Устройство возбуждения дуги

 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при проектировании, изготовлении и модернизации автоматизированного сварочного оборудования. Цель изобретения - улучшение качества сварного соединения путем повышения стабильности процесса зажигания дуги и обеспечения возможности автоматизации сварочных процессов. Устройство на основании показаний датчика наличия тока дуги, датчика напряжения на дуге и датчика подачи электрода управляет по заданному алгоритму характером подачи электрода, обеспечивая надежное возбуждение дуги. Устройство содержит также соединенные с датчиками последовательно преобразователи уровня, выходы которых подключены к дешифратору. К последнему подключен также одновибратор, обеспечивающий начальный пуск двигателя подачи электрода. Дешифратор управляет работой блоков управления реверсом и подачей электрода, для чего его выходы соединены с входами этих блоков. 5 ил, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) . 0 (и) <511 4 В 2.3 К 9/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4328559/31-27 (22) 16.11.87 (46) 30.06.89. Бюл. t;- 24 (7 1) Мариупольский металлургический институт (72) С.В.Гулаков и Б,И.Носовский (53) 621. 791. 75 (088. 8) (56) Справочник по сварке/Под ред.

Е.В.Соколова. Т. 1, Y.: Машиностроение, 1960, с. 249, рис. 38. (54) УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ ДУГИ (57) Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при проектировании, изготовлении и модернизации автоматизи— рованного сварочного оборудования °

Цель изобретения — улучшение качества сварного соединения путем повышения стабильности процесса зажигания

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при проектировании и модернизации автоматизированного сварочного оборудования, Целью изобретения является улучшение качества сварного соединения путем повышения стабильности процесса зажигания дуги и обеспечения возможности автоматизации сварочных процессов.

На фиг.! показана структурная схема устройства; на фиг.2 — схема устройства с развернутой электрической схемой дешифратора; на фиг.3-5 -.. возможные варианты электрических схем преобразователей уровней (ПУ). дуги и обеспечения возможности автоматизации сварочных процессов. Устройство на основании показаний датчика наличия тока дуги, датчика напряжения на дуге и датчика подачи электрода управляет по заданному алгоритму характером подачи электрода, обеспечивая надежное возбуждение дуги. Устройство содержит также соединенные с датчиками последовательно преобразователи уровня, выходы которых подключены к дешифратору. К последнему подключен также одновибратор, обес— печивающий начальный пуск двигателя подачи электрода. Дешифратор управляет работой блоков управления реверсом и подачей электрода, для чего его выходы соединены с входами этих блоков. 5 ил., 1 табл.

Устройство состоит (фиг. 1) из трех датчиков: датчика 1 наличия сварочного тока, датчика 2 наличия напряжения на дуговом промежутке и датчика 3, вырабатывающего сигнал при подаче электрода в сварочную ванну. В состав устройства входят также ПУ 4-6, од— новибратор 7, дешифратор 8, блок 9 управления реверсом двигателя подачи электрода (БУР) и блок 10 управления механизмом подачи электрода (БУП).

Датчики 1-3 подключены к соответствующим ПУ 4-6, причем выход датчика 1 соединен с входом ПУ 4, выход датчика 2 — с входом ПУ 5 и выход датчика 3 — с входом ПУ 6. Выходы ПУ

4-6 подключены к первым .. четырем вхоз

148993 дам дешифратора 8, к пятому входу которого подключен выход одновибратора 7. Инверсные входы одновибратора 7 соединены с инверсными выходами ПУ

4 и 5.

Дешифратор 8 состоит (фиг, 2) из двух логических элементов (ЛЭ) 2И 11 и 12, двух ЛЭ 2И-НЕ 13 и 14 и одного

ЛЭ 2ИЛИ-НЕ 15. Верхний вход ЛЭ 11 соединен с прямым выходом первого

ПУ 4, а нижний, соединенный также с нижним входом ЛЭ 13, подключен к инверсному выходу второго ПУ 5 и нижнему инверсному входу одновибратора

7, верхний вход которого подключен к инверсному выходу первого НУ 4 и верхним входам ЛЭ 13 и 14, инверсные выходы которых подключены к входам

ЛЭ 12. Нижний вход ЛЭ 14 соединен с 20 инверсным выходом ЛЭ 15, верхний вход

4 которого подключен к выходу третьего

ПУ 6, а нижний — к выходу одновибра— тора 7. Входы БУР 9 и БУП 10 соответственно подключены к выходам ЛЭ 11 2У и 12, являющимся выходами дешифратора 8.

В качестве датчика 2 используется дуговой промежуток при сварке (наплавке). Датчиком 1 служит шунт,тран- 30 сформатор тока или магнитный усилитель, включенный последовательно в сварочную цепь. Датчиком 3 может служить оптический, электроконтактный, электромагнитный илИ другой датчик, преобразующий механическое перемеще,ние электрода в электрический сигнал.

Например, в качестве такого датчика можно использовать свободно вращающийся ролик, плотно прижатый к элект- 40 роду. При перемещении последнего ролик вращается. Вращение ройика преобразуется в электрический сигнал. В качестве датчика 3 может быть использован обычный тахогенератор.

ПУ 4-6 необходимы для преобразования сигналов с датчиков 1-3 к нормированному уровню, что необходимо для стабильной .работы остальных элементов устройства.

Одновибратор 7 необходим для первоначального запуска двигателя подачи электрода при включении сварки.

Дешифратор 8 введен в схему устройства для анализа состояния выход- 55 ных сигналов датчиков 1-3, обработки их по заложенному алгоритму и выдачи управляющих сигналов блокам БУР 9 и БУП 10, Блоки 9 и 10 необходимы для управления работой двигателя подачи электрода.

Для нормальной работы цифровых ЛЭ, дешифратора 8 и одновибратора 7 на их входы необходимо подавать сигналы регламентированных логических уровней, а на выходах датчиков 1-3 формируются сигналы с уровнями весьма широкого диалазона. Так, сигнал, снимаемый с шунта (датчик 1), равен по уровню. десяткам милливольт, а сигнал на дуговом промежутке (датчик 2) равен десяткам вольт. При этом уровни указанных сигналов меняются в процессе сварки (наплавки). в широком диапазоне, а для работы устройства уровни сигналов с.датчиков должны принимать только два значения — логической еди. ницы при наличии тока дуги, напряжения-на ней, перемещения проволоки в сварочную ванну или логического нуля (при отсутствии тока, напряжения или перемещения проволоки). Для выполнения этих условий в схему устрой— ства введены ПУ 4-6. Конструкции этих преобразователей могут быть самой произвольной формы и структуры и выполняться с применением аналоговых микросхем К140, К551 и т.п., цифровых микросхем типа К155, К176 и т,п., а также транзисторов, резисторов, диодов, стабилитронов. Для примера на фиг.3-5 приведены схемы этих пре.образователей. Преобразователь 4 уровня (фиг.3) служит для формирования сигнала о наличии тока дуги. Для этого сигнал с шунта усиливается операционным усилителем 16 и преобразуется в цифровую форму триггером Нмитта 17, который имеет два выхода прямой и инверсный.

Схема ПУ 5 приведена на фиг.4. Напряжейие на дуге ограничивается стабилитроном 18 и преобразуется в циф— ровую форму триггером 1Цмитта 19.

Аналогичный вид имеет схема ПУ 6 при испольЗовании в качестве датчика 3 тахогенератора. При использовании в качестве этого датчика оптического преобразователя схема ПУ 6 может иметь вид, изображенный на фиг ° 5. При движении проволоки периодически прерывается свет, падающий на фоторезистор 20. При этом периодически меняется его сопротивление. Это изменение выявляется и усиливается транзисторной схемой, сигнал затем посту55

5 1489 пает на триггер Шмитта 21, на выходе которого формируется последовательность импульсов, которая одновибрато ром 22 преобразуется в сигнал "1".

При отсутствии на входе одновибрато5 ра 22 последовательности импульсов на его выходе формируется "О"..

Для упрощения в схемах одновибраторов 7 и 22 (соответственно на

10 фиг. l, 2 и 5) не показаны времязадающие RC-цепи.

На фиг.5 транзисторная часть схемы, а также триггер Шмитта 21 могут быть заменены оптоэлектронными переключателями с встроенными усилителями в микросхемном исполнении, например, серии К249, К262 и т.п.

Одновибратор 7 и дешифратор 8 могут быть изготовлены с применением цифровых микросхем, например, серии

К155.

БУР 9 и БУП 10 могут быть выполнены на электромагнитных реле, транзисторных или тиристорных коммутато- 25 рах, магнитных усилителях и других элементах. БУР 9 представляет собой реверсирующее устройство в виде перечисленных выше элементов. Его функции — переключить направление или фа- З0 зу электрического тока в обмотках электродвигателя для изменения направления вращения его якоря (ротора).

БУП 10 представляет собой устрой35 ство управления вращением двигателя.

его функции — управлять включением и отключением двигателя, регулировать скорость вращения его вала. Типичным примером такого блока служит унифицированный тиристорный блок управления работой двигателей сварочных наплавочных) аппаратов, входящий в комплекс автоматов АДФ-1000, А1401, А-874 и т.п.

Устройство возбуждения дуги должно выполнять следующие функции: обеспечивать реверс подачи электрода в момент его короткого замыкания на изделие, отключение его подачи при упи50 рании торца в изделие без электричес. кого контакта или в момент выключения источника питания.

В таблице приведены требуемые условия работы устройства при различных комбинациях состояния сварочной системы источник питания — сварочный аппарат — электрод ("1" обозначены условия наличия сигналов о токе дуги, 936 6 напряжении и подаче электрода, а также включенное состояние механизмов

tt It реверса и подачи электрода, О соответствует отсутствию упомянутых сигналов и отключенному состоянию механизмов).

Для выполнения указанных вьппе функций в устройство введены датчик подачи электрода в сварочную ванну, дешифратор и одновибратор. Дешифратор необходим для логического анализа текущей ситуации процесса сварки в соответствии с таблицей и выдачи сигналов блокам управления реверсом и подачей электродов ° Одновибратор введен для первоначального пуска двигателя подачи электрода.

Для сопряжения уровней сигналов с датчиков с входными сигналами дешифратора и одновибратора между их входами и датчиками установлены преобразователи уровня.

Устройство работает следующим образом, При нажатии кнопки "Пуск-сварка" на дуговой промежуток подается напряжение. Если электрод не замкнут на изделие, то ток в сварочной цепи будет равен нулю и на прямом выходе

ПУ 4 будет "О", а на инверсном—

"1". На выходе ПУ 5 — О. Фронтом отрицательного импульса с выхода ПУ 5 запускается одновибратор 7. На его выходе на короткое время формируется

"1", генерируя логический "О" на выходе ЛЭ 15.

Проанализируем теперь состояние

ЛЭ 11, 13 и 14.

На верхнем и нижнем входах ЛЭ 11

О", поэтому на выходе сформирован также "О" и БУР 9 отключен. Двигатель подачи может вращаться только в направлении, обеспечивающем подачу электрода вниз.

На верхних выводах (входах) ЛЭ 13 . и 14 "1", на нижних входах этих элементов — "0". Поэтому на их выходах сформированы "1", которые генерируют такой же сигнал на выходе ЛЭ 12, разрешая вращение двигателя подачи электрода. При перемещении последнего в сварочную ванну на датчике 3 формируется сигнал, поступающий через ПУ 6 на верхний вход ЛЭ 15 и поддерживающий.логический "0 на его выходе по окончании действия сигнала на выходе одновибратора 7.

1489936

Электрод поступает вниз до соприкосновения с изделием.

Рассмотрим два случая соприкосное- вения электрода с изделием. В первом случае обеспечивается электрический контакт торца электрода с изделием, во втором случае из-за наличия шлака на торце электрода, загрязнения изделия такого контакта нет. 1Î

В первом случае на прямом выходе

ПУ 4 появляется "1", а на инверсном—

"0". Напряжение при коротком замыкании снижается до нуля и на выходе

ПУ 5 — "1". Электрод, упираясь в изделие, останавливается и на выходе

ПУ 6 — "О"

Импульсом тока короткого замыкания запускается по верхнему входу одновибратор 7, при этом на нижнем входе ЛЭ 14 — "О". На обоих входах

ЛЭ 11 — "1", поэтому и на его выходе анапогичньш сигнал, разрешающий работу БУР 9. Последний в этом случае обеспечивает реверс направленйя вра" щения двигателя подачи электрода, На верхних входах элементов 13 и

14 — "О", а на нижнем ЛЭ 13 — "1".

Поскольку такой же сигнал и на нижнем входе ЛЭ 14, то на обоих входах и на выходе :ЛЭ 12 — "1". Разрешена работа БУП 10. Двигатель подачи электрода вращается в противоположном направлении относительно первоначального, подавая электрод вверх до возбуждения дуги. При этом на выходе ПУ 5 формируется "0", отключающий через

ЛЭ 11 БУР 9, электрод начинает поступать в ванну. Идет процесс сварки (наплавки). Поскольку характер сигналов на входах ЛЭ 14 не изменился, а на обоих входах ЛЭ; 13 — "О", то и выходные сигналы этих элементов будут прежними, разрешая работу БУП 10.

Во втором случае, когдa при касании электрода к изделию не будет обеспечен электрический конатакт, на инверсном выходе ПУ 4 сформируется а на выходах ПУ 5 и ПУ 6 — "О".

Поскольку характер . напряжения на .дуге и тока не изменился, то одновибратор 7 з апущен не будет. Электрод, упершись в изделие торцом, не перемещается. На выходе ЛЭ 15 — "1". На верхних входах ЛЭ 13 и 14 — "1". Поэтому,по выходу ЛЭ 14, на котором

"О", запрещается работа ЛЭ 12 и на его выходе формируется "0". Двигатель подачи электрода отключается. Электрод, соприкасаясь, с изделием,в сварочную ванну не подается.

По нижнему входу ЛЭ ll отключен и

БУР. 9, При перемещении сварочного аппарата относительно изделия со скоростью сварки электрод торцом царапает по,верхность изделия до момента обеспечения электрического контакта. В момент обе спечения конт акта появляется

"О" на верхних входах ЛЭ 13 и 14 и импульсом тока запускается одновибратор 7. Разрешается работа двигателя подачи электрода, последний поступает в сварочную ванну.

При отключении сварочного источника на обоих входах ЛЭ 13 формируется

"1", а на его выходе — "О", Аналогичньп сигнал будет сформирован при этом и на выходе ЛЭ 12, который запретит работу двигателя подачи электрода через БУП 10.

Таким образом, предотвращается поломка механизма подачи электрода, огневой части сварочного аппарата, стабилизируется процесс зажигания дуги и повышается качество сварного соединения.

Применение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет упростить процессы автоматизации и ротобизации сварочных производств, обеспечить надежное возбуждение Дуги и улучшить качество сварных конструкIT,ий °

Формула из обретения

Устройство возбуждения дуги, со-. держащее датчик тока дуги, датчик напряжения на дуге и блоки управления реверсом и работой двигателя подачи электрода, при этом датчик .напряжения на дуге соединен с входами обоих блоков управления, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью улучшения качества сварного соединения путем повышения стабильности процесса зажигания дуги и обеспечения воз .можности автоматизации сварочных процессов, в устройство дополнительно введены датчик подачи электрода в сварочную ванну, три преобразователя уровня, одновибратор и дешифратор, состоящий из двух логических элементов 2И, двух логических элементов, 2И-HE и одного логического элемента

2ИЛИ-НЕ, при этом выход датчика тока

Включение механизма реверса эле ктрода!

Подача Характер процесса электНапряжение на

Включение механизма

Ток дуги подачи электрода дуге рода

Источник питания включен. Электрод поступает к изделик

Источник включен. Элект0

0 р од упер ся в издел ие.

Эле кт риче с ко го конт акт а нет

Источник включен, Коротк ое з амык ание эле кт ро да на изделие

Рабочий режим

Отключение источника в

0

0!

0 момент сварки

Фиг 3

9 1489 дуги соединен с входом первого преобразователя уровня, выход датчика напряжения на дуге — с входом второго преобразователя уровня а выход датЭ ,5 чика подачи электрода — с входом тре- тьего преобразователя уровня, прямой выход которого подключен к первому входу логического элемента 2ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом одновибратора, а выход — с первым входом первого логического элемента 2И-НЕ, второй вход которого соединен с первыми входами одновибратора и второго логического элемента

2И-НЕ, а также с инверсным выходом первого преобразователя уровня, пря936 10 мой выход которого подключен к первоL му входу первого логического элемента 2И, второй вход которого соединен с одноименными вторыми входами одновибратора и второго логического элемент а 2И-НЕ, а т акже с инверсным выходом второго преобразователя уровня, при этом выход первого логического элемента 2И подключен к входу блока управления реверсом двигателя подачи электрода, а второй логический элемент 2И своим выходом подключен к входу блока управления работой двигателя подачи электрода, а входами — к выходам логических элементов 2И-HE.

)489936

Со ст авитель В, Нучинский

Редактор А. Лежнина Техред Л. Сердюкова Корректор M.Âàñèëüåâà

Заказ 3621(J 8 Тираж 894 Подписное

РЧИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101