Имитатор сварочной дуги

 

Изобретение относится к сварке, в частности к тестированию источников питания для дуговой сварки. Цель изобретения - улучшение качества тестирования источников питания для дуговой сварки плавящимся электродом и для ручной сварки штучным электродом. Имитатор сварочной дуги состоит из последовательно включенных регулирующего элемента и датчика тока, блока задания напряжения приэлектродных областей, а также первого функционального преобразователя, задающего статическую вольт-амперную характеристику столба дуги. Функциональный преобразователь состоит из квадратора и схемы извлечения квадратного корня. В устройство введен генератор длины дуги. Регулирующий элемент выполнен в виде повторителя напряжения. Во второй функциональный преобразователь введен элемент, выходная проводимость которого пропорциональна входному напряжению и который подключен параллельно конденсатору RC - цепи, а вход его соединен с генератором длины дуги через логарифмический усилитель и дифференциатор. Конденсатор RC - цепи подключен к резистору через перекидной ключ, соединенный с выходом блока задания состояния дуги при зажигании. Управляющий вход ключа соединен с генератором длины дуги через компаратор нулевого уровня. При имитации сварки генератор вырабатывает напряжение, пропорциональное длине дуги. Сформированное напряжение на дуге отслеживается регулирующим элементом. Устройство дает возможность имитировать стохастическое изменение длины дуги, которое наблюдается в реальном процессе сварки. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю В 23 К 9/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы (21) 4620035/31-27 (22) 09.11.88 (46) 23.10.90. Бюл. М 39 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) В.Н.Сидорец, И.B.ÏåíòårîB, В.В.Кирилюк и С.И,Тупицын (53) 621.791,75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1505704, кл. В 23 К 9/10, 04.05.87. (54) ИМИТАТОР СВАРОЧНОЙ ДУГИ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к тестированию источников питания для дуговой сварки. Цель изобретения— улучшение качества тестирования источников питания для дуговой сварки плавящимся электродом и для ручной сварки штучным электродом. Имитатор сварочной дуги состоит из последовательно включенных регулирующего элемента и датчика тока, блокаэадания напряжения приэлектродных областей, а также первого функционального преобразователя, задающего статическую вольт-амперную характеристику столба дуги; Функциональный преобразователь соИзобретение относится к сварочному производству, в частности к источникам питания для дуговой сварки, Цель изобретения — улучшение качества тестирования источников питания для дуговой сварки плавящимся электродом и для ручной дуговой сварки штучным электродом.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого имитатора; на фиг.2 — первый вариант выполнения регулирующего элемента; на фиг.3 — второй вариант выпол„„53J„„1600937 А1 стоит иэ квадратора и схемы извлечения квадратного корня. В устройство введен генератор длины дуги. Регулирующий элемент выполнен в виде повторителя напряжения, Во второй функциональный преобразователь введен элемент, выходная проводимость которого пропорциональна входному напряжению и который подключен параллельно конденсатору RC-цепи, а вход его соединен с генератором длины дуги через логарифмический усилитель и дифференциатор. Конденсатор RC-цепи подключен к резистору через перекидной ключ, соединенный с выходом блока задания состояния дуги при зажигании, Управляющий вход ключа соединен с генератором длины дуги через компаратор нулевого уровня. При имитации сварки генератор вырабатывает напряжение, пропорциональное длине дуги. Сформированное напряжение на дуге отслеживается регулирующим элементом. Устройство дает возможность имитировать стохастическое изменение длины дуги, которое наблюдается в реальном процессе сварки. 5 ил. нения регулирующего элемента; на фиг.4— блок-схема дополнительного функционального преобразователя; на фиг.5 — временные зависимости напряжения на выходе генератора длины дуги.

Имитатор состоит из последовательно включенных регулирующего элемента 1 и датчика 2 тока, блока 3 задания напряжения приэлектродных областей, первого 4 и второго 5 функциональных преобразователей.

Выход генератора 6 длины дуги соединен с входами блока 3 задания напряжения при1600937 электродных областей, второго функционального преобразователя 5 и перемножителя 7. Второй вход перемножителя 7 соединен с выходом функционального npe" образователя 4, а выход — с входом сумма- 5 тора 8. Второй вход сумматора 8 соединен с выходом блока 3, а выход — с входом регулирующего элемента 1. Выход датчика 2 тока соединен с входами преобразователей 4 и 5, а второй вход преобразователя 4 — с 10 выходом преобразователя 5.

Регулирующий элемент 1 выполнен в виде повторителя напряжения на транзисгаре 9 и операционном усилителе 10 ,(фиг;2). Регулирующий элемент 1 может 15 быть выполнен совме ценным с сумматором

8 (фиг.3).

Функциональный преобразователь 5 состоит из. квадратора 11 и схемы 12 извлечения квадратного корня, вход которой сое- 20 динен с выходом квадратора 11 через резистор 13 конденсатора 14, образующие

RC-цепь. Параллельно конденсатору 14 подсоединен элемент 15, проводимость которого пропорциональна входному на- 25 пряжению. Выход генератора б.длины дуги соединен с входом элемента 15 через логарифмический усилитель 16 и дифференциатор 17. Конденсатор 14 подключен к резистору 13 через перекидной ключ 18, 30 вход которого соединен с блоком 19 задания состояния дуги при зажигании, э управляющий вход ключа 18 — с генератором б длины дуги через компаратор 20 нулевого уровня. 35

Основное отличие дуги с плавящимся электродом от дуги с неплавящимся электродом состоит в том, что происходит изменение длины дуги во время сварки. Это происходит. с изменением статической 40 вольт-амперной характеристики (СВАХ) столба дуги, которая пропорциональна ее длине, Это учитывается тем, что сигнал с выхода функционального преобразователя, который задает СВАХ столба дуги, умножа- 45 ется на длину дуги, Кроме столба дуги, вклад в напряжение на дуге вносят приэлектродные области: анод и катод, падение напряжения на которых Одк = const постоянно во всем диапазоне сварочных токов и длин 50 дуг. Исключение составляет случай короткого замыкания дугового промежутка 1д = О, когда приэлектродные области отсутствуют, . т.е. Одк = О. Применение сумматора позволяет сумМировать напряжение на столбе ду- 55 ги и на приэлектродных областях и получить напряжение на дуге в виде

Ug = lg . i + Up< sign (l ), Е (1g) где Е (! 0) — функция, задающая СВАХ столба дуги;

l — ток дуги;

i 0- ток состояния столба дуги.

При получении уравнения динамики столба дуги из уравнения баланса мощностей

dQ p p и где Р и P g- подводимая и отводимая мощ- ности соответственно, Q — внутренняя энергия столба дуги, последняя является функцией двух переменных: тока состояния I0 и длины дуги 1д 0

Q=20!д / Е(ig)dig, о где 0- постоянная времени столба дуги.

В окончательном виде уравнение имеет вид р ) („„20 01п!д)

dt 1+n dt

Для реализации этой зависимости в дополнительный функциональный преобразовател ь введен элемент, выходная проводимость которого пропорциональна произвольной по времени логарифма длины дуги и который подключен параллельно конденсатору RC-цепи.

Имитатор работает следующим образом.

Различают три режима; имитация сварки неплавящимся электродом, имитация сварки плавящимся электродом без коротких замыканий, имитация сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями, Эти режимы отличаются режимами генерации генератора 6 длины дуги.

При имитации сварки неплавящимся электродом генератор б длины дуги вырабатывает постоянное напряжение, пропорциональное длине дуги. На выходе дифференциатора 17 напряжение равно нулю, что соответствует нулевой проводимости или бесконечному сопротивлению элемента 15. На постоянном токе сигналы на выходе и входе дополнительного функционального преобразователя 5 равны, а преобразователь 4 вырабатывает напряжение, равное статическому напряжению на столбе дуги для данного тока. Оно умножается перемножителем 7 нэ длину дуги и суммируется сумматором 8 с напряжением приэлектродных областей. Сформировайное напряжение на дуге отслеживается регулирующим элементом 1. В динамике напряжения на входе и выходе преобразо, 1600937

50

55 вателя 5 не равны и сформированное напряжение на дуге отличается от статического.

При имитации сварки плавящимся электродом без коротких замыканий генератор

6 длины дуги вырабатывает пилообразное напряжение, причем только положительное, Медленное уменьшение напряжения сигнала соответствует уменьшению длины дуги при подаче проволоки, а резкое возрастание — отрыву капли жидкого металла. Изменением частоты генератора 6 можно имитировать изменение частоты капельного переноса, а различная амплитуда колебаний соответствует различным видам капельного переноса. Можно имитировать от мелкокапельного переноса до крупнокапельного. Даже при питании имитатора постоянным током сигналы на входе и выходе преобразователя 5 не равны, так как на выходе дифференциатора 17 появляется сигнал, сопротивление элемента 15 становится отличным от бесконечности и образуется делитель из резистора 13 и элемента 15, т.е. даже при питании имитатора постоянным током существует динамический режим, который определяется параметрами сигнала генератора 6 длины дуги. Если ток отличен от постоянного, динамические процессы, обусловленные изменением тока и изменением длины. дуги, накладываются, При имитации сварки плавящимся электродом с короткими замыканиями генератор 6 длины дуги вырабатывает пилообразное напряжение с нулевыми паузами.

Все время, которое сигнал с генератора 6 длины дуги равен нулю, соответствует короткому замыканию, т.е. напряжение на имитаторе должно быть близким к нулю.

Регулировка частоты пилообразного напряжения может имитировать частоты коротких замыканий, а длительность нулевых пауз— длительность коротких замыканий. Равенство нулю напряжения на столбе дуги, т.е. на выходе перемножителя 7 обеспечивается автоматически. Равенство нулю напряжения приэлектродных областей обеспечивается блоком 3, который может быть выполнен в виде делителя и компаратора нулевого уровня длины дуги. Во время короткого замыкания срабатывает компаратор 20 нулевого уровня, конденсатор 14 отключается от резистора 13 и элемента 15 и подключается к блоку 19 задания состояния дуги при зажигании, который вырабатывает постоянное напряжение. Тем самым преобразователь 5 подготавливается к моменту зажигания, т,е. к окончанию нулевой паузы напряжения на выходе генератора 6. Ключ

5.

18 также используется для имитации зажигания дуги с короткого замыкания.

Что генератор 6 длины дуги может быть выполнен на основе микро-ЭВМ. При этом выбор режима осуществляется программно, что удобно при проведении серии исследований с последующей обработкой результатов на ЭВМ. В этом случае появляется возможность имитировать стохастическое изменение длины дуги, которое наблюдается в реальном процессе сварки. Выполнение регулирующего элемента в виде повторителя напряжения позволяет отказаться от блока, задающего напряжение приэлектродных областей, по которому протекает полный сварочный ток. Этим значительно повышается надежность устройства и уменьшаются габариты имитатора. Таким образом предлагаемый имитатор может тестировать широкий класс источников питания для дуговой сварки плавящимся и для ручной дуговой сварки штучным электродом.

Формула изобретения Имитатор сварочной дуги, состоящий из последовательно включенных регулирующего элемента и датчика тока, блока задания напряжения приэлектродных областей, а также первого функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом датчика тока, и второго функционального преобразователя, состоящего из квадратора и схемы извлечения квадратного корня, вход которой соединен с выходом квадратора через RC-цепь, причем выход датчика тока соединен с входами первого и второго функциональных преобразователей, отличающийся тем, что. с целью улучшения качества тестирования источников питания для дуговой сварки плавящимся электродом и для ручной дуговой сварки штучным электродом, он снабжен сумматором, перемножителем, блоком задания состояния дуги при зажигании, компаратором нулевого уровня. элементом, проводимость которого пропорциональна входному напряжению, логарифмическим усилителем, дифференциатором, перекидным ключом и генератором длины дуги, выход которого соединен с входами функционально о преобразователя, перемножителя и блока задания напряжения приэлектродных областей, причем выходы перемножителя и блока задания соединены с входами сумматора, выход которого соединен с управляющим входом регулирующего элемента, выполненного в виде повгорителя напряжения, второи вход перемножителя соединен с выходом первого функционального преобра1600937 эователя, а второй функциональный преобразователь снабжен элементом, выходная проводимость которого пропорциональна выходному напряжению и который подключен параллельно конденсатору RC-цепи, а 5 вход его соединен с генератором длины дуги через логарифмический усилитель и дифференциатор, причем конденсатор RC-цепи подключен к резистору через перекидной ключ, второй вход которого соединен с выходом блока задания состояния дуги при зажигании, а управляющий вход ключа — с генератором длины дуги через компаратор нулевого уровня.

1600937

Составитель В.Пучинский

Техред M.Moðiåíòàë Корректор Н.Ревская

Редактор О.Головач

Заказ 3237 Тираж 653 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101