположной указанной на фиг. 2, после чего обратной полуволной напряжения в колебательном контуре: коммутирующий конденсатор

12 — вспомогательный тиристор 15 — зарядный дроссель 7, выключается вспомогательный тиристор 15. Далее происходит Ilp9текание тока по цепи заряда конденсатора фильтра 10: «+» источник постоянно1292959

20

55 го тока — сглаживающий дроссель 4 блокирующий диод 11 — конденсатор фильтр

10 — « — » источник постоянного тока, и восстановление напряжения на коммутирующем конденсаторе 12 с полярностью, указанной на фиг. 2, по цепи: нижняя обкладка коммутирующего конденсатора 12— источник постоянного тока 1 — сглаживающий дроссель 4 — блокирующий диод 11— блокирующий диод 14 — зарядный дроссель

13 — верхняя обкладка коммутирующего конденсатора 12.

Наличие управляющего сигнала на I-м входе блока включения тиристорного преобразователя 19, при поступлении на его II-й вход разрешающего сигнала приводит к подаче управляющего сигнала через I-й выход на блок задержки включения силовых тиристоров прямой полярности 23, который через заданное им время подает управляющий сигнал на включение силовых тиристоров 2 и 6.

Устройство готово к работе.

По началу короткого замыкания протекает ток по цепи: «+» источника постоянного тока 1 — сглаживающий дроссель 4 — силовой тиристор 2 — изделие— электрод — силовой тиристор 6 — коммутирующий дроссель 7 — « — » источника постоянного тока 1. С момента разрушения перемычки возбуждается дуга на прямой полярности.

В этот момент датчик коротких замыканий 17 вырабатывает управляющий сигнал и подает его на вход селектора коротких замыканий 18, который через 11-й выход прикладывает управляющее воздействие к

Ш-му входу блока включения тиристорного преобразователя 19 и к входу блока горения дуги на прямой полярности 22. Протекает процесс плавления электрода на прямой полярности. По окончании времени горения дуги на прямой полярности, установленного блоком 22, с него поступает управляющий сигнал на I-й вход блока выключения тиристорного преобразователя 20. При этом с

1-го выхоДа последнего поступает управляющий сигнал на открытие вспомогательного тиристора 15, а с II-ãî выхода — сигнал, разрешающий работу блока включения тиристорного преобразователя 19.

При открытии вспомогательного тиристора 15 по цепи: верхняя обкладка коммутирующего конденсатора 12 — вспомогательный тиристор 15 — силовой тиристор 6— диод 9 — блокирующий диод 11 — конденсатор фильтра 10 — нижняя обкладка коммутирующего конденсатора 12, протекает кратковременный обратный ток, который при водит к выключению силового тиристора 6 и последующему выключению силового тиристора 2. Далее по цепи: верхняя обкладка коммутирующего конденсатора 12 — вспомогательный тиристор 15 — коммутирующий дроссель 7 — нижняя обкладка коммутирующего конденсатора 12, происходит резонансный перезаряд коммутирующего конденсатора 12 с полярностью, противоположной указанной на фиг. 2, после чего обратной полуволной напряжения в колебательном контуре: коммутирующий конденсатор

12 — вспомогательный тиристор 15 — — коммутирующий дроссель 7, выключается вспомогательный тиристор 15.

С момента перехода силовых тиристоров в непроводящее состояние ток из сварочной цепи перехватывается в цепь заряда конденсатора фильтра 10: «+» источника постоянного тока 1 — сглаживающий дроссель 4 — блокирующий диод 11 — конденсатор фильтра 10 — — « — » источника постоянного тока 1, и происходит восстановление напряжение на коммутирующем конденсаторе 12 с полярностью, указанной на фиг. 2, по цепи: нижняя обкладка коммутирующего конденсатора 12 — источник постоянного тока 1 — сглаживающий дроссель 4 блокирующий диод 11 — блокирующий диод 14 — зарядный дроссель 13 — верхняя обкладка коммутирующего конденсатора 12.

При поступлении на II-й вход блока включения тиристорного преобразователя 19 разрешающего сигнала со II-го выхода блока выключения тиристорного преобразователя

20 с Il-ro выхода блока 19 поступает управляющий сигнал на вход блока задержки включения силовых тиристоров обратной полярности 24. После заданного блоком 24 времени задержки он подает управляющий сигнал на включение силовых тиристоров обратной полярности 3 и 5. Однако ток в сварочной цепи при этом не протекает, так как сигнал на включение силовых тир исторов подан после полной деионизации дугового промежутка.

По началу следующего короткого замыкания протекает ток по цепи: «+» источника постоянного тока 1 — сглаживающий дроссель 4 — силовой тиристор 3 — электрод — изделие — силовой тиристор 5— коммутирующий дроссель 7 — « — » источника постоянного тока 1, возбуждается дуга на обратной полярности.

Датчик коротких замыканий 17 вырабатывает при этом управляющий сигнал и подает его на вход селектора коротких замыканий 18, который через 1-й выход прикладывает управляющее воздействие к !

-му входу блоку выключения тиристорного преобразователя 19 и к входу блока горения дуги на обратной полярности 21.

Протекает процесс плавления электрода в обратной полярности. По окончании времени горения дуги на обратной полярности, которое задается блоком 21 и устанавливается в 1,3 — 1,5 раза больше, чем на прямой полярности, с целью соблюдения равенства расплавленного количества электродного металла на прямой и обратной полярности, с него поступает управляющий сигнал на I-й

1292959

20 вход блока выключения тиристорного преобразователя 20. При этом с 1-го выхода блока 20 поступает управляющий сигнал на открытие вспомогательного тиристора 15, а с

II-го входа — сигнал, разрешающий работу блока включения тиристорного преобразователя 19. Далее протекают процессы, аналогичные описанным выше.

Использование способа дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыка ниями дугового промежутка и устройства для его осуществления дают следующие преимушества.

Так дозирование энергии на расплавление одной капли в каждом полупериоде питающего напряжения позволяет повысить стабильность переноса электродного металла за счет поддержания постоянных размеров переносимм ых ка пел ь.

Исключение же момента перехода через нуль при горении дуги исключает необходимость в дополнительных мерах по поддержанию устойчивости горения дуги, а смена полярности в момент начала короткого замыкания значительно повышает устойчивость процесса сварки.

Использование способа сварки и устройства для его реализации позволяет снизить разбрызгивание металла за счет повышения устойчивости процесса и стабилизации переноса электродного металла, значительно улучшить качество формирования шва.

Формула изобретения

1. Способ дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором перенос электродного металла осуществляется в моменты короткого замыкания дугового промежутка, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет повышения устойчивости процесса сварки и стабилизации переноса электродного металла в сварочную ванну, осуществляют дозирование энергии, идущей на расплавление одной капли за каждый полупериод питающего напряжения путем ограничения времени горения дуги, причем переход с одной полярности на другую производят в момент начала короткого замыкания.

2. Устройство дуговой сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями дугового промежутка, содержащее источник постоянного тока, к первому выходу которого через сглаживающий дроссель, первый блокирующий диод, конденсатор фильтра подключен второй выход источника постоянного тока, к которому подключены обкладка коммутирующего конденсатора и через коммутирующий дроссель первый силовой тиристор и вспомогательный тиристор, к аноду которого подключены дру25

55 гая обкладка коммутирующего конденсатора и через зарядный дроссель и вторрй блокирующий диод к катоду первого блокирующего диода, блок управления тиристорами, к первому выходу которого подключен вспомогательный тиристор, а к второму выходу блока управления тиристорами подключен первый силовой тиристор, отличающе еся тем, что в него введены три силовых тиристора и два диода, при этом к аноду первого силового тиристора подключены катод второго силового тиристора и анод первого диода, катод первого диода и анод второго силового тиристора соединены с анодом первого блокирующего диода и через третий и четвертый силовые тиристоры с катодом первого силового тиристора, при этом второй диод подключен встречно третьему силовому тиристору, первый и второй входы блока управления тиристорами подключены соответственно к аноду первого диода и катоду первого силового тиристора, третий, четвертый и пятый выходы блока управления тиристорами подключены соответственно к второму, третьему и четвертому силовым тиристорам.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что блок управления тиристорами выполнен на последовательно соединенных датчике коротких замыканий, селекторе коротких замыканий, блоке горения дуги прямой полярности, блоке выключения тиристорного преобразователя, блоке включения тиристорного преобразователя и блоке задержки включения силовых тиристоров прямой полярности, а также блоке горения дуги обратной полярности и блоке задержки включения силовых тиристоров обратной полярности, первый и второй выходы которых соединены с вторым и четвертым выходами блока управления тиристорами, третий и пятый выходы которого соединены с первым и вторым выходами блока задержки включения силовых тиристоров прямой полярности, первый и второй входы блока управления тиристора ми соединены с входами датчика коротких замыканий, второй выход селектора коротких замыканий соединен с вторым входом блока включения тиристорного преобразователя и через блок горения дуги обратной полярности с вторым входом блока выключения тиристорного преобразователя, второй выход которого соединен с первым выходом блока управления тиристорами, первый выход селектора коротких замыканий соединен с первым выходом блока управления тиристорами, первый выход селектора коротких замыканий соединен также с третьим входом блока включения тиристоров, второй выход которого соединен с входом блока задержки включения силовых тиристоров обратной полярности.

1292959

Уиг. 2

7иг

Й

/ иР и,Р DA4

Соста витель Г. Чайковский

Редактор Т. Митейко Техред И. Верес Корректор А. Тяско

Заказ 323/15 Тираж 976 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4