Пристрій для керування струмом при зварюванні у захисних газах з короткими замиканнями

Реферат: Пристрій для керування струмом при зварюванні у захисних газах з короткими замиканнями містить дросель з силовою обмоткою, включеною у зварювальний ланцюг між однією вихідною клемою джерела постійного струму і електродом, та двома допоміжними послідовно з'єднаними обмотками, задіяними зустрічно по відношенню до силової обмотки. Початок послідовно задіяних допоміжних обмоток та точка їх з'єднання разом з перемикачем підключені через тиристори до електроду. Загальний кінець допоміжних обмоток - до другої клеми джерела постійного струму та виробу. Одна з допоміжних обмоток виконана секціонованою. UA 70240 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ КЕРУВАННЯ СТРУМОМ ПРИ ЗВАРЮВАННІ У ЗАХИСНИХ ГАЗАХ З КОРОТКИМИ ЗАМИКАННЯМИ UA 70240 U UA 70240 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до сфери електротехніки, а саме до електропристроїв для дугового зварювання. Вона призначена для покращення технологічних характеристик та розширення технічних можливостей джерел живлення для дугового зварювання плавким електродом у захисних газах з періодичними замиканнями міжелектродного проміжку розплавленим металом. В даний час існує цілий ряд винаходів, що відносяться як раз до розробок таких джерел живлення. Наприклад, відомий пристрій для дугового зварювання з короткими замиканнями дугового проміжку: А.Л. Хейфец, И.С. Пинчук и А.И. Худяков «Устройство для дуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка». - А.с. СССР № 856705, В23К 9/00, В23К 9/09, БИ №31, 1981 г. Він складається з силового тиристора, який включено між джерелом живлення та дуговим проміжком, комутуючих тиристорів, резисторів, комутуючого конденсатора, датчика моменту комутації, системи управління тиристорами, порогового елемента. При цьому комутуючі тиристори з'єднані за мостовою схемою та включені паралельно дуговому проміжку та силовому тиристору, а в діагоналі тиристорного мосту задіяний комутуючий конденсатор. Тиристори одної із діагональних гілок мосту зашунтовані резисторами. Недоліком даного пристрою є залежність його функціонування від рівня заряду комутуючого конденсатора, що значно зменшує його швидкодію і може порушити стійкість енергетичної системи пристрою із-за того, що в період руйнування рідкої металевої перемички, коли силовий тиристор виключений, збудження дуги дуже ускладнено, тому що в цей момент міжелектродний проміжок зашунтований комутуючим конденсатором великої ємності (С= 800-2000 мкФ). Відомий також спосіб управління процесом зварювання з короткими замиканнями та пристрій для його реалізації (John М. Parks, Elliott K. Stava "Method and device for controlling a short circuiting type welding system". - Патент США № 4954691, B23K 9/10, опубл. 04.09. 1990 р.). Пристрій, що підключається до зварювального джерела живлення постійного струму, містить транзистор, діод, струмообмежуючий резистор, електролітичний конденсатор. При цьому клема "мінус" джерела живлення з'єднана зі зварюваним виробом, а клема "плюс" - з одним виводом дроселя. Інший вивід дроселя з'єднаний з анодом діода та колектором транзистора. Катод діоду підключено до виводу "плюс" електролітичного конденсатора та до одного виводу струмообмежуючого резистора, другий вивід якого з'єднаний з виводом "мінус" електролітичного конденсатора, а також з емітером транзистора і з електродом. Управління процесом зварювання складається з трьох етапів: на початку формування короткого замикання відбувається короткочасне зменшення зварювального струму, потім в період установлення короткого замикання зварювальний струм збільшують в залежності від динамічних характеристик джерела живлення, а на останньому етапі існування рідкої металевої перемички струм знову короткочасно зменшують. Після руйнування металевої рідкої перемички спочатку збуджують малоамперну дугу і потім її струм збільшують до потрібної величини. Після збудження малоамперної дуги збільшення струму до необхідної величини відбувається досить повільно, а це не забезпечує необхідну інтенсивність нагрівання і, відповідно, значно зменшує зони нагріву і продуктивність процесу зварювання. До недоліків даного пристрою слід віднести також відносно повільний спад струму в зварювальному ланцюгу в початковому та завершальному етапах короткого замикання, що зумовлено процесом зарядки електролітичного конденсатора, а це може привести до розбризкування металу на етапі формування короткого замикання. Найбільш близьким до пристрою, що заявляється, є пристрій для зварювання з короткими замиканнями в вуглекислому газі (прототип) (А.Ф. Гарбуль, Ю.И. Горлов, М.И. Закс, идр. Дроссель сварочный. А. с. СССР № 893442, В23К 9/00. Заявл. 11.04.80, опубл. в Б.И. № 48 30.12.81). Цей пристрій покращує стабільність процесу за рахунок того, що містить дросель з силовою обмоткою, включеною у зварювальний ланцюг між однією вихідною клемою джерела постійного струму і електродом, з двома допоміжними послідовно з'єднаними обмотками, задіяними зустрічно по відношенню до силової обмотки, та два діода. Допоміжні обмотки підключені кожна через свій діод до виробу та другої клеми джерела постійного струму, а місце з'єднання обмоток до електроду. Слід відзначити, що при зварюванні на прямій полярності до виробу підключаються аноди діодів а при зварюванні на зворотній полярності їх катоди. В допоміжних обмотках при перехідних процесах наводиться ЕРС. При цьому одна із них забезпечує імпульс струму в момент короткого замикання, а інша при відриві каплі і цим ліквідує різкий провал струму після короткого замикання. До недоліку даного пристрою треба віднести різке збільшення струму в період короткого замикання, в результаті чого може відбутися не злиття каплі з ванною, а її відторгнення, що 1 UA 70240 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 приведе до погіршення якості зварювального з'єднання, збільшенню розбризкування металу та непотрібної втрати потужності. Задачею корисної моделі є підвищення якості зварювання шляхом покращення стабільності процесу та зменшення розбризкування металу. Технічним результатом корисної моделі є отримання нової електричної схеми пристрою для керування струмом у перехідних процесах, викликаних короткими замиканнями дугового проміжку при переносі електродного металу, що повинно забезпечити очікувані переваги у порівнянні з прототипом. Суть корисної моделі полягає у тому, що у новій схемі пристрою для керування струмом при зварюванні у захисних газах з короткими замиканнями, яка містить дросель з силовою обмоткою, включеною у зварювальний ланцюг між однією вихідною клемою джерела постійного струму і електродом, з двома допоміжними послідовно з'єднаними обмотками, задіяними зустрічно по відношенню до силової обмотки, згідно з корисною моделлю, початок послідовно задіяних допоміжних обмоток та точка їх з'єднання разом з перемикачем підключені через тиристори до електрода, а загальний кінець допоміжних обмоток - до другої клеми джерела постійного струму та виробу, при цьому одна з допоміжних обмоток виконана секціонованою. Завдяки присутності в схемі силового дроселя з двома допоміжними обмотками, одна із яких секціонована, та їх відповідному включенню через тиристори маємо пристрій, який дозволяє вибирати потрібні форму та амплітуду струму у перехідних процесах, викликаних короткими замиканнями дугового проміжку. Звідси запропонований спосіб дозволяє оптимізувати переніс розплавленого електродного металу в зварювальну ванну та значно зменшити його розбризкування. При цьому неможливе мимовільне збільшення струму на ланцюзі електродвиріб як на етапі формування перемички, так і на завершальній стадії її існування. На фіг. 1 зображена принципова електрична схема, що пропонується. Вона містить дросель L, на магнітопроводі якого розміщена силова обмотка W1, включена послідовно в зварювальну мережу, дві допоміжні обмотки W2, W3, що з'єднані послідовно та задіяні зустрічно по відношенню до силової обмотки W1. Точка з'єднання допоміжних обмоток 4 через перемикач П підключена до аноду тиристора VS2, їх початок 5 - до аноду тиристора VS1, а кінець 3 - до вихідної клеми (-) джерела живлення В. Катоди тиристорів VS1, VS2 з'єднані з електродом та виходом 2 силової обмотки W1, початок 1 якої підключено до клеми (+) джерела живлення В. Обмотка W2 поділена на секції. Запропонований пристрій працює в перехідних режимах, які викликаються короткими замиканнями дугового проміжку каплями розплавленого металу. При зростанні струму в силовій обмотці W1 дроселя L відбувається зростання струму і в допоміжних обмотках W2, W3, але в початковий період відкритий тільки тиристор VS2 і струм проходить через силову обмотку W1 та виділену секцію обмотки W2. В зв'язку з тим, що швидкість зростання струму залежить від коефіцієнту магнітного зв'язку між обмотками та їх параметрами, то в початковий момент короткого замикання шляхом регулювання кількості витків обмотки W2 можна забезпечити таке зростання струму короткого замикання, при якому відбувається надійне злиття краплі з ванною. В певний час блок управління БУ видає імпульс на відкриття тиристора VS1 і закриття тиристора VS2, після чого швидкість зростання струму короткого замикання різко збільшується, що приводить до інтенсивного стискання перемички та її руйнування, тобто переходу каплі розплавленого металу в ванну. Короткочасне збільшення струму під час короткого замикання дугового проміжку сприяє активізації відділення краплі розплавленого металу від електроду. Після розриву рідкої перемички струм в силовій обмотці W1 дроселя L різко зменшується, а це приводить до різкого зменшення струму і в допоміжних обмотках W2, W3, тобто відбувається лавино образний спад струму, що забезпечує мінімальну довжину дугового проміжку. Основними досягненнями запропонованого пристрою є корисне використання збереженої дроселем магнітної енергії, покращення якості зварювання, зменшення нераціональних витрат електродного металу та інше. Працездатність схеми перевірена на фізичній і комп'ютерній моделях. Отримано очікувані результати. На фіг.2 зображена типова осцилограма зварювального струму при дії запропонованого пристрою. Економічний ефект корисної моделі досягається завдяки покращенню технологічних показників зварних з'єднань та значному зменшенню розбризкування електродного металу. 2 UA 70240 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Пристрій для керування струмом при зварюванні у захисних газах з короткими замиканнями, що містить дросель з силовою обмоткою, включеною у зварювальний ланцюг між однією вихідною клемою джерела постійного струму і електродом, та двома допоміжними послідовно з'єднаними обмотками, задіяними зустрічно по відношенню до силової обмотки, який відрізняється тим, що початок послідовно задіяних допоміжних обмоток та точка їх з'єднання разом з перемикачем підключені через тиристори до електрода, а загальний кінець допоміжних обмоток - до другої клеми джерела постійного струму та виробу, при цьому одна з допоміжних обмоток виконана секціонованою. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3