Устройство импульсного нагрева

 

Изобретение относится к машиностроению и м. б. использовано при диффузионной сварке в плазме тлеющего и дугового разряда. Цель изобретения - уменьшение .времени разогрева свариваемых изделий за счет импульсного режима нагрева. В устройстве импульсный режим осуш.ествляется за счет импульсного источника, состоящего из блока управления и последовательно соединенного с ним оконечного каскада, имеющего число выходов /V, равное числу сегментов анода, помешенных в вакуумную камеру. Оконечный каскад построен на тиристорах, частота переключения которых задается блоком управления, а длительность включения определяется времязадающими конденсаторами . Величина тока задается устройством поддержания тока тлеющего разряда, а напряжение между сегментами анода и корпусом камеры контролируется детектором напряжения. Источник имеет большой диапазон изменения частоты следования импульсов , а отсюда больщой диапазон регулирования мощности в нагрузке. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. и

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5В 4 В 23 К 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4179886/25-27 (22) 12.01.87 (46) 23.03.89. Бюл. № 11 (72) А. Л. Сиваков (53) 621.791.12 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1156875, кл. В 23 К 9/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1230771, кл. В 23 К 9/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОГО НАГРЕВА (57) Изобретение относится к машиностроению и м. б. использовано при диффузионной сварке в плазме тлеющего и дугового разряда. Цель изобретения — уменьшение .времени разогрева свариваемых изделий за счет импульсного режима нагрева. В устройстве импульсный режим осуществляется

Изобретение относится к сварочному оборудованию и предназначено для использования в установках для сварки и пайки в плазме тлеющего разряда.

Целью изобретения является уменьшение времени разогрева свариваемых изделий за счет обеспечения импульсного режима нагрева.

На фиг. показана блок-схема устройства; на фиг. 2 — принципиальная схема блока управления импульсного источника; на фиг. 3 — принципиальная схема оконечного каскада импульсного источника; на фиг. 4 и 5 — диаграммы работы регулирующих тир исторов оконечного каскада.

Устройство импульсного нагрева состоит из импульсного источника 1, N выходов которого соеди нены с соответствующими N выходами устройства 2 поддержания тока тлеющего разряда, с N входами детектора 3 напряжения и с соответствующими N сегментами анода 4, установленными в вакуумной камере 5.

„„SU„„1466880 А 1 за счет импульсного источника, состоящего из блока управления и последовательно соединенного с ним оконечного каскада, имеющего число выходов М, равное числу сегментов анода, помещенных в вакуумную камеру.

Оконечный каскад построен на тиристорах, частота переключения которых задается блоком управления, а длительность включения определяется времязадающими конденсаторами. Величина тока задается устройством поддержания тока тлеющего разряда, а напряжение между сегментами анода и корпусом камеры контролируется детектором напряжения. Источник имеет большой диапазон изменения частоты следования импульсов, а отсюда большой диапазон регулирования мощности в нагрузке. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Импульсный источник 1 состоит из блока управления (фиг. 2) и оконечного каскада (фиг. 3). Блок управления состоит из генератора прямоугольных импульсов, построенного на транзисторах V — . Vi и конденсаторе С . Заряд конденсатора С происходит через сопротивление коллектор— эмиттер транзисторов V< и Vo, а разряд— через диод 0 и транзистор Vs, при этом частота F следования импульсов задается изменением величины резистора Яа в режиме сварки при включенном транзисторе либо сопротивлением резистора Яб в режиме разогрева при включенном транзисторе Га.

В схеме длительность импульса т — — const задается резистором R9, и изменение частоты F следования импульсов можно производить от 10 до 100000 Гц. Сигнал F поступает на счетный вход счетчика СТ, при этом выходы Qi — Q. счетчика подключены на входы 01 —.0„дешифратора DC, N выходов которого поступают на входы N блокинггенераторов. Сигналы Ui i —. Uw,> с их выходов

146б880 з поступают на управляющие электроды (1+1) т регулирующих тиристоров оконечного каскада импульсного источника. Счетчик (CT) и дешифратор (DC) включаются, если на их вход V придет сигнал логической «1».

Оконечный каскад (фиг. 3) построен на

Т вЂ”.T s регулирующих тиристорах. Включе|ние регулирующих тиристоров может быть разнообразным, но требует соблюдения следующих условий.

Соединение управляюгцих электродов тиристоров с выходами блокинг-генераторов :необходимо производить таким образом, чтобы при включении каждого из блокинг-гене,раторов импульсы тока проходили бы только

;через один сегмент анода. Кроме того, через каждый сегмент анода не должно прохо дить два и более импульсов или не проходить ни одного импульса за полный цикл работы блока управления, т. е. при последо вательном включении всех блокинг-генерато ров. Таким образом, при включении N блокинг-генераторов импульсы тока пройдут через все N сегментов анода. Обычно включение тиристоров производится таким образом, чтобы импульсы тока через сегменты анода проходили в последовательности 1, 2, З...N.

Для примера приведены диаграммы работы с управлением регулирующими тирис1орами оконечного каскада, когда отсутст вуют времязадающие конденсаторы C — C„ и регулирующеее тиристоры T> — T„, (и соответственно. Тзз — Т,„ ) и когда отсутствуют регулируюгцие тиристоры Т 2 — Т и Т„,.— (фиг. 5).

Из фиг. 5 видно, что через 1 сегмент анода потечет ток, если включатся тиристоры Т1 и Т ь при этом времязадающий конденсатор Ci заряжается до напряжения внешнего источника питания. l lo окончании заряда времязадающего конденсатора Сь тиристоры Ti и Т автоматически выключаются. Теперь, если подать управляющие сигналы на тиристоры T 1 и Т, ro потечет ток через I-сегмент анода, а конденсатор Ci перезарядится. Максимальная частота следования импульсов F « определяется временем выключения регулирующих тиристоров из условия, что на управляющий электрод, например, тиристора Тi приходит сигнал, если тиристор Т, определяемый временем перезаряда конденсатора

Сь выключается. Как показала практика, зависит от времени выключения регулирующих тиристоров, величины времязадающих конденсаторов С вЂ” . С„„напряжения питания Е, числа сегментов анода.

Следует также отметить, что на схеме для случая фиг. 5 можно реализовать повышенную частоту следования импульсов дуги

F )500 кГц. Катоды регулирующих тиристоров Т вЂ” Т„,„обычно подключается к

Л сегментам анода таким образом, чтобы

4 ток протекал попеременно между первым сегментом анода и катодом, затем между вторым сегментом и катодом и т. д.; в результате образовавшаяся плазма с.круговой частотой (o=F/N врагцается вокруг свариваемого изделия (катода) .

Устройство 2 поддержания тока тлеющего разряда (фиг. 3) состоит из повышающего трансформатора Tp1, трехфазного однополупериодного выпрямителя Vi — . V, к выходу

10 которого подключен конденсатор C.. Напряжение на выходе выпрямителя имеет величину 1500 †: 3000 В и через сопротивления

Ri=R =...=Р, поступает на соответствующие N сегментов анода. Величины сопротивлений такие, чтобы поддерживался ток тлеющего разряда через каждый сегмент анода величиной 0,001 —;0,1А, т. е. Ri=R,.=

=...=Я„=20 —:200 кОм.

Детектор 3 напряжения (фиг. 3) построен на диодах D — . Dy и служит для контроля

Z0 средневыпрямленного напряжения между N сегментами анода и катодом (свариваемым изделием).

Устройство импульсного нагрева работает следующим образом.

Включается переключатель Bi и сопротив лением Re задается частота следования импульсов F< при которой происходит разогрев свариваемых изделий. Обычно Fp =

=1,5-: — 3 Fcsap чтобы свариваемое изделие достигло температуры сварки Т за 3 —:

g0 5 мин.

По достижении температуры сварки, которая контролируется с помощью фотопирометра (не показан) срабатывает реле Р, при этом сопротивление R выключается и включается Иа. Величина R устанавливается такой, чтобы aacтота следования импульсов F+ поддерживала температуру свариваемых изделий равной Т =0,5 —:0,7 Т,», где Т„, — температура плавления. В режимах разогрева и сварки осуществляется напуск рабочего газа (например, азота).

40 Импульсный источник устройства обладает повышенными энергетическими характеристиками, причем по скорости разогрева свариваемых изделий может быть сравним с источником высокочастотного нагрева. Если сегменты анода соединить между собой, то импульсный источник найдет широкое применение в электросварочной технике (в частности при точечной сварке, электродуговой сварке), при этом в импульсном источнике отпадает потребность в громоздком понижающем трансформаторе, а благодаря широкому изменению частоты следования импульсов (Π—. )100 кГц) можно менять мощность в нагрузке от 0 —: до 1000 кВт. Рационально использовать импульсный источник при электродуговой сварке с многими электродами.

55 Например, при числе сегментов анода 50 и мощности импульсного источника 200 кВт можно одновременно производить сварку пятью электродами, при этом к первому

1466880

Формула изобретения

5 электроду подсоединяются выводы с 1, 6, 11,...,45 сегментов анода, ко второму электроду 2, 7, 12,...,46 и т. д. При таком построении все пять электродов находятся в одинаковых условиях и при изменении частоты следования импульсов, происходит одновременное задание мощности сразу на всех пяти электродах.

Импульсный источник совместно с устройством поддержания тока тлеющего разряда могут успешно применяться в установках плазменного нанесения покрытий, при запитке более трех плазменных ускорителей (испарителей) .

Таким образом, устройство обеспечивает нагрев свариваемых изделий в импульсном режиме с КПД импульсного источника 0,95, при этом время разогрева уменьшается в

2 — 6 раз, предельно упрощается процесс управления параметрами тлеющего разряда в процессе разогрева и сварки. Устройство также может использоваться в других установках.

I. Устройство импульсного нагрева, содержащее рабочий высоковольтный источник, детектор напряжения и анод в виде N сегментов, отличающееся тем, что, с целью уменыпения времени разогрева, в него введены импульсный источник, состоящий из последовательно соединенных блока управления и оконечного каскада, и устройство поддержания тока тлеющего разряда, состоящее из последовательно соединенных трансформатора, выпрямителя и балластных резисторов, п ри этом каждый из N сегмен5 тов анода соединен с соответствующим выходом оконечного каскада импульсного источника, соответствующим балластным резистором устройства поддержания тока тлеющего разряда и соответствующим входом детектора напряжения, входы импульсног< источника и устройства поддержания тока тлеющего разряда подключены соответственно к высоковольтному и рабочему источникам.

2. Устройство по п. 1, отличающесс г тем, 15 что оконечный каскад импульсного источника состоит из группы m тиристоров, аноды которых соединены между собой и подключены к положительному потенциалу вьгсоковольтного источника, времязадающих конденсаторов и группы N тиристоров, катод

20 каждого из которых является соответствующим выходом оконечного каскада импульсного источника, при этом Л тири«торов образуют m групп, каждая из которых «одержит К тиристоров, аноды которых «оединены между собой и с катодами m тири«торов, каждый из т времязадающих конденсаторов подключен к катодам двух смежных т тиристоров, причем через времязадающий конденсатор соединены катоды первого m-го тиристоров, управляющие элекЗО троды m u N тиристоров соединены с выходами блока управления импульсного источника.

1466880

1466880 т1, 2.)

Т1.2

72.2

Т,к

Т! 721

72 1 ТЗ

Т3 7 1 т,7р у

И;72

ТТ3» Та.

Tm.1; Т, Фиг. S

Составитель В. Грибова

Редактор Н. Лазаренко Техред И. Верес Корректор М. Самборская

Заказ 1098iI I Тираж 892 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Рау шская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, у.i. Гагарина, 101