Способ нагрева металлов электрической дугой

 

О П И С А Н И Е 928676

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 11.07.80 (21) 2g56564/25-27 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15 . 05 ° 82 Бюллетень .% 18 (5i)M. Кл.

Н 05 В 7/18

В 23 К 9/00

Гоаударствинв11 квинтет

СССР дю данаи нзабретений н еткрытнй (58) УДКб21.78. . 013 (088. 8) Дата опубликования описания 17.05.82

1

А.Н. Коротун, С.П. Гинкул, В.Н. Дубинин, Е.f1. .Молчанов и 10.0. Васильев

Краматорский научно-исследовательский и проектне=технологический институт машиностроения (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ НАГРЕВА МЕТАЛЛОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГО 1

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при сварке, плазменной резке и плазменно-механической обработке, плавлении металла электрической дугой в электрических печах, электро контактной обработке и других подобных процессах, в которых нагрев металла осуществляют электрической дугой.

Известен способ нагрева металлов электрической дугой 1 ).

Электрическая дуга, являющаястт источником высокой температуры, достигающей 4500 С (в плазменной дуге 20000-30000 С), весьма быстро разупрочняет участок металла в зоне дуги, что позволяет производить сварку, плавление металла или его подогрев под последующую механическую обработку.

Ток дуги является самопроизвольно пульсирующим током с частотой пульсаций от нескольких сотен до нескольких тысяч гц-источником пульсирующего электромагнитного поля.

Это поле возбужд- ; вихревые токи в металле, дополнительно подогреваю. щие его, при этом температура по5 догрева пропорциональна амплитуде самопроизвольной пульсации тока. Хотя производительность нагре ва дугой сравнительно высокая, однако болье шой расход электроэнергии и необ" ходимость ее экономии, предопределяют необходимость дальнейшей интенсификации процесса, т5

Цель изобретения — интенсификация процесса нагрева.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу нагрева металлов электрической дугой пред20 варительно определяют частоту самопроизвольной пульсации тока в ду. ге-при его максимальной амплитуде и на дугу дополнительно йодают ток с указанной частотой.

3 92867

Способ осуществляется следующим % образом.

Частоту пульсации тока B дуге с максимальной амплитудой определяют путем подключения в рабочую зону, например,, осциллографа и просмотра всего диапазона амплитудночастотных характеристик. Частоту дополнительно подаваемого тока, назначаемую равной частоте само1О произвольной пульсации тока в дуге, регулируют по приборам на источнике дополнительного тока„ Кроме того, ее возможно проконтролировать также с помощью того же осциллографа, Такую регулировку производят для каждого вновь нагреваемого материала.

Для повторяющихся материалов данные для процесса можно выбрать из таблиц, что гораздо быстрее и дешевле. 2©

Настройку процесса можно такие произвести и при контроле косвенным методом. Для этого изменяют частоту дополнительно подаваемого тока и следят за изменением средней величины 25 рабочего тока в его ивточнике. При настройке на резонанс, когда значительная часть работы нагрева и разупрочнения выполняется резонансно усиленным пульсирующим током, величина рабочего тока снижается. Таким образом, наименьшая средняя величина рабочего тока как раз и соответствует резонансу токов.

Предложенный способ может быть

35 осуществлен и без дополнительного источника питания. Осуществляют такой процесс путем введения зоны дуги в автоколебательный контур, например, состоящий из емкости и индуктивности, При настройке контура на частоту тока процесса ток в контуре резонансно усиливается, его воздействие на процесс аналогично описанному.

Однако в этом случае использовать дополнительный источник высокочастотного тока не требуется, что обеспечивает дополнительную экономию электроэнергии.

При реализации обоих вариантов предложенного способа высокочастотный

- 50 ток в источник питания не поступает, что обеспечивается наличием в существующих источниках электрических запорных вентилей.

На фиг.1 изображена схема электри55 ческой цепи с источником высокочастотного тока; на фиг.2 — то we, с автоколебательным контуром.

6 4

Электрическая цепь содериит нагреваемый металл 1, электрод 2, источник пульсирующего тока 4, электрическую дугу 5, катушку индуктивности

6, конденсаторы 7 и 8.

В процессе работы источник пульсирующего тока 4 настраивают на частоту тока в дуге с максимальной амплитудой. Пульсирующий ток проходит по цепи 1-2-4. Вследствие резонансного усиления токов и магнитных полей в зоне дуги производительность . нагрева металлов возрастает, а расход мощности источника 3 уменьшается. При этом, чем больше мощность источника 4, тем больший наблюдаемый эффект нагрева и меньше расход энергии от источника 3. Пульсирующий ток по цепи источника питания 3 не проходит, что обусловлено наличием в существующих источниках электрических запорных вентилей, Цепь по схеме на фиг.1 особого расчета не требует, так как в обычно используемые схемы добавляется только необходимость резонансной настройки источника пульсирующего тока 4.

При использовании схемы по фиг.2 в процессе работы автоколебательный контур состоящий из индуктивности

6 и емкости 7, оказываетсл запитанным пульсирующим током процесса.

Контур настраивают на частоту самопроизвольной пульсации тока с максимальной амплитудой, чем обеспечивают максимальное резонансное усиление токов и полей в зоне дуги. При этом обеспечивается повышение производительности разупрочнения в несколько раз за счет использования энергии самого процесса, в результате чего и достигаетссл экономия электроэнергии. Высокочастотный ток проходит по цепи 1-3-5-7-2-5 и в источник питания 3 не проходит за счет наличия в нем электрических запорных вентилей.

Настройка контуров в обоих варивнтах производится приведенными выше методами.

Выполнение способа по схеме на фиг.1 при сварке стальной конструк ции из стали Ст3сп. Толщина свариваемых листов 6 мм, los 7 -образный с разделкой кромок под углом 30 .

Сварка полуавтоматическая полуавтоматом ПДТ504. Диаметр электродной проволоки 2 мм. Марка проволоки

Св-10Г2С. Источник питания для

9286

Формула изобретения

5 сварки - сварочный выпрямитель

ВДУ-504, Источник пульсирующего тока генератор с диапазоном регулирования 20-400 Гц.

Режимы сварки: 3 =300 А, 28В.

Измеренные с помощью осциллографа

Н-115 амплитуды колебаний тока в дуге в частотном диапазоне 05000 Гц показывает, что максимальная to амплитуда находится на частоте 126 Гц, После включения генератора пульсирующего тока регулируют частоту тока до 126 Гц. При совпадении частот величина тока на выпрямителе снижает- 15 ся до 3 =210 A. Снижение величины тока на выпрямителе позволяет для определения момента резонанса обойтись без осциллограФа, Для этого изменяют частоту тока в генераторе go пульсирующего тока в пределах всего диапазона и оставляют ту частоту, которой соответствует минимальное значение рабочего тока дуги в источнике питания.

Скорость сварки без подключения генератора 26 м/ч.

После подключения генератора, имеющего Е =126 Гц, J =0,02 А, U =

=10 В, cKopocTb сварки 39,2 м/ч.

Интенсивность процесса сварки возрастает таким образом, что повышение производительности повышается примерно в 1,5 раза. При этом расходуе- мая мощность тока уменьшается примерно на 303.

При тех же условиях и на том же оборудовании осуществляют и процесс сварки по схеме на фиг.2.

Настройку автоколебательного кон- 4в тура производят изменением емкости конденсатора 7.

Контроль собственной частоты кон0 тура производят тем же осциллографом Н115.

76 . 6

При настройке контура на частоту

127 Гц, т.е. при резонансе токов, сила тока на выпрямителе уменьшается до 260 А (было 300 А) .

Скорость сварки .увеличивается с 26 м/ч до 29,2 м/ч, т.е. интенсивность процесса возрастает примерно на 30 . Расходуемая мощность уменьшается примерно íà 204.

Настройку контуров по обеим схемам можно автоматизировать, например, введением обратной связи по минимальной величине тока в источнике 3.

Таким образом, использование резонансных явлений в предложенном способе обеспечивает существенное повышение производительности и эконо-. мию электроэнергии. Такое же повыше. ние производительности обеспечивается и в других способах нагрева с раз. упрочнением металлов электрической дугой: плазменной резке и плазменномеханической обработке, плавлении металла дугой в электрических печах, электроконтактной обработке и тому подобных процессах.

Способ нагрева металлов электри" ческой дугой, о т и и ч а ю ц и йс я тем, что, с целью интенсификации процесса, предварительно определяют частоту самопроизвольной пульсации тока в дуге при его максимальной амплитуде и на дугу дополнительно подают ток с укаэанной частотой.

Источники информации, приняуе во внимание при экспертизе

Сварка .в машиностроении. Справочник под ред. Н.А. Ольшанского

Т.1. И., 1978, с.16 (прототип) .

928676

Составитель А. Гаврилов

Редактор Т. Веселова Техред И. Гайду 1:орректор Е. Рошко аказ 32 7/77 Тираж 5 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,