Джерело cтруму для імпульсно-дугового зварювання

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к источникам питания для импульсно-дуговой сварки и наплавки металлов в среде защитных газов, под флюсом и открытой дугой с плавной регулировкой частоты следования, длительности и амплитуды импульсов тока Изобретение может быть использовано в различных областях машиностроения, судостроения, авиационной и автомобильной промышленности. Цель изобретеня - расширение технологических возможностей источника тока для импульсно-дуговой сварки Для формирования импульса используется принудительная коммутация тиристора При этом для повышения устойчивости процесса сварки на низких базовых токах в схему, содержащую источник питания, силовой тиристор и схему коммутации, включен индуктивный накопитель Для получения крутых фронтов и расширения диапазона частоты следования импульсов тока последний протекает через часть индуктивного накопителя. Кроме того, коммутатор выполнен таким образом, что позволяет плавно регулировать амплитуду импульсов тока, что дает возможность улучшить технологические свойства источника тока для импульсно-дуговой сварки 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ON Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к источникам питания для электродуговой сварки и наплавки металлов в среде защитных газов, под флюсом и открытой дугой в различных пространстгенных положениях, и может быть использовано в машиностроении, судостроении, авиастроении, автомобилестроении и других областях промышленности Цель изобретения - расширение технологических возможностей источника тока для импульсио-дуговой сварки путем расширения возможностей и областей регулирования параметров импульсов обес печения независимого их регулирования и снижения расхода материалов на его изготовление. На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема источника тока для импульсно-дуговой сварки, на фиг 2 - временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемой схемы источника и форма сварочного тока, протекающего через дуговой промежуток. Источник тока для импульсно-дугооой сварки содержит силовую часть (СЧ) и блок управления (БУ) СЧ источника тока состоит из источника 1 питания с жесткой внешней характеристикой, тиристора 2, тиристорно 00 О з 1682076 го моста, содержащего тиристоры 3-6 и конденсатор 7 в его диагонали, тиристоров 8 и 9, индуктивного накопителя 10 энергии с двумя отводами. Выход источника тока соединен с дуговым промежутком 11. БУ содержит компаратор 12, дискриминатор 13, таймер 14, формирователь 15 сигналов управления. Анод тиристора 2 соединен с положительным выводом уггоччика 1 пиіания, а ^атод - с первым от водом 10-2 индуктивного накопителя 10, Таким образом, создана цепь для протекания импульсов тока от положтельного вывода источника 1 питания через тиристор 2, индуктивный накопитель 10 дуговой промежуток 11 к отрицательному выводу источника 1 питания. Аноды тиристоров 3 и 4 также подключены к положительному выводу источника 1 питания, э их катоды - к разным обкладкам конденса^ора 7 и анодам тиристоров 5 и 5. катоды которых соединены в общую точку и подключены к второму отводу 10-3 индуктивного накопителя 10. Туда же подключен катод тиристора 8, анод которого соединен с отрицательным выводом источника 1 питания, образуя тем самым цепь разряда для части обмотки между вторым отводом 10-3 и концом 10-4 индуктивного накопителя 10 энергии. Тиристор 9 своим анодом подключей гакже к отрицательному выводу источника 1 питания, а катодом к началу 10-1 оомотки индуктивного ^накопителя 10 энергии, образуя тем сам їм цепь для протекания базового гока. Базовый ток обеспечивается ЗДС самоиндукции, наводимой на всей обмотке индуктивного накопителя 10 за счет энергии, запасенной в магнитном поле его ьо время протекания импульсов тока (участок t2~t4, фиг.2). 5 10 15 20 25 30 пц ^0 Конденсатор 7 соединен с входами компаратора 12 и дискриминатора 13 БУ для определения уровня и полярности напряжения на нем. Выходы компаратора 12 и дискриминатора 13, а также таймера 14 45 соединены с входом формирователя 15 сигналов управления, выходы которого соответственно соединены с цепями управления тиристоров 2-6 и 8, 9. Таймер 14 предназначен для выработки сп временных сигналов управления тиристорами 2-6 в соответствии с установленными на нем заданиями времени периода следования импульсов "Задание 1" и длительности импульсов "Задание Т4". Компаратор 12 г К предназначен для сравнения величины напряжения заряда конденсатора 7 с заданным значением его "Задание Lie?" и выработки сигналов управления для открывания тиристоров S и 9 Дискриминатор 13 непрерывно определяет полярность наряда конденсатора 7. По совокупности сигналов таймера 14 и дискриминатора 13 определяется момент и выдается разрешение на включение одной или другой пары тиристоров 3, 6 или 4, 5 мостовой схемы. Формирователь сигналов управления предназначен для усиления сигналов, поступающих с таймера, компараторов и дискриминатора с целью отпирания тиристоров. Источник работает следующим образом. В установившемся режиме источник 1 питания включен, на выходе его имеется постоянное напряжение U (фиг.2), в момент времени ti дуга возбуждена, тиристор 9 открыт сигналом блока управления. По цепи: конец индуктивного накопителя 10 энергии - дуговой промежуток 11 - открытый тиристор 9 - начало индуктивного накопителя 10 протекает ток базы (1б) в течение времени ti-tz. Все остальные тиристоры закрыты, а конденсатор 7 предварительно заряжен до значения напряжения +U3, заданного компаратором 12. Допустим, конденсатор 7 заряжен так, ч го положительный потенциал находится на его верхней обкладке. Таймер 14 блока управления отсчитывает в соответствии с установленным на нем "Заданием Т" период следования импульсов тока Т. По истечении времени периода Т таймер 14 выдает сигнал на включение тиристора 2. С выхода формирователя 15 сигналов управления сигнал Іут2 в момент времени t2 поступает в цепь управления тиристора 2. Тиристор 2 открывается (момент т.2, фиг 2). Положительное напряжение источника 1 питания прикладывается к первому отводу 10-2 индуктивного накопинеля 10 энергии. Так как индуктивность части обмотки между первым отводом 10-2 и концом 10~4 индуктивного накопителя 10 меньше, чем индуктивность между началом и концом (всей обметки), а запасенная в магнитном поле индуктивного накопителя 10 энергия мгновенно измениться не может, то ток в части обмотки 10-2... 10-4 с большей скоростью увеличивается От уровня тока базы !б до уровня тока їй (момент т.2. фиг.2), а в части 10-1...10-2 ток начинает быстро снижаться. Скачок тока импульса !и пропорционзлен отношению витков всей обмотки индуктивного накопителя к виткам между первым отводом 10-2 и концом 10~4. При этом к тиристору 9 прикладывается обратное напряжение U и тиристор 9 еосстанавливается а непроводящее состояние. На участке Т2-Т.З ток через дуговой промежуток медленно нарастает под действием напряжения U и протекает по цепи: положи 1682076 катодами тиристоров 5 и 6 тиристорной мотельный вывод источника 1 питания - тиристовой схемы позволяет значительно снистор 2 - отвод 10-2 - конец 10-4 - дуговой зить крутизну нарастания и величину промежуток 11 - отрицательный вывод исобратного тока разряда емкости 7 через титочника 1 питания. Скорость нарастания тока на участке t2~t3 определяется 5 ристор 2. Таким образом повышается надежность его работы в период отношением индуктивности части обмотки принудительной коммутации протекающего индуктивного накопителя 10 между отводачерез него тока І и . ми 10-2...10-4 к сопротивлению дугового промежутка 11 и значением напряжения U. Ток предимпульса Іи, протекающий В это время происходит заряд индуктивного 10 ранее через тиристор 2, очень быстро перехватывается цепью перезаряда конденнакопителя 10 энергии. сатора 7, который шунтирует тиристор 2. Совместным действием обратного тока и Таймер 14 в соответствии с установленшунтирования тиристор 2 надежно восстаным на нем заданием г и начиная с момента t2 отсчитывает время, равное длительности 15 навливается в непроводящее состояние. По импульсов, ги, По истечении этого времени цепи: положительный вывод источника 1 пис таймера 14 на вход формирователе 15 сигтания - тиристор 4 - конденсатор 7 - тириналов управления поступает сигнал на стор 5 - часть обмотки между отводами включение пары тиристоров 3, б или 4, 5, С 10-3...10-4 индуктивного накопителя 10 дискриминатора 13 на вход формирователя 20 дуговой промежуток 11 - отрицательный вы15 сигналов управления непрерывно постуход источника 1 питания, начиная с момента пает сигнал управления ІІуд о полярности t3 (фиг.2), происходит колебательный перенапряжения на конденсаторе 7. заряд конденсатора 7. Через дуговой промежуток протекает ток импульса с В соответствии с этими сигналами в мо25 амплитудой (а. Значения амплитуды импульмент времени t3 формирователь 15 сигналов са 1а определяются совместным действием управления вырабатывает сигнал управленапряжений U источника 1 питания и U3 ния Іутз б (фиг.2), который посылается к той заряда конденсатора 7. индуктивностью чапаре тиристоров 3, б или 4, 5 тиристорного сти 10-3...10-4 обмотки индуктивного накомоста, включение которой приведет к перезаряду конденсатора 7. Допустим, дискри- 30 пителя 10 и сопротивлением дугового минатор 13 разрешает прохождение промежутка 11. сигналов управления одновременно на тиНапряжение U, индуктивность указанристоры 4 и 5. Они открываются. При этом ной части обмотки индуктивного накопитеотрицательный потенциал заряда конденля 10 и значение сопротивления дугового сатора 7 прикладывается к аноду тиристора 35 промежутка для конкретных условий сварки 2 и положительному выводу источника 1 пиявляются постоянными величинами, а натания, а положительный - к отводу 10-3 пряжение заряда конденсатора 7 Uc? можно обмотки индуктивного накопителя 10. регулировать в широких пределах путем изНапряжение источника 1 питания и наменения задания на компараторе 12 из. Изпряжение из заряда конденсатора 7 скла- 4Q меняя его, можно в широких пределах дываются, так как они включены и регулировать амплитуду импульсов тока 1а действуют согласно. Суммарное напряженезависимо от изменений длительности и ние прикладывается к отводу 10-3 обмотки частоты. Амплитуда импульсов тока являетиндуктивного накопителя 10. ся одним из основных параметров при им45 пульсно-дуговой сварке плавящимся В тот же момент времени t3 (фиг.2) к электродом. Регулировка амплитуды имоткрытому тиристору 2 прикладывается обпульсов тока с помощью изменения напряратное напряжение из. равное напряжению жения заряда конденсатора позволяет заряда емкости 7 (фиг.2), От этого напряжеактивно управлять процессом каплеперенония по цепи: плюс напряжения из на верхней обкладке конденсатора 7 - открытый ЕГА са, стабилизировать процесс сварки и соответственно свойства сварного соединения, тиристор 5-отвод 10-3 -отвод 10-2 -катод Формирование заряда на конденсаторе 7 тиристора 2 - анод тиристора 2 - открытый происходит следующим образом тиристор А - минус напряжения из на нижней обкладке конденсатора 7 протекает обПо мере его перезаряда напряжение ратный ток через тиристор 2 Этим током гс на обкладках конденсатора 7 меняеі потиристор 2 начинает восстанавливаться в лярность. После достижения на нем уровнепроводящее состояние. Включение части ня напряжения, равного напряжению U обмотки индуктивного накопителя 10 энеристочника 1 питания, перезаряд продолжагии, расположенной между его отводами ется только за счет энергии, накопленной о 10-2...10-3, мєм;іу катодом тиристора 2 и части обмотки между отводами 10 3 10 4 1682076 индуктивного накопителя 10. При этом напряжение заряда конденсатора может значительно превысить напряжение U источника 1 питания. На компаратор 12 БУ поступает сигнал напряжения с конденсатора 7 Туда же поступает напряжение зада* ния ± 11з. Компаратор 12 сравнивает эти два напряжения и при достижении на конденсаторе 7 напряжения UC7, равного по величине напряжению задания из, выдает сигнал на формирователь 15 сигналов управления 1ут8.9 на тиристоры 8 и 9 (фиг.2). С включением тиристора 8 протекание тока перезаряда конденсатора 7 резко прекращается, так как он отключается от указанной части обмотки индуктивного накопителя 10, а напряжение на нем стало выше напряжения источника 1 питания. По этим причинам тиристоры 4 и5 восстанавливаются в непроводящее состояние. 5 10 15 20 Ток в дуговом промежутке в этот момент немного меньше чем значение їй в момент времени із. Это уменьшение тока нагрузки вызвано потерями энергии в 25 сварочном контуре во время перезаряда конденсатора 7. Чем больше амплитуда импульса 1а. тем меньше значение тока в момент включения тиристоров 8 и 9. Ток в дуговом промежутке 11 поддерживает- 30 ся за счет энергии магнитного поля части обмотки между отводами 10-3... 10-4 индуктивного накопителя 10 и протекает через т и р и с т о р 8. Одновременно с включением тиристора 8 включается так- 35 же тиристор 9. Под действием наведенной ЭДС ток в части 10-1...10-3 начинает быстро возрастать, а в части 10-3... 10-4 быстро спадать от значения немногим меньше 1 до и значения 1б, когда токи в обеих частях об- 40 мотки сравняются (момент т.4, фиг.2). Ток базы протекает по цепи: вывод 10-4 обмотки индуктивного накопителя 10 - дуговой промежуток 11 - открытый тиристор 9 - начало 10-1 индуктивного накопителя 10. 45 Значение тока базы определяется в первую очередь значением тока предимпульса (и и соотношением витков части обмотки 10-3 .10-4 и всей обмотки индуктивного накопителя 10. С повышением амплитуды тока сп импульсов значение базового тока незначительно уменьшается. Тиристор 8 закрывается приложенным встречным напряжением. К этому времени тиристоры 4 и 5 тоже находятся в непроводящем состоянии. Таким об- ее разом, в этот момент временивсе тиристоры схемы кроме тиристора 9 закрыты, конденсатор 7 заряжен до напряжения - из: через дуговой промежуток 11 протекает гок базы, таймер 14 блока управления 8 отсчитывает период следования импульсов тока Т, Далее цикл работы схемы аналогично повторяется. По сравнению с известным при использовании предлагаемого источника тока для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом открывается возможность независимого плавного регулирования амплитуды импульсов тока в широких пределах. При этом сохраняются возможности по регулированию длительности и частоты следования импульсов тока, но исключается влияние регулировки их на величину амплитуды импульсов тока и наоборот. Каждый из этих параметров при импульсно-дуговой сварке плавящимся электродом оказывает свое преимущественное влияние на характеристики режима сварки и свойства сварных соединений. Так, длительность тока базы и его величина опреде/гяют частоту следования импульсов и соответственно средний ток сварки. Длительность импульсов тока позволяет регулировать размер переносимой капли, соответственно управлять временем пребывания капли в области высоких температур, химическими реакциями и выгоранием легирующих элементов. Амплитуда импульсов тока оказывает существенное влияние на перенос металла с торца плавящегося электрода. В зависимости от величины амплитуды капля может оторваться от торца электрода, может не оторваться, может оторваться в тот или другой момент времени при одних и тех же условиях сварки. Таким образом, получение независимой регулировки параметров позволяет расширить технологические свойства источника, улучшить качество сварных соединений при импульсно-дуговой сварке. Формула изобретения 1. Источниктока для импульсно-дуговой сварки, содержащий источник питания, выполненный в виде источника постоянного напряжения, индуктивный накопитель энергии с отводами, два электронных ключа и блок управления, выход которого связан с управляющими электродами тиристоров, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей источника тока и снижения расхода материала на его изготовление, в него введены пять тиристоров и конденсатор, а два электронных ключа выполнены в виде двух тиристоров, причем конец обмотки индуктивного накопителя энергии соединен через дуговой 1682076 10 Y згодом второго тиристора, причем вход промежуток с отрицательным выводом исблока управления подключен к обточника питания, с которым соединены таккладкам конденсатора же аноды первого и второго тиристоров, 2 Источник тока по п.1, о т л и ч а юкатод первого из которых связан с началом щ и й с я тем, что блок управления содержит обмотки индуктивного накопителя, анод компаратор, дискриминатор, формироватретьего тиристора соединен с положитель сигналов управления и таймер, причем тельным выводом источника питания а таймер своим выходом соединен с входом катод - с первым отводом индуктивного формирователя сигналов управления, туда накопителя, при этом аноды четвертого и пятого тиристоров также подключены к 10 же подсоединены выходы дискриминаторов и компаратора, входы которых соединены положительному выводу источника питамежду собой параллельно и подключены к ния, а их катоды - к разным обкладкам обкладкам конденсатора, а выходы формиконденсатора и анодам шестого и седьморователя сигналов управления соединены го тиристоров, катоды которых соединены в общую точку и подключены к второму 15 соответственно с управляющими электродами тиристоров. отводу индуктивного накопителя вместе с cv Ц ц д — " " ю і г-1 Зу / С Ю~2 ,> * г7 4 2 Л Задание Компаратор 0 Дискриминатор - . 9opи иро* батель сигналов упроЗле Задание % Задание Г /4 Таймер ния >1 1Л —1 1682076 дискрк Фиг 2 Редактор Е.Папп Составитель В.Гэнюшин Техред М Моргентал Корректор О.Кравцова Заказ 3367 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101