Устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВщОмстВО сссР (ГОсттАтент сссР} (23) 4857044/08 (22) 29.05.90 (46) 30.12.93 Ьол. % %-47 (73) Научно-исотедовательский институт конструкционных материалов и технологических процессов при МГТУ им.Н.З.Баумана (72) Неровный ВМ„Ямпольский B.M.; Подьяпольский Г.В„Хахалев АД; Харченко С.В.; Воробьев В.М„.

Озеров ДВ. (73) Озеров Дмитрий Витальевич (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ CBAPKN НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В ВАКУУМЕ (57) Использование: электродуговая сварка горелками с полым катодом в вакууме. Сущность изобретения; устройство содержит водоохлаждаемый корпус, в одном из торцов которого закреплен полый катод В другом торце закреплен вспомога(ю) ЯЯ (1ц 1839649 АЗ (ц тельный электрод с центральным каналом и рабочей поверхностью, перпендикулярной оси этого канала Вспомогательный электрод подключен к отрицательному зажиму вспомогательного источника пйтаниа Изолированная втулка установлена на вспомогательном электроде в контакте со всей его боковой поверхностью. Диод включен между вспомогательным электродом и отрицательным зажимом источника питания сварочной дуги. Второй вспомогательный источник питания подключен от— рицательным зажимом к вспомогательному электроду, г положительным к аноду. При этом в качестве вспомогательных источников литания использованы генераторы одиночных импульсов. в цепях которых последовательно включена индуктивность. 1 ил.

1839649

Изобретение относится к электродуго вой сварке, а именно к конструкциям горелок с полым катодом для локального нагрева изделий, преимущественно для сварки, наплавки и пайки в вакууме.

Известно устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме, содержащее водоохлаждаемый корпус, в одном из тооцов которого закреплен полый катод, соосную ему втулку, закрепленную в другом торце корпуса и подключенную к отрицательному зажиму вспомогательного источника питания, изолятор между втулкой и корпусом, источник питания сварочной дуги, а в качестве вспомогательного источника питания использован источник питания с крутопадающей вольтамперной характеристикой (11.

Недостатком этого устройства являются низкая стабильность возбуждения сварочной дуги при диаметре полых катодов менее

4 мм, а также сравнительно малый ресурс работы втулки, flocKoëüêó при возникновении вспомогательной дуги она работает в режиме автоэлектрон ного холодного катода и в результате этого подвержена интенсивной эрозии ее стенка. Кроме того, из-за наличия катодных пятен как на внутренней, так и на внешней боковой поверхности для стабильного возбуждения сварочной дуги ток вспомогательного дугового разряда должен быть порядка 15 — 40 А, что требует применения специализированного источника питания мощностью 1,5-2 кВт с напряжением холостого хода свыше ЗОО В.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к данному изобретению является устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме, содержащее водоохлаждаемый корпус, в одном из торцов которого закреплен вспомогательный электрод с центральным каналом и рабочей поверхностью, перпендикулярной оси этого канала, изоляционную втулку, установленную на вспомогательном электроде в контакте со всей его боковой поверхностью, а также осциллятор. источники питания для вспомогательной и сварочной дуг (2 j, Недостатком этого устройства является низкая стабильность возбуждения сварочной дуги при диафрагмированном выходном отверстии полых толстостенных катодов, обладающих высокой работоспособностью, при длине дугового промежутка в пределах 20-70 мм, используемой. как правило, при наплавке и пайке. Связано это с тем, что перед возбуждением сварочной дуги в полости катода су4дествует,4овольно протяженная зона, в кочорун4 г4р-.4ктически не проникает злектри5

10 ческое поле. В результате создать плазменный электропроводящий канал между вспомогательным электродом и анодом-деталью удается только при напряжении холостого хода источника питания сварочной дуги свыше 70 В. Это резко снижает номенклатуру используемых в промышленности сварочных источников питания. Низкая эффективность использования источника питания для вспомогательной дуги обьясняется тем, что оН работает только при возбуждении сварочной дуги в течение 5-60 с.

Кроме того, из-за высокого уровня радиопомех использование осциллятора ограничивает применение устройств, выполненных на базе микропроцессорной техники, в дуговых сварочных процессах в вакууме, особенно при использовании их в космической технологии.

Целью изобретения является повышену4е эффективности и надежности в работе устройства, а также обеспечение стабильности возбуждения сварочной дуги.

Поставленная цель достигается тем, что

25 в устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме, содержащем водоохлаждаемый корпус, в одном из торцов которого закреплен полый катод, в другом закрвплен вспомогательный электрод с ценЭО тральным каналом и рабочей поверхностью. перпендикулярной оси этого канала, который подключен к отрицательному зажиму вспомогательного источника питания, изолированную втулку, установленную на вспоЗ5 могательном электроде в контакте со всейего боковой поверхностью, и источник питания сварочной дуги, введены диод, включенный между вспомогательным электродом и отрицательным зажимом источника питания сварочной дуги, а также второй вспомогательный источник питания, подключенный отрицательным зажимом к вспомогательному электроду, а положительным к аноду, При этом в качества вспомогательных источников питания использованы генераторы одиночных импульсов, в цепях которых последовательно включена индуктивность. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устрой50 ство отличается наличием новых элементов: диода, второго вспомогательного источника питания и их связями с остальными элемен-. тами, а также тем, что в качестве вспомогательных источников питания использованы

55 генераторы одиночных импульсов, в цепях которых последовательно включена индуктивность.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна

1839I54„.

В данном устройстве подключение диода между вспомогательным электродом и отрицательным зажимом источника питания сварочной дуги позволяет при образовании электропроводящего канала плазмой от дугового разряда между вспомогательным электродом и полым катодом поддерживать дуговой разряд между вспомогательным электродом и анодом-деталью с помощью источника питания для сварочной дуги до тех пор пока, пока полый катод не нагреется до рабочей температуры и не возникает сварочная дуга.

Снабжение устройства вторым вспомогательным источником питания, отрицательный зажим которого подключен к вспомогательному электроду, а положительный к аноду-детали, позволяет повысить напряженность электрического поля в полости катода и тем самым стабильно воз- 20 буждать дугу между вспомогательным электродом и анодом-деталью независимо от величины напряжения холостого хода источника питания сварочной дуги.

Использование в качестве вспомога- 25 тельных источников питания генераторов одиночных импульсов с индуктивностью позволяет осуществить дозирование энергии импульсов для образования плазменных электропроводящих каналов длительно- 30 стью 0,5-3.0 мс. обеспечивающих стабильное возбуждение сварочной дуги при их малых габаритах и весовых характеристиках.

Благодаря этому заявленное устройст- 35 во проявляет новые свойства, что приводит к повышению эффективности и надежности его в работе. а также стабильности возбуждения сварочной дуги. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического 4Î решения критерию "существенные отличия", На чертеже изображено устройство для сварки неплавящимся электродом в вакууме. ®

Устройство содержит водоохлаждаемый корпус 1; в "рабочем торце котброго установлен полый катод 2. В нерабочем тор- :, це корпуса закреплен вспомогательный электрод 3, выполненный с центральным 50 каналом 4 для подачи плазмообразующего газа, соосным каналу полого катода 2. Вспомогательный электрод,3 выполнен с плоской рабочей поверхностью, перпендикулярной оси канала 4. На вспомогательном электроде 55

3 установлена втулка 5 в контакте со всей его боковой поверхностью. Один из концов асгюмогательного электрода 3 закреплен в гаэоподводящем штуцере 6, который вместе с вспомогательным электродом 3 закрепляется в изоляционной втулке 5 с помощью керамической шайбы 7, установленной в корпусе 1 и зафиксированной в нем гайкой 8;

В устройство входит также источник питания сварочной дуги 0 8, вспомогательный источник питания Vs> для возбуждения вспомогательного дугового разряда между электродом 3 и полым катодом 2, второй источник питания V>z, предназначенный . для возбуждения и поддержания промежуточной дуги между вспомогательным эректоодом 3 и анодом-деталью 9, а также диод

10, подкл:оченный между элсктродом 3 и отрицательным зажимом источника питания сварочной дуги Ucs, дл обеспечения поддержания промежуточной дуги от источника питания сварочной дуги V 8 после возбуждения ее в помо.цью источника питания

V

8 вакуумной камере создают разрежение порядка (2-3) 10 Па. Через газоподводящий штуцер б, центральный канал 4 вспомогательного электрода 3 в полый катод 2 поступает плазмообраэующий газ-аргон. После включения источника U сварочного тока между полым катодом 2 и анодом-деталью 9 устанавливается напрях<ение холостого хода источника. Затем включает вспомогательные источники питания V > и Од, в качестве которых используют генераторы одиночных импульсов.

Устанавливают требуемые индуктивности

11 и 12 в цепях генераторов 0+HHo H x импульсов, Между вспомогательным электродом 3 и анодом-деталью 9 от вспомогательного источника Ов2 устанавливается начальное напряжение, Контактором

13 замыкают цепь между отрицательным зажимом (41 и вспомогательным электродом

3, происходит электрический пробой промежутка-вспомогательный электрод 3 — полый катод 2, переходящий во вспомогательному дугу. Плазменный факел от вспомогательной дуги под воздействием электрического поля. Создаваемого U>z, и градиента давления аксиального потока плазмообразующего газа доСтигает анода-детали 9. В результате возникает дуга между вспомогательным электродом и анодом-деталью 9 с помощью одиночного импульса источника питания 0 . В качестве генераторов одиночных импульсов можно, в частности, использовать электрический накопитель энергии — конденсатор. Во время сущестао1839649 электрод 3. После прохождения одиночного 5 импульса от источника питания Оа промежуточную дугу поддерживает источник пи-.

15 электрод 3 и анод-деталь 9, В результате ток 20 в сварочной цепи возрастает, а промежуточная дуга самопроизвольно обесточивается, .

35

; ной дуги, отличающееся тем, что, с целью

40 I повышения эффективности и надежности в работе устройства и стабильности возбуждения сварочной дуги, оно снабжено диодом, включенным между вспомогательным электродом и отрицательным зажимом ис45 точника питания сварочной дуги, вторым вспомогательным источником питания, подключенным отрицательным зажимом к вспомогательному электроду и положительным зажимом - к аноду-детали, причем

50 в качестве вспомогательных источников . питания использованы генераторы одиночных импульсов, в цепях которых последовательно включена индуктивность, вания промежуточной Дуги от источника питания U z часть тока шунтируется через цепь анод-деталь 9, источник питания сварочной дуги Ue>, диод 10 и вспомогательный тания U

9, q помощью которого путем ионной бомбардировки полый катод 2 интенсивно нагревается. По мере нагрева полого катода 2

его ток термоэмиссии возрастает и сопротивление в цепи источник питания Ос®. полый катод 2, анод-деталь 9 становится существенно меньше, чем в цепи источник питания Uci, диод 10, вспомогательный, т.е. гаснет. Полый катод 2 выходит в рабочий режим термоэмиссии и возбуждается самостоятельный дуговой разряд с полым катодом, т.е, сварочная дуга, Устройство обеспечивает надежное возбуждение и устойчивую работу дугового разряда с полым катодом в вакууме. Для возбуждения и поддержания вспомогательной дуги с 88T03ll8KTpoHHbtN холодным катодом достаточно использовать генератор одиночного импульса с параметрами: начальное напряжение 350-500 В, энергия импульса 2-5 Дж, длительность импульса

0,5-3 мс (максимальное значение амплитуФормула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В ВАКУУМЕ, содержащее водоохлаждаемый корпус, в одном из торцов которого закреплен полый катод, в другом закреплен вспомогательный электрод с центральным каналом и рабочей поверхностью; перпендикулярной к оси этого канала, который подключен к отрицательному зажиму вспомогательного источника питания, изоляционную втулку, установленную на вспомогательном электроде в контакте со всей .его боковой поверхностью, источник питания сварочды тока в импульсе составляет 200 — 250 А) Индуктивность 12 выбирается порядка 2-3

МГн, Для стабильного возбуждения промежуточной дуги с помощью генератор одиночного импульса необходимо иметь начальное напряжение импульса 90-110 В, энергию и длительность импульса 0.2 — 0,3

Дж. 0,5-3 мс соответственно. Индуктивность 1,5-2 мГн. Это обеспечивает стабильное поддержание йромежуточной дуги от источника питания сварочной дуги даже при его напряжении холостого хода 0 =27-50 В и сравнительно .большой индук1 ивности сварочной дуги (д60 200 мГн).

Экспериментальные исследования данного устройства для сварки неплавящимся электродом в вакууме в составе установки для дуговых сварочных процессов в вакууме показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) предлагаемое устройство обеспечивае более надежную его работу и стабильное возбуждение сварочной дуги, достигающей 9899, более эффективное использование вспомогательных источников, выполненных в качестве генераторов одиночных импульсов. Это позволяет уменьшить их весовые характеристики и габариты в 5-10 раз, затраты электрической энергии при возбуждении дуги до 40-100 раз, а значит, повысить технико-экономические показатели сварочных процессов. (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1226750, кл. В 23 К 9/16, 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 1287417, кл, В 23 К 9/16, 1983.

Составитель В.Неровный

Редактор M.Ñòðåëüíèêoeà Техред М.Моргеитал Корректор M.Шароши

Заказ 3410

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

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