Способ дуговой сварки плавящимся электродом переменным током и устройство для его осуществления

 

Использование: при автоматической, полуавтоматической и ручной дуговой сварке и наплавке плавнщимся электродом деталей металлоко -струкций. Сущность изобретения: при сварке плавящимся электродом на переменном токе устанавливают отношение мощностей, подводимых к электроду , в положительный и отрицательный полупериоды, равным отношению скоростей плавления электрода в отрицательный и положительный полупериоды. Отношение мощностей стабилизирующих импульсов равно отношению мощностей, необходимых для повторного зажигания в полупериоды этих же полярнрстей. Устройство содержит сварочный трансформатор с жесткими внешними характеристиками, имеющий одну первичную и три вторичные обмотки, два тиристорных ключа, блок управления , конденсатор и два дросселя. Применение способа и устройства для дуговой сварки плавящимся электродом переменным током позволило повысить стабильность процесса как за счет надежного повторного зажигания дуги, так и за счет соблюдения условия саморегулирования процесса в оба полупериода, что повьсило качество сварки, притом с расширением диапазона регулирования-сварочного тска. 2 с.п.ф-лы, 2 ил. ел G

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 K 9/173, 9/095

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 8

1 (21) 4826559/08 (22) 22,05.90 (46) 15,01,93, Бюл. N. 2 (71) Институт электросварки им. Е.О.. Патона (72) В,В, Дыменко, В,И. Болотько и А.Ф. Шатан (56) Заруба И;И., Дыменко В.В., Болотько

В.И. Сварка переменным током в углекислом газе, Автомат сварка, 1973, ¹ 10, с.64—

67.

Авторское свидетельство СССР

N 589099, кл, В 23 К 9/06, 1973. (54) СПОСОБ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ ПЕРЕМЕННЫМ

ТОКОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование; при автоматической, полуавтоматической и ручной дуговой сварке и наплавке плав. щимся электродом деталей металлоко струкций, Сущность изобретения: при сварке плавящимся электродом на переменном токе устанавливают отношение мощностей, подводимых к злек» БЫ,, 1787722 А 1 троду. в положительный и отрицательный полупериоды, равным отношению скоростей плавления электрода в отрицательный и положительный полупериоды. Отношение мощностей стабилизирующих импульсов равно отношению мощностей, необходимых для повторного зажигания в полупериоды этих же полярностей. Устройство содержит сварочный трансформатор с жесткими внешними характеристиками, имеющий одну первичную и три вторичные обмотки, два тиристорных ключа, блок управления, конденсатор и два дросселя, Применение способа и устройства для дуговой сварки плавящимся электродом переменным током позволило повысить стабильность процесса как за счет надежного повторного зажигания дуги, так и за счет собл юдения условия саморегулирования процесса в оба полупариода, что повь сило качество сварки, притом с расширением диапазона регулирования сварочного тека. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1787722

25

35

Изобретение относится к сварке и может быть йспользовано при автоматической, полуавтоматической и ручной дуговой сварке и наплавке плавящимся электродом деталей металлоконструкций, механизмов, машин в различных отраслях народного хазяйства.

На устойчйвость процесса сварки переменйым током влияет большое количество факторов, но определяющйми являются надежное повторйое "зажигание дуги после каждого перехода сварочного тока через нуль и обеспечение процесса саморегулирования, подачи электрода в дуговой промежуток, т,е, скорость подачи электрода и скорость его плавления должны быть равнымии.

Н а фиг.1 изображена ирин ци пиал ьная электрическая схема устройства для дуговой сварки глав.".щимся электродом переменным током; на фиг,2 — эпюры тока устройства, включенного на активную нагрузку, Устройство (фиг,1) содержит сварочный трансформатор 1 с воздушным зазором 2 в

его магнитопроводе, первичную обмотку 3, подключенную к сети, три последовательносогласно соединенные вторичные обмотки; первую дополнительную обмотку 4, основную сварочную обмотку 5, вторую дополнительную обмотку 6; первую цепочку, закорачивающую все три обмотки и состоящую из первого 7 и второго 8 дросселей, конденсатора 9 и коммутатора на тиристорах 10 и 11; вторую цепочку, закорачивающую сварочную обмотку 5 и состоящую из коммутатора на тиристорах 12 и 13, второго дросселя 8 первой цепочки и дугового промежутка 14; блок управления 15, соединенный с дуговым промежутком 14, через диоды 16...19 и фазосдвигающие цепочки, состоящие из регулируемых резисторов

20...23 и конденсаторов 24.„27, с управляющими электродами тиристоров 10...13, а также с обмоткой 28. Следует отметить, что величина индуктивности дросселя 8 значительно больше величины индуктивности дросселя 7, так что при включенных тиристорах 12 и 13, когда закорачивается обмотка 4, ток короткого замыкания этой обмотки ограничивается индуктивным сопротивлением этого дросселя и не превышает 20„.25

А.

Все вторичные обмотки (4;5:6 и 28) имеют жесткую магнитную связь с первичной обмоткой 3, а следовательно, пологопадающие внешние характеристики, На фиг.2 изображены эпюры тока нагрузки предлагаемого устройства. Здесь приняты следующие обозначения: р< и р — углы открытия силовых тиристоров, т,е. углы, при которых тиристоры поддерживаются в открытом состоянии (как видно из фиг.2, эти углы увеличиваются от 180 до 0 ); рз и

p4 — углы подачи стабилизирующих горение дуги импульсов (как видно из фиг.2, эти углы увеличиваются от 0 до 180 ); Imax u Imax ток через нагрузку 14 — он определяется углами р! и pz открытия тиристоров 12 и 13 соответственно, а также величиной индукTMBHocTvI дросселя 8 и величиной напряжения холостого хода обмотки 5; Imln u Imin— ток через нагрузку,4 при закрытых тиристорах 12-13, его величина определяется углами р< и pz открытия тиристоров 12 — 13, величиной суммарного напря>кения обмоток 5 и 4, а также суммарной индуктивно+ стью дросселей 7 и 8; !н и !и- величины тока, стабилизирующего горение дуги импульсов, которые определяются, при прочих равных условиях, величинами напря>кения зарядки конденсатора 9 в разные полупериоды; чем до большего напряжения зарядится конденсатор 9, тем больше будет ток и стабилизирующего горение дуги импульса, а величинанапряжения зарядки конденсатора 9 определяется углами рз и р4 подачи стабилизирующего горения дуги импульса, Как показано в работе (3) и описано в данном материале выше, отношение.напряжений Un /U<> = 2,5„,9, а поэтому и.отношение напряжений зарядки конденсатора 9 в разные полупериоды может достигать этих

>ке величин, что осуществляется подборкой углов рз — pp открытия тиристоров 10 — 11.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом, При подаче сетевого напряжения на обмотку 3 к дуговому проме>кутку 14 прикладывается суммарное напряжение обмоток 4 и 5, Дуга загорается от этого суммарного напряжения, а ток дуги ограничивается суммарной индуктивностью дросселей 7 и 8, Известно, что вольт-амперная характеристика дуги имеет три участка: крутопадающий — при малых токах, горизонтальный — в области рабочего сварочного тока, растущий — при значительных плотностях сварочного тока. В области рабочих сварочных токов напряжение на дуге практически не изменяется с изменением сварочного тока, Поэтому необходимую мощность, вкладываемую в дуговой промежуток 14 в оба полупериода, задают величиной сварочного тока. Величину сварочного тока задают углами р1 и pz (фиг.2) открытия тиристоров 12 и 13. Пока эти тиристоры закрыты, через нагрузку 14 (на фиг,2 для наглядности представлены эпюры тока устройства, включенного на активную на1787722

55 грузку) протекает минимальный,ток

Этот ток создается включенными последовательно основной сварочной 5 и дополнительной 4 обмотками, а ограничивается дросселями 7 и 8, притом их суммарная индуктивность такова. что при полностью закрытых тиристорах 12 и 13 через нагрузку протекает ток lmin = 7...10 А — минимальный ток существования дугового разряда.

Так как в нашем устройстве углы р1 и ф открытия силовых тиристоров 12 и 13 разные, то и разные по длительности протекаНИя ТОКОВ Imln И Imin, При ПОЛНОСТЬЮ открытых тиристорах 12 и 13 обмотка 4 и дроссель 7 закорачиваются и через нагрузку

14 потечет максимальный ток — lmax от обмотки 5 через тиристоры 12 и 13, Пусть в начало обмотки 5 (фиг.1 обозначено точкой) придет положительная полуволна (фиг.2 обозначено знаком "+").

Тиристор 12 с некоторым углом р1, устанавливаемым блоком управления 15, открывается и через нагрузку 14 потечет максимальный ток положительной полуволн ы — I max . В отрицательную и ол у вол ну откроется тиристор 13 с углом щ, устанавливаемым блоком управления 15, и через нагрузку 14 потечет максимальный ток отрицательной полуволны — Im» . В случае, изображенном на фиг.2, p» pz, т.е. в положительную полуволну через нагрузку протекает больший ток, чем в отрицательную:

Imax > lmax. Углы р1 и р2 регулируются блоком управления 15 раздельно, а поэтому ток в разные полупериоды устанавливается в соответствии со скоростью Vn плавления электрода в разные полупериоды. Это соответствие устанавливается эмпирически для каждого типа электрода или проволоки отдельно ввиду разной скорости их плавления в данный полупериод. Ввиду того, что, как отмечалось выше, напряжение на дуге прак. тически постоянно, то, чтобы изменить мощность, подводимую в дугу в каждый полупериод, необходимо изменять величину тока, пропускаемого через дуговой промежуток в соответствующий полупериод, а ток дуги в каждый полупериод устанавливаютт эмпирически углами р1 и

pz открытия тиристоров 12 и 13. Соотношение подводимых в разные полупериоды мощностей, как отмечалось выше, должно удовлетворять отношению:

F !F = Чп /Vn = I -/I = 0,7...1,5.

В настоящее время регулировка (подборка) угловр и р осуществляется эмпирически (опытным путем): чем больше в

50 данный полупериод скорость плавления электрода, тем меньшим устанавливают при подборке режима сварки угол rp1 (или +) тиристора 12 (или 13), тем меньшим должен быть в этот полупериод ток сварки. Это дает возможность уравнять в оба полупериода скорости (Vn = Чп) плавления электрода, что повышает стабильность процесса за счет обеспечения саморегулирования подачи электродной проволоки.

Зазор 2 в магнитопроводе трансформатора 1 устройства предотвращает этот трансформатор от насыщения вследствие асимметричности сварочного тока. Блок управления 15 вырабатывает импульсы запуска тиристоров 10...13 в зависимости от обратной связи по напряжению дуги и по напряжению от обмотки 28, жестко связанной с обмоткой 1.

Применив соответствующие обратные связи, например, следящие за изменением длины дуги с применением программного обеспечения, возможно разработать в будущем устройство, в котором будет автоматически устанавливаться величина углов открытия тиристоров 12 и 13, а следовательно, будет автоматически устанавливаться и величина тока в каждый полупериод.

Для надежного повторного зажигания дуги переменного тока при его переходе через нуль к дуговому промежутку необходимо приложить достаточное напряжение для его электрического пробоя. Поэтому величины мощностей, вкладываемых в дуговой промежуток посредством стабилизирующих горение дуги импульсов для ее повторного зажигания в разные полупериоды, определяется величиной напряжения, прикладываемого к нагрузке 14 в эти полупериоды. Величина напряжения стабилизирующего горение дуги импульса определяется углами аз и р4 (фиг.2) тиристоров 10 и 11: чем эти углы больше, тем до большего напряжения заряжается конденсатор 9, тем большей величины создается стабилизирующий горение дуги импульс, Поясним создание стабилизирующего горение дуги импульса на примере, Пусть в начало (обозначено точками) обмоток 5 и 6 приходит положительная полуволна напряжения. Блок управления 15 дает команду тиристору 11 открыться с некоторым углом рз, который отодвигает подачу импульса на сравнительно большое расстояние от нуля.

Напряжение на обмотках 5,6 и 4 (если закрыты тиристоры 12 и 13) успеет возрасти до определенной величины и конденсатор 9 зарядится до необходимой для электрическо1787722 го пробоя дугового промежутка величины, При смене на электроде полярности с положительной на отрицательную полуволну с углом pp < з откроется тиристор 10 и конденсатор 9 зарядится до меньшего напряжения, т.к. в связи с меньшим углом .р4 на обмотках 5,6 и 4 будет и меньшее напряжение (с приходом на электрод катода требуется меньшее напряжение), Величину этих импульсов для каждого определенного электрода или проволоки определяется снова-таки эмпирически, Таким образом создается стабилизирующий горение дуги импульс с приходом на электрод анода (по5

10 ложительная полярность) больше, чем с приходом на электрод катода. Это дает возМо>KHocTb создать хорошие условия для повторного зажигания дуги в оба полупериода и избежать избытка энергии стабилизируюэлектрод катода, что повышает стабильность процесса. Как вид из фиг.2, ток стабилизирующих горение дуги импульсов и ток дуги обратны по фазе. Это сделано специально, так как в этом случае стабильность горения дуги выше, чем при одинаковой фазировке тока импульса и дугового тока, Применение способа и устройства для дуговой сварки плавящимся электродом пе30 ременным током позволило повысить стабильность процесса как за счет надежного повторного зажигания дуги, так и за счет соблюдения условия саморегулирования процесса в оба полупериода, что повысило качество сварки, притом с расширением диапазона регулирования сварочного тока.

Сварка переменным током с помощью предлагаемого способа и устройства более технологична, чем сварка постоянным то40 ком по следующим причинам; при сварке переменным током наблюдается эффект модуляции с частотой 50 Гц, а модуляция улучшает качество сварки; при сварке переменным током отсутствует магнитное

45 дутье, которое при сварке постоянным током проволокой большего диаметра не дает поднять рабочие режимы выше 250...300 А, особенно при сварке в узкий зазор.

В ИЭС им. Е,О, Патона АН УССР создано устройство для дуговой сварки плавящимся электродом переменным током с раздельным в оба полупериода регулированием импульсного вложения энергии, На нем были апробированы такие виды сварки переменным током плавящимся электродом; ручная дуговая сварка электродами с основным покрытием (типа УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, ОЭЛ-3 и пр.), механизирован50

55 ная сварка проволокой Св-08Г2С в смеси щего горение дуги импульса с приходом на 20

Аг+ COz, а также механизированная сварка порошковой проволокой в среде COz и самозащитной проволокой. В качестве свариваемого металла применялась сталь СтЗСп.

Раньше все эти виды сварки осуществлялись только на постоянном токе. Разработанное устройство обеспечивает надежное повторное зажигание и стабильность процесса перечисленных видов сварки на переменном токе, которая более производительна (от 30 до 50%), чем сварка на постоянном токе.

Формула изобретения

1.Способ дуговой сварки плавящимся электродом переменным током, при котором в каждый полупериод в дуговой промежуток для повторного зажигания дуги подают стабилизирующие импульсы энергии, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества сварки и расширения диапазонов режима сварки путем повышения стабильности процесса и выбора оптимальных режимов сварки в оба полупериода, отношение величин мощностей, подводимых в положительный и отрицательный полупериоды, устанавливают равным отношению скоростей плавления электродной проволоки в отрицательный и положительный полупериоды, а отношение мощностей стабилизирующих импульсов устанавливают равным отношению мощностей, необходимых для повторного зажигания дугового разряда в полупериоды этих же полярностей.

2.Устройство для дуговой сварки плавящимся электродом переменным током, содержащее сварочный трансформатор с жесткими внешними характеристиками, имеющий первичную обмотку, вторичную сварочную обмотку, первую и вторую вторичные дополнительные обмотки, два дросселя, конденсатор, два тиристорных ключа. и блок управления тиристорами с фазосдвигающими цепочками, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества сварки и расширения диапазонов режима сварки путем повышения стабильности процесса и выбора оптимальных режимов сварки в оба полупериода, в нем последовательно соединены между собой первая вторичная дополнительная обмотка, вторичная сварочная обмотка, вторая дополнительная вторичная обмотка, первый тиристорный ключ, конденсатор, первый и второй дроссели, вывод второго дросселя соединен с выводом первой дополнительной вторичной обмотки, другой вывод которой через второй тиристорный ключ соединен с точкой соединения первого и второго дрос,селей.

1787722

Составитель В.Дыменко

Техред М.Моргентал Корректор О.Густи

Редактор В.Фельдман

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

Заказ 35 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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