Установка для плазменной сварки

 

Изобретение относится к сварке, а именно к установкам для плазменной сварки с аксиальной подачей плавящегося электрода, и может найти применение в различных отраслях промышленности для сварки металлов и наплавки слоев с особыми свойствами на поверхности различных изделий. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет расширения ее технологических возможностей. Для этого в установку для плазменной сварки, содержащую плазмотрон, два управляемых выпрямителя с блоками их управления, трансформатор, введены импульсный тиристор с блоком его управления и мультивибратор с тумблером , подключенным к его управляющему входу. Такое построение установки позволяет реализовать различные режимы ее работы - непрерывный, импульсный с совпадением по фазе импульсов обеих дуг или противофазными импульсами, с дополнительным положением коротких импульсов тока на дугу плавящегося электрода в момент импульса или паузе этого тока, сочетание режима непрерывного горения одной из дуг с импульсным режимом горения другой. Это расширяет технологические возможности установки Отсутствие неплапящьгося электрода в плазмотроне существенно уменьшает габариты последнего, сокращает потери энергии в плазмотроне. 1 з.п. ф-лы, 2 нл IS сл ся to со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 щ) В 23 K 10/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbtTHRM

Г1РИ ГКНТ СССР

К АВТОРСНОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4497550/27 (22) 25а10а88 (46) 30.01 ° 91, Бкп, У 4 (71) Краматорский индустриальный институт (72) А,В,Грановский (53) 621 ° 791 ° 75(088 8) (56) Малаховский В.Ai Плазменная сварка М . Высшая школа, 1987, с ° 62»63 °

Сварка в машиностроении. М,:

Мащиностроение, 1979, с 304, (54) УСТАНОВКА ДЗИ Ш1АЗМЕН11ОЙ СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварке, а именно к установкам.для плазменной сварки с аксиальиой подачей плавяще гося электрода, и может найти приме кение в различных отраслях промышленности для сварки металлов и наплавки слоев с особыми свойствами на поверхности различных изделий ° Цель изобретения повышение качества сварного соединения за счет расшире» ния ее технологических возможностей, Изобретение относится к технике сварки, в частности к установкам для плазменной сварки с аксиальной пода чей плавящегося электрода, и может быть использовано в различных.отрас лях промышленности для сварки метал» лов, а также для наплавки слоев с особыми свойствами на поверхности различных изделий.

Цель изобретения - повышение ка» чества сварного соединения за счет расширения ее технологических возможностей, Для этого в установку для плазменной сварки, содержащую плазмотрон, два управляемых выпрямителя с блоками их управления, трансформатор, введены импульсный тиристор с блоком его управления и мультивибратор с тумблером, подключенным к его управляюще» му входу. Такое построение установки позволяет реализовать различные режимы ее работы непрерывный, им» пульсный с совпадением по фазе им» пульсов обеих дуг или противофазными импульсами, с дополнительным положением коротких импульсов тока иа дугу плавящегося электрода в момент и пульса или паузе этого тока, сочета ние режима непрерывного горения од» ной из дуг с импульсным режимом горения другой, Это расширяет техноло гические возможности установки ° От» сутствие неплавящегося электрода в плазмотроне существенно уменьшает габариты последнего, сокращает поте ,ри энергии в плазиотроне, 1 з ° п ° ф лы 2 ила

На фиг ° 1 представлена блоксхема установки для плазменной наплавки; на фиг.2 » диаграммы работы установ» ки для плазменной сварки в различных режимах: возможных режимах горения плавящегося электрода (а — г) и воз» можных режимах горения плазменной дуги (д, е).

Установка для плазменной сварки состоит из мундштука 1 и соединенного с ним изолятора 2, сопло 3 для по» дачи защитного газа укреплено на кор» пусе 4, соединенном с изолятором 2, 1623846

coIIJIo 5 ввернуто B корпус 4, плавя щийся электрод 6 подается через мундштук 1 к изделию 7, силовой трансформатор 8 имеет отводы от вторичной обмотки, управляемый выпрямительный блок 9 соединен входом с отводами вторичной обмотки, управляемый выпрямительный блок 10 входом подсоединен к отводам вторичной об мотки силового трансформатора 8, им» пульсный THpHcTop ll входом подключен к вторичной обмотке трансформатора 8 с возможностью подключения к различ ным отводам, выход тиристора 11 со» единен с выходом управляеМого выпря» мительнаго блока 9 таким образом, чта полярность выхода тиристора 11 совпадает с полярностью вывода выпрямителя 9, с которым он соединен, управляющий электрод тиристора ll соединен . выходом схемы )2 управления, вход которой соединен с переключателем

13, управляющий вход управляемого выпрямительного блока 9 соединен с вы» ходом схемы 14 управления, вход последней посредством электронных клю» чей 15 и 16 соединен с задатчиками

17 и 18, управляющий вход управляемога выпря нтельнога блока 10 соединен с выходом схемы 19 управления, вход схемы 19 управ-.åíèÿ соединен с помощью электронных ключей 20 и 21 с за» д"тчиками 2? и 23, одноименные полюса управляемых выпрямительных блоков

9 и 10 подключены к мундштуку 1, вто 35 рой полюс блока 9 подключен к изде лию 7, а второй полюс блока 10 - к корпусу 4, мультивибратор 24 имеет тумблер 25, позволяющий выключать его таким образом, что при выключен40 нам мультивибраторе 24 на одном его выходе постоянно имеется выходное напряжение, а на втором выходе напря жения нет один выход мультпвибрато»

Э

45 ра 24 подключен к управляющим входам, электронных ключей 16 и 20, а другой

Ф выход мультивибратора 24 к управ» . ляющим входам электронных ключей 15 и

2l, выходы мультивибратора 24 подклю чены также к переключателю 13 таким

50 образом, что вход схемы 12 управле ния может быть подключен к любому из выходов мультивибратора 24 либо не подключен ни к одному из них, сопла

5 выполнено с внутренним каналом в виде двух конусов внутреннего 26 и наружного 28 с цилиндрической шейкой

27 между ними

Установка для плазменной сварки работает следующим образам>

Подается питание на силовой транс форматор 8, на выходах тиристорных выпрямительных блоков 9 и 10 появляется напряжение, между соплом 5 и плавящимся электродом 6 возбуждается с помощью высокочастотного разряда дуга Так как внутренний канал cnns.з

5 имеет цилиндрическую шейку ?7,то возбуждение дуги происходит в зазоре между плавящимся электродом 6 и шей» кой 27 канала сопла 5, так как в этом месте зазор наименьший, возбудившаяся дуга выдувается нз шейки 27 струей плазмообразуэщего газа в коническую часть 28 канала сопла, обрященную основанием к изделию 7 ° Так как эта часть канала сопла коничес» кая и расширяется па мере удаления от цилиндрической шейки 27, та дуга, перемещаясь в направлении ат цилиндрической шейки 27 к срезу сопла

5, удлиняется, что ведет к увеличению напряжения на ее столбе, Столб ,цуги омывается потокам плазмообра» зующего газа, за счет чего формируется плазменная струя, которая для изделия 7 является косвенной, Такое горение дуги обеспечивает ее фикса цию относительно среза сопла 5 на поверхности конуса 28 канала. Пллзмо образующий гаэ стремится выдуть цугу, в то же время удлинение дуги вызывает повышение мощности на ней .и со» гла=но принципу минимума Ытеенбека дуга стремится занять положение как можно ближе к шейке 27 канала сопла

5i Согласно принципу минимума Штеенбека иэ всех реализуемых в любой системе режимов горения дуги устой чивым является такой, при котором напряжение на дуге минимально В слу» чае,. если дуга по какой-то причине загорается внутри плазмотрона, то она перемещается по внутреннему ка ну-су 26 к шейке как за счет потока плазмаабразующего газа, так н соглас но принципу минимума Штеенбека, Таким образом, предлагаемая конструкция сопла 5 обеспечивает формирова ние плазменной струи и обеспечивает стабильное горение дуги в заданном месте, После возбуждения дуги между плавящимся электродом 6 н соплам 5 электродное пятно дуги располагается на плавящемся электроде 6 ° Вследствие этого осуществляется интенсивный на

1 623846 6 дуги плавящегося электрода. При эт. м!

О

l5

30

5 грев электрода G, кроме того, этот электрод нагревается и плазменной струей, выдуваеиой из сопла 5 плазио» образующим газом. Таким образом, в предлагаемой установке для плазменной сварки нагрев плавящегося электрода более эффектинец, чеи в известной установке, так как ппазиешгая дуга для плавящегося электрода 6 лвляется пряиой, а не косвенной., в то же вре» ия уменьшается тепловложение в изделие 7, так как плазменная дуга для изделия в предлагаемой установке косвенная, что позволяет вести сварку тонколистового металла, наплавку и сварку с малой глубиной проплавленил основного металла, интенсивный нагрев плавящегося электрода 6 позвоп«1«т с1>и вить ток плазменной дуги, что приводит к снижению тепловых нагрузок 1ьа сопло, повышает его долговечность, упрощает систему охлаждения и позволяет. уменьшить габариты плазмоfpoll;l Уменьшению габаритов ппазмотроца способствует и отсутствие специального наплавляющегося электрода в цем.

Силовой. трансформатор 8 поцижа«т напряжение сети до f>«JIII If Ill l, цеобходцмой ДлЯ сваРки ° Ilolllwelllloe Il lIIPIIw«IIII снниается с нторичцых обмоток vpallcформатора 8, им«ющих отводы. !!апцчи« отводов позволяет регулировать напряжение на входе управляемых ныпрлмител,ьных блоков 9 и 10, что улучшает режии цх работы - становится возможной рабо га с малыми углами отсечки, это позволяет избежать колебаний выходного напряжения, стабилизирует ду» гу Силовой управляемый выпрял«31тель» ный блок 9 подает цапряжеш«е ца 3"«де» лие 7 и мундштук 1, через который оцо подводится к плавящему эпектр«ду 6, Таким образом, этот блок осуществляет питание дуги плавящегося «лектрода Ь.

Схема 14 управления формирует имцупь сы управления Ifa тириеторь3 блока 9.

Угол отпирания каждогo цз Tlfpl«c TopoB блока 9 зависит от напряжения управ» леция, подаваемогo ца схему 14 управ» пения через электро«нные ключи 15 и 16 от задатчикон 17 II 18„ Электронные ключи 15 и 16 управляются иультинибра» тором 24 ° Таким образом, мультцвибра тор включает поочередно ключи 15 и 16, следовательно, к схеме управления по очередио подключаются задатчцки 17 и

l8 ° Это позволяет производить сварку и наплавку в импульсном режиме горения длительность импульсов и пауз устацанливаетсл иультивибратором 24, а ток импульса и ток паузы - задатчиками 17 и 18, При работе в непрерыв» цом режиме задатчики 17 и 18 устананливаются в одинаковое положение, кроме того, непрерывный режим работы может быть достигнут отключением иупьтцвнбратора 24 с помощью тумблера 25, Такое двойное достижение непрерывного режима позволяет существенно расширить технологические возможности установки, Так, если непрерыв1«ья1 режим достигается отключением мупьтивцбратора 24 тумблером ?S, то ц плазменная дуга горит н непрерывном режиме, если непрерывный режим достигается за счет установки задатчиков 17 и 18 в одинаковое положение, то л1ультцвцбратор 24 продолжает работать If горение плазменной дуги может осуществляться в нмпупьсном режиме °

IfI111yJIl c3IIfli тцрцстор 11 может бы гь подключен к люб>ому из отводов вторичной обмотки трансформатор» 8, это .IIo «вопле Г и широких цредс Jillõ цзмецпть параметры IIIIIIQJII.col« тока плавящегося .->пектрода 8> отличие «т импульсов тока, np>fffpy«wlf,,lõ мул" l èlfèf>ðll fopof f

24, IIIIIlyJ>l.c»l тока, flpnr«I;I«>llfcro чс рез гиристор 11, значительно более короткие ц предца «II;I>lefll,l дл>«управле" ция и р«1«осом pncIIJlaf«lff«111«rocfl метал» ла с Kolll\r 3«павящегося электрода 6.

1!л«цупьс31ь«м тирцстором 11 управляет схема 12 уцравлсцшя, которая обеспс чивает рс гyJIIIpof«fly 13>l panfeтрон нипуль сов тс ка, Ilpo f «wall«flfffx через тиристор

11, - дпит«пш«ость ц частоту их сле доваш«л Схема 12 упранлеш«я с помощью 33«р«кп>о«1ат«п>3 13 мсжет быгь цод» ключ«цп к любому и.«выходов мультинцбратора 24 цпи быть полностью откпк>чеflllolf Jf0 позволяет подавать ци31упьсы н мои< II r импульса б;«зового тОКа ЛИбО В ИОМЕГгт Ilayaff, цпц цЕ ПО» давать цх совсем Таки I образом cyIIILcTI3cIIlIo расширяются техн эпогцческие возможности установки ппазм«ц«1ой сварки, Силовой упранпясмый выпрями» тепьш,.й блок 10 питается от отводов вторичной обмотки силового трансформа fopl 8, что также позволяет выбрать оптимальный режим его работы в завцСИМОСтц OT ПараИЕтрОВ рсжцма СВарКИ и прцмеияемь«х сварочных л«атериалов

1623846 таким образом, чтобы угол стечки тиристоров был минимальным - это ста» билизирует горение плазменной дуги, так как в этом случае пульсации выходного напряжения на выходе блока l0

5 минимальны, Блоком 10 управляет схема

l9 управления, на входе которой че рез электронные ключи 20 и 21 подключены задатчики 22 и 23, Как и для блока 9, для блока 10 возможны два способа получения непрерывного режи» ма. установка задатчиков 22 и 23 в одинаковое положение, при этом возможно питание дуги плавящегося элект- 15 рода импульсным током, и выключение мультивибратора 24 тумблером 25, при этом токи плазменной дуги и базовый ток дуги плавящегося электрода непрерывные, однако наложение на базовый 20 ток дуги плавящегося электрода 6 ко»

» роткнх импульсов через тиристор 11 возможно и в этом случае, так как возможно переключение переключателем

13 схемы 12 управления к открытому выходу мультивибратора 24 В остальном работа схемы 19, электронных клю чей 20 и 21 и эадатчиков 22 и 23 аналогична работе схемы 14 управления, электронных ключей 15 и 16 и задат 30 чиков 17 и 18.

К мундштуку 1 подключены одноименные полюса тиристорных выпрямитель» ных блоков 9 и 10, следовательно, к соплу 5 подключен полюс выпрямительного блока 10 (через корпус 4), одноименный с полюсом блока 9 подключенного к изделию 7 ° Такое включение силовых управляемых выпрямительных бло» ков 9 и 10 препятствует возникновению 40 дугового разряда между соплом 5 и из» делием 7, так как к ним подключены одноименные полюса Это облегчает эксплуатацию установки, снижает тепловложение в сопло Ь и в изделие 7, Изо»45 лятор 2 препятствует замыканию мунд штука 1 на корпус 4, развязывая таким образом выходы выпрямительных блоков

9 и 10 ° Подача защитного газа в зону сварки осуществляется через сопло

Питание плазмотрона защитным и плазмообразующим газами, подача и слив охлаждающей воды осуществляютсн через штуцеры на корпусе 4 плазмотрона.

Ток плавящегося электрода может, быть непрерывным (фиг 2а) в случаях, когда его величина достаточна для обеспечения мелкокапельного или струйного переноса металла через дугу

При сварке тонкого металла или чаплавке ток плавящегося электрода уменьшается и для управляемого пере носа металла используются короткие импульсы (фиг.2Я), создаваемые импульсным тирыстором

В случаях, когда необходима пе риодическая кристаллизация сварочной ванны, ток плавящегося электрода может быть импульсным (фиг.2Z) ° При этом могут накладываться на него и короткие импульс, например когда во время пауз есть вероятность перехода к нежелательному крупнокапельному пе реносу электродного металла, на сварочный ток накладываются короткие импульсы (фиг.2g). Короткие импульсы также могут накладываться и во время импульса тока плавящегося электрода

Ток плазменной дуги может быть непрерывным (фиг,2Д) или импульсным (фиг,26). Импульсный режим горения плазменной дуги позволяет повысить температуру плазменной струи и улучшить эффективность нагрева плавящегося электрода Во время паузы ток дуги невелик, дуга обдуваетсн потоком плазмообразующего газа и градиент па» реппа напряжения на ее столбе возрас» тает, так как сужается диаметр стол» ба. Это ведет к уходу дуги в более узкую часть выходного корпуса канала сопла, ближе к цилиндрнческой шейке, что энергетически более выгодно меньше падение напряжения на дуге

При подаче импульса тока в малом про» странстве происходит интенсивное об жатие дуги, вследствие чего темпера тура плазменной струи повышается, увеличивается степень ионизации плаэ» мы в ней, Перемещение дуги при нмпуль се тока к расширяющейся части конуса носит инерционный характер из за инер." ционности перемещения активных пятен плазменной дуги (особенно катодного пятна) ° При работе плазменной установки возможны различные сочетания законов изменения токов дуг ° Так, на пример, сочетание законов изменения токов дуг на фиг,2 2, в при синхронной подаче импульсов тока (импульсы тока r впадают по фазе) позволяет снизить температуру перегрева капли метаила на конце электрода, что осо» бенно благоприятно при наплавке ком позиционных сплавов, Во время. импульса тока плазменной дуги растет степень ионнзации плазмы и плавящий

1623846

60

430

0,008

35

40 ся электрод оказывается погруженным в струю плазмы с избыточным количеством носителей заряда, за счет этого снижается градиент падения напряже5 ния в прнэлектродных областях, а сами активные пятна увеличиваются в размерах (фактически дуга плавящего» ся электрода горит в условиях вынужденной иониэации), чта снижает концентрацию ввода тепла, уменьшает плотность теплового патока, в резуль» тате плавится большее количество электродного металла, однако его температура при этом снижается. !5

Установка опробована при сварке стали 12Х18Н9Т толщиной 1,2 мм на медной подкладке. Сварку осуществляют проволокой Св 12Х18Н9Т диамет» ром 1,2 мм при прямой полярности

20 обеих дуг в следующем режиме:

Ток дуги плавящегося электрода, А

Ток коротких импульсов, А 25

Частота коротких импульсов, Гц 50

Длительность коротких импульсов, с

Напряжение базового 30 тока дуги славящего» ся электрода, В

Напряжение плазменной дуги, В в импульсе 2l в паузе 28

Ток плазменной ду ги, А в импульсе ll0 в паузе 30

Длительность им» пульса, с 0,4

Длительность пау» эы, с 0,8

Расход аргона, л/мин 45 плаз моо бразующе го 3, 6 защитного 6

Скорость сварки, м/ч 56

Сварку ведут в режиме, соатвет ствующем фиг.26,8 ° Непрерывный неболь» 50 шой базовый ток плавящегося электро да обусловлен малой толщиной свари ваемого металла. Короткие импульсы позволяют осуществлять мелкокапель ный перенос электродного металла. Им- 55 пульсный режим горения плазменной дуги обеспечивает прерывистую кристаллизацию металла в виде отдельных точек, что сокращает время его пре» бывания в жидком состоянии и позво» ляет уменьшить расход защитного apro па

Наплавку ходовых колес десантной бронемашины осуществляют прессован най проволокой, состоящей из, X

Магний 7

Карбид бора l8,4

Литий фтористый 6

Алюминий Остальное

Наплавку ведут по режиму (фиг,26д) со следующими параметрами:

Диаметр электрода, мм 2,8

Ток дуги плавящегося электрода, А в импульсе 400 в паузе 180

Напряжение дуги плавящегося электрода, В в импульсе .32 в паузе 21

То к ду ги нелл авящегося электрода,А в импульсе 220 в паузе 60

Напряжение дуги нелла» вящегося электрода, В в импульсе 30 в паузе 22

Подача импульсав В фазе

Расход apra«a, л/мин: плазмообразующего 3,9 защитного ll

Скорость наплавки, м/ч 28

Наплавленный слой - износастойкий композиционный металл, имеющий матрицу из алюминиево»магниевого сплава и включения твердого вещест» ва - карбида бора.

Формул а изобретения

1 ° Установка для плазменной сварки, содержащая плазматрон, включаю» щий мундштук для подачи плавящего электрода, сопла для подачи защитного газа, сопла и корпус, при этом мундштук для подачи плавящего элект» рода соединен с отрицательными выво дами первого и второго управляемых выпрямителей с блоками их управления, входы управляемых выпрямителей соеди» иены с вторичной обмоткой трансформа» тора, выполненной с дополнительными отводами, положительные выводы первого и второго управляемых выпрямителей подключены соответственно к выходам установки и с корпусом плазмаll l623846

) ) трона, отличающаяся тем, ра катод импульсного тнристора сочто, с целью повышения качества свар- единен с мундштуком для подачи плавя ного соединения и расщирения техно- щего электрода, а анод импульсного логических возможностей, в нее вве- тиристора соединен с вторичной обдены импульсный тиристор с блоком моткой трансформатора, 5 его управления, переключатель, муль тивибратор и тумблер, подключенный 2 ° Установка по nil, о т л ик управляющему входу мультивибратора, ч а ю щ а я с я тем, что в корпусе первый выход которого соединен с пер 1О плазмотрона установлено сопло, вы выми входами блоков управления вы полненное с каналом в виде двух обпрямителей и с первым контактом пе- ращенных друг к другу верщинами ко реключателя, второй контакт которого Hyeos, между которыми имеется цисоединен с вторыми входами блоков линдрическая юейка, в корпусе такхе управления выпрямителей и вторым вы 15 установлены сопло для подачи защит ходом мультивибратора, третий кон ного газа и изолятор, в который такт переключателя соединен с входом вставлен мундатук для подачи плавя блока управления импульсного тиристо щего электрода, 1623846

Составитель.ГЧайковский

Техред М.Моргеитал Корректор A Îñàóëåíêî

Редактор А,Огар

Заказ 160 Тирам Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Умгород, ул. Гагарина, 101