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Dispositif pour le soudage par arc et:impulsions.
INVENTEURS 1. Boris Evgenievich PATON
2. Vladimir Konstantinovich LEBEDEV
3. Arkady Grigorievich POTAPIEVSKY 4. Nikolai Vasilievich PODOLA
5. Vsevolod Fedoseevich LAPCHINSKY
6. Pavel Petrovich SHEIKO.
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L'invention concerne les dispositif s pour le sou- dage à l'arc des pièces, et notamment les dispositifs pour le soudage par arc et impulsions.
On connaît des dispositifs pour le soudage de pièces par arc et impulsions, comportant un bloc générateur d'im- pulsions réalisé sous la forme d'un condensateur de décharge et d'un élément commutateur montés en série, l'élément commu- tateur étant lié à un bloc de commande (cf, "Le soudage industriel", N 5, 1966).
Les inconvénients des dispositifs connus consis- tent en ce que l'injection des impulsions de courant est réalisée par un programme arrêté, non lié au soudage. En conséquence, si le soudage est conduit avec courts-circuits de l'arc, les impulsions de courant injectées dans le courant de l'arc peuvent alors coïncider avec les instants des ccurts- circuits. Il s'ensuit une augmentation des éclaboussures et la formation du cordon s'altère. En outre, durant le soudage on observe souvent des troubles agissant sur le procéssus de soudage, tels que les fluctuations de la tension du réseau, de la vitesse d'avancement de l'électrode, les variations de la résistance de l'arc, etc... Les paramètres énergéti- ques principaux du processus : dans l'arc et tension à l'arc varient.
Il en résulte que durant un même temps il se fond des quantités de métal différentes ; lediamètre des gouttes transférées varie d'une façon marquée. En présence de troubles de valeur notable, l'impulsion de courant peut
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ne pas faire partir le métal fondu, car le système à circuit ouvert est insensible aux troubles. Cela conduit à ce que la goutte suivante peut prendre des dimensions notables et même eourt-circuiter l'arc, La stabilité du processus est troublée, il apparaît des éclaboussures et des bavures de métal notables, surtout dans le soudage des cordons verticaux et du plafond.
Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients indiqués.
On s'est donc posé la tâche de créer un dispositif pour le soudage de pièces par arc et impulsions, qui assure- rait le soudage sans éclaboussures de métal et améliorerait la qualité du cordon.
Cette solution consiste en ce que dans le disposi- tif pour le soudage de pièces par arc et impulsion, dont le bloc générateur d'impulsions de courant est réalisé sous la forme d'un condensateur de décharge et d'un élément commuta- teur mis en série, l'élément commutateur étant lié à un bloc de commande, suivant l'invention, le condensateur de déchar- ge et l'élément commutateur avec le bloc de commande sont embrassés par une boucle do réaction.
Il est avantageux que la réaction soit effectuée en tension de l'arc et qu'elle soit réalisée sous la forme d'un transformateur d'impulsion et d'une bascule monostable liée à ce transformateur.
. La réaction peut aussi être effectuée en courant de l'arc et se présenter sous la forme d'un intégrateur de courant de l'arc et d'un élément de consigne imposant la dimension des gouttes d'électrode transférées, liés l'un à l'autre à un élément comparateur.
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L'invention sera expliquée par la description qui va suivre, d'exemples de réalisation et des dessins annexés dans lesquels ; - la figure 1 représente le schéma électrique d'un dispositif pour le soudage de pièces par arc et impulsions, suivant l'invention ; - la figure 2, le schéma électrique d'une autre variante de réalisation du même dispositif, suivant l'in- vention.
Le dispositif pour le soudage par arc et impulsions comprend une source 1 (Fig. 1) pour l'alimentation de l'arc et un bloc 2 générateur,d'impulsions de courant à boucle de réaction 3. La source 1 pour l'alimentation de l'arc se présente sous la forme d'un transformateur 4 auquel sont connectés un bloc redresseur 5 et une inductance 6. Elle assure la combustion de l'arc en régime ininterrompu ou inter- mittent et la fusion de l'électrode 7\*
Le bloc 2 générateur d'impulsions de courant, com- prend le condensateur de décharge 8, l'élément commutateur 9 et un bloc redresseur 10 raccordé au réseau par l'intermédi- aire du transformateur 11.
Dans le circuit de décharge du condensateur 8 sont intercalées des résistances réglables 12 et une inductance variable 13.
En tant qu'élément commutateur 9, on peut employer un ignitron, un thyratron ou une diode commandée (thyristor).
La commande de l'élément commutateur 9 est assurée par la réaction dont la boucle comprend un transformateur d'im- pulsion 14, une bascule monostable 15 réalisée avec des trio- des (transistors) 16 et 17, et un thyratron 18 couplé à la
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bascule monostable 15. Le changement de polarité de la bascule monostable 15 est réalisé par le commutateur 19. La réaction est faite en tension de l'arc.
La figure 2 représente une autre variante de réali- sation de la réaction dans le dispositif de soudage par arc et impulsions.
Le bloc générateur d'impulsions de courant, comporte un condensateur de décharge 21, un élément commutateur sous la forme d'une diode commandée 22 et un circuit pour la régu- lation de la durée des impulsions de courant, constitué par une inductance 23 et un condensateur 24,
La commande du bloc 20 générateur d'impulsions de courant est assurée par le bloc 25 de réaction en courant de l'arc, Le bloc 25 comprend,d'une part, un intégrateur 26 de courant de l'arc, connecté par l'intermédiaire d'un "shunt" 27 au circuit d'alimentation de l'arc et réalisé avec des triodes (transistors) 28, 29, des résistances 30, 31, 32, et une capacité 33, et , d'autre part, un élément de consigne 34 imposant la dimension des gouttes transférées, se présen- tant sous la forme d'un potentiomètre alimenté par une tension étalon,
Les signaux issus de l'élément de consigne 34 impo- sant la dimension des gouttes transférées et ceux issus de l'intégrateur 26 de courant de l'arc, sont comparés et ampli- fiés par un amplificateur réalisé avec des triodes (transis- tors) 35 et 36. L'amplificateur débite dans un circuit dif- férentiateur 37, 38 d'où les signaux vont au bloc 39 de mise en forme du signal de commande, qui est constitué par un oscil- lateur à blocage réalisé avec une triode (transistor) 40, et par un transformateur 41 lié à l'oscillateur.
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A l'entrée de l'intégrateur 26 est montée une clef électronique 42 au moyen de laquelle on impose les conditions initiales d'intégration.
Le dispositif fonctionne de la façon suivante.
Lorsque le montage est mis sous tension, le conden- sateur 8(Fig. 1) commence à se charger à travers la résis- tance 43. Sa charge continue jusqu'à ce que sa tension s'éga- lise avec celle fournie par le-bloc redresseur 10. L'amorçage de l'arc s'effectue par l'un des procédés connus. L'arc étant amorcé, l'électrode 7 fond et une goutte de métal se forme à son extrémité, par exemple lors du court-circuit. Il se pro- duit alors un changement brusque de la tension. Ce changement déclenche le circuit de réaction et provoque l'injection d'une impulsion de courait dans le courant de l'arc après l'amorçage de l'arc.
L'injection d'une impulsion dans le courant de l'arc assure la commande de la fusion de l'électrode, la for- mation de la goutte suivante et son transfert à la pièce, En outre, si le processus est conduit sans courts-circuits, au moment précédant le transfert de l'électrode au bain, on observe des fluctuations brusques de la tension à l'arc.
Ces fluctuations de tension, qui sont témoins de la formation d'une goutte à l'extrémité de l'électrode, servent à déclen- cher l'impulsion, et cette dernière force la goutte à se détacher de l'électrode.
La variation de la tension de l'arc est transformée en impulsions par le transformateur d'impulsion 14 ; les im- pulsions attaquent la bascule monostable 15. Le monostable 15, après temporisation, envoie les impulsions à la grille du thyratron 18. Ce dernier devient conducteur et l'élément commutateur 9 se ferme. Il s'ensuit la décharge rapide du
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condensateur 8 dans l'arc à travers l'inductance variable 13 et la résistance 12,
Une impulsion de courant d'amplitude et de durée prédéterminées se trouve injectée dans le courant de l'arc, Les paramètres de l'impulsion de ,courant sont réglés en ajus- tant les valeurs du condensateur 8, de la tension de charge de ce condensateur, des résistances 43 et 12, ainsi que de l'inductance 13. C'est dans ce but que lesdits composants sont réalisés réglables.
Le retard du signal dans le monostable,15 se règle en faisant varier la valeur du condensateur 44, raison pour laquelle, ce condensateur est réalisé sous forme variable.
Le montage commandant l'élément commutateur 9 est donc un dis- positif logique.
L'injection d'impulsions dans le courant de l'arc au moment requis assure la commande du transfert du métal d'électrode et de la forme du cordon soudé, et permet,d'autre part, d'automatiser le soudage de divers métaux dans toutes les positions, y compris au plafond.
Le dispositif représenté en figure 2 fonctionne de la façon suivante.
Après application de la tension d'alimentation, le condenseur 21 se charge à travers le bloc redresseur 5 jus- qu'à la valeur de crête de la tension fournie par l'enroule- ment secondaire 45 du transformateur 46. La tension de charge du condensateur 21 est choisie telle que l'impulsion de cou- rant injectée dans l'arc lors de son fonctionnement soit suf- fisante pour détacher la goutte formée et diriger son trans- fert au bain de soudage, sans qu'il y ait éclaboussure du métal du bain. A cette fin, le transformateur 46 est réglable.
Sur l'élément de consigne 34 imposant la grosseur des gouttes
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transférées, on établit une tension de consigne u1 correspon- dant au diamètre requis pour les gouttes transférées. Dans l'état indiqué, le montage est prêt à fonctionner. Le système de commande doit maintenir le diamètre des gouttes à la valeur constante prescrite en modifiant la fréquence des impulsions de courant injectées dans le courant de l'arc.
L'amorçage de l'arc s'effectue par l'un des procédés connus. Pour déterminer la quantité de métal fondu, une ten- sion proportionnelle au courant dans l'arc, prélevée au shunt 27, est appliquée à l'intégrateur 26. La tension u2 aux bor- nes de la résistance 32 est proportionnelle à la quantité de métal fondu, et par conséquent, au diamètre de la goutte formée.
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k1 étant un coefficient de proportionnalité I le courant dans l'arc, t le temps d'intégration.
Sur la base du transistor 35, la tension de consigne u1 imposant la grosseur des gouttes transférées et la tension u proportionnelle au diamètre de la goutte formée sont comparées ; lorsqu'elles s'égalisent, la triode 35 devient conduc- trice et une tension est appliquée à la résistance 47 ; à la sortie du circuit de différentiation 37, 38, connecté à la résistance 47, apparalt une impulsion qui rend conductrice la triode 40 de l'oscillateur de blocage, Les impulsions issues de l'oscillateur de blocage attaquent la diode commandée 22 qui devient conductrice et une impulsion puissante due à la dé- charge du condensateur 21 est injectée dans le courant de l'arc.
Cette impulsion assure l'arrachement directionnel forcé de la
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goutte de métal qui's'est formée. La durée de l'impulsion de courant est déterminée par l'instant où la diode commandée 22 cesse d'être conductrice, son blocage étant assuré par l'inductance 23 et le condensateur 24.
Avant l'instant où la diode commandée 22 devient conductrice, le condensateur 24 est chargé jusqu'à la tension fournie par le bloc redresseur 48. Après que la diode comman- dée 22 soit devenue conductrice, l'inductance 23 est magnéti- sée en sens inverse et le condensateur 24 se recharge en polarité inverse. Dans de telles conditions, grâce à l'effet d'autotransformateur, il apparaît aux bornes du condensateur
24 une tension qui est plus grande que la tension du bloc redresseur 48 et qui lui est appliquée en opposition.
Le retour du bloc de réaction 20 à son état initial, s'effectue au moyen de la clef électronique 42 qui est rendue conductrice par l'impulsion de tension venant de l'enroule- r ment 49 de l'inductance 23 au moment où les tensions u1 et uw s'égalisent. Les paramètres de cette impulsion sont déter- minés par l'ajustage de la tension à la sortie du bloc re- dresseur 48, de l'inductance 23 et du condensateur 24.
La fréquence des impulsions de courant se règle continûment en faisant varier la résistance 30, la capacité
33 et la résistance de l'élément de consigne 34 qui impose la grosseur des gouttes transférées.
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Device for arc welding and: pulse.
INVENTORS 1. Boris Evgenievich PATON
2. Vladimir Konstantinovich LEBEDEV
3. Arkady Grigorievich POTAPIEVSKY 4. Nikolai Vasilievich PODOLA
5. Vsevolod Fedoseevich LAPCHINSKY
6. Pavel Petrovich SHEIKO.
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The invention relates to devices for arc welding of parts, and in particular to devices for arc and pulse welding.
Devices are known for welding parts by arc and pulses, comprising a pulse generator unit made in the form of a discharge capacitor and a switch element connected in series, the switch element being linked to a control unit (cf., "Industrial welding", N 5, 1966).
The drawbacks of known devices consist in that the injection of the current pulses is carried out by a stopped program, not linked to welding. Consequently, if the welding is carried out with arc short circuits, the current pulses injected into the arc current may then coincide with the instants of the current circuits. There follows an increase in spattering and the formation of the bead is impaired. In addition, during welding one often observes disturbances acting on the welding process, such as fluctuations in the mains voltage, the speed of advance of the electrode, variations in the resistance of the arc, etc. ... The main energy parameters of the process: in the arc and voltage in the arc vary.
As a result, during the same time different amounts of metal melt; the diameter of the transferred drops varies markedly. In the presence of disturbances of notable value, the current pulse may
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do not blow off molten metal, as the open circuit system is immune to disturbances. This leads to the fact that the next drop can take noticeable dimensions and even short-circuit the arc, The stability of the process is disturbed, it appears noticeable splashes and burrs of metal, especially in the welding of vertical seams and the ceiling .
The aim of the present invention is to eliminate the drawbacks indicated.
The task was therefore to create a device for arc and pulse welding of parts, which would ensure welding without metal spattering and improve the quality of the bead.
This solution consists in the fact that in the device for the welding of parts by arc and impulse, the current pulse generator unit of which is realized in the form of a discharge capacitor and a switching element placed. in series, the switching element being linked to a control unit, according to the invention, the discharge capacitor and the switching element with the control unit are embraced by a feedback loop.
It is advantageous that the reaction is carried out in arc voltage and that it is carried out in the form of an impulse transformer and of a monostable rocker linked to this transformer.
. The reaction can also be carried out with an arc current and be in the form of an arc current integrator and a reference element imposing the size of the transferred electrode drops, linked to one another. the other has a comparator element.
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The invention will be explained by the following description of exemplary embodiments and the accompanying drawings in which; - Figure 1 shows the electric diagram of a device for welding parts by arc and pulses, according to the invention; FIG. 2, the electric diagram of another variant embodiment of the same device, according to the invention.
The device for arc and pulse welding comprises a source 1 (Fig. 1) for supplying the arc and a generator block 2, of current pulses with feedback loop 3. Source 1 for the supply of the arc is in the form of a transformer 4 to which are connected a rectifier unit 5 and an inductor 6. It ensures the combustion of the arc in uninterrupted or intermittent mode and the melting of the electrode 7 \ *
The current pulse generator unit 2 comprises the discharge capacitor 8, the switching element 9 and a rectifier unit 10 connected to the network through the intermediary of the transformer 11.
In the discharge circuit of the capacitor 8 are interposed adjustable resistors 12 and a variable inductance 13.
As the switching element 9, an ignitron, a thyratron or a controlled diode (thyristor) can be employed.
The control of the switch element 9 is ensured by the feedback, the loop of which comprises a pulse transformer 14, a monostable flip-flop 15 made with triodes (transistors) 16 and 17, and a thyratron 18 coupled to the
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Monostable flip-flop 15. The change in polarity of the monostable flip-flop 15 is carried out by the switch 19. The reaction is made in arc voltage.
FIG. 2 shows another alternative embodiment of the reaction in the pulse and arc welding device.
The current pulse generator unit comprises a discharge capacitor 21, a switching element in the form of a controlled diode 22 and a circuit for regulating the duration of the current pulses, consisting of an inductor 23 and a capacitor 24,
The current pulse generator unit 20 is controlled by the arc current reaction unit 25. The block 25 comprises, on the one hand, an arc current integrator 26, connected by the intermediary of a "shunt" 27 to the arc supply circuit and made with triodes (transistors) 28, 29, resistors 30, 31, 32, and a capacitor 33, and, on the other hand, a reference element 34 imposing the size of the transferred drops, in the form of a potentiometer supplied by a standard voltage,
The signals coming from the reference element 34 imposing the size of the transferred drops and those coming from the arc current integrator 26, are compared and amplified by an amplifier made with triodes (transistors. ) 35 and 36. The amplifier outputs to a differentiator circuit 37, 38 from where the signals go to the control signal shaping block 39, which consists of a locking oscillator made with a triode (transistor) 40, and by a transformer 41 linked to the oscillator.
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At the entrance of the integrator 26 is mounted an electronic key 42 by means of which the initial conditions of integration are imposed.
The device operates as follows.
When the circuit is energized, the capacitor 8 (Fig. 1) begins to charge through the resistor 43. Its charge continues until its voltage equalizes with that supplied by the resistor. -Rectifier block 10. The arc is started by one of the known methods. The arc being initiated, the electrode 7 melts and a drop of metal forms at its end, for example during the short-circuit. A sudden change in voltage then occurs. This change triggers the feedback circuit and causes a pulse of current to be injected into the arc current after the arc has struck.
The injection of a pulse into the arc current ensures the control of the melting of the electrode, the formation of the next drop and its transfer to the workpiece, Moreover, if the process is carried out without short -circuits, at the time preceding the transfer from the electrode to the bath, sudden fluctuations in the arc voltage are observed.
These voltage fluctuations, which are indicative of the formation of a droplet at the end of the electrode, serve to trigger the pulse, and the latter forces the drop to detach from the electrode.
The variation of the arc voltage is transformed into pulses by the pulse transformer 14; the pulses attack the monostable flip-flop 15. The monostable 15, after time delay, sends the pulses to the gate of the thyratron 18. The latter becomes conductive and the switching element 9 closes. The rapid discharge of the
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capacitor 8 in the arc through the variable inductance 13 and resistor 12,
A current pulse of predetermined amplitude and duration is injected into the arc current. The parameters of the current pulse are set by adjusting the values of capacitor 8 by the charging voltage of this capacitor, resistors 43 and 12, as well as inductance 13. It is for this purpose that said components are made adjustable.
The delay of the signal in the monostable, 15 is adjusted by varying the value of the capacitor 44, which is why this capacitor is produced in variable form.
The assembly controlling the switch element 9 is therefore a logical device.
The injection of pulses into the arc current at the required time ensures the control of the transfer of the electrode metal and the shape of the welded bead, and on the other hand, allows to automate the welding of various metals in all positions, including on the ceiling.
The device shown in Figure 2 operates as follows.
After application of the supply voltage, the condenser 21 charges through the rectifier unit 5 up to the peak value of the voltage supplied by the secondary winding 45 of the transformer 46. The charging voltage of the transformer 46. capacitor 21 is chosen such that the current pulse injected into the arc during its operation is sufficient to detach the drop formed and direct its transfer to the welding bath, without there being any splashing of the bath metal. To this end, the transformer 46 is adjustable.
On the reference element 34 imposing the size of the drops
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transferred, a setpoint voltage u1 corresponding to the diameter required for the transferred drops is established. In the state indicated, the assembly is ready for operation. The control system must maintain the droplet diameter at the prescribed constant value by changing the frequency of the current pulses injected into the arc current.
The initiation of the arc is carried out by one of the known methods. To determine the amount of molten metal, a voltage proportional to the current in the arc, taken from shunt 27, is applied to integrator 26. The voltage u2 at the terminals of resistor 32 is proportional to the amount of molten metal, and therefore the diameter of the drop formed.
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k1 being a coefficient of proportionality I the current in the arc, t the integration time.
On the basis of transistor 35, the setpoint voltage u1 imposing the size of the transferred drops and the voltage u proportional to the diameter of the drop formed are compared; when they equalize, triode 35 becomes conductive and a voltage is applied to resistor 47; at the output of the differentiation circuit 37, 38, connected to the resistor 47, appears a pulse which makes the triode 40 of the blocking oscillator conductive, The pulses from the blocking oscillator attack the controlled diode 22 which becomes conductive and a strong pulse due to the discharge of the capacitor 21 is injected into the current of the arc.
This impulse ensures the forced directional tearing of the
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drop of metal that has formed. The duration of the current pulse is determined by the instant when the controlled diode 22 ceases to be conducting, its blocking being ensured by the inductor 23 and the capacitor 24.
Before the instant when the driven diode 22 becomes conductive, the capacitor 24 is charged to the voltage supplied by the rectifier block 48. After the driven diode 22 becomes conductive, the inductor 23 is magnetized to the voltage. direction and capacitor 24 recharges in reverse polarity. Under such conditions, thanks to the autotransformer effect, it appears at the terminals of the capacitor
24 a voltage which is greater than the voltage of the rectifier unit 48 and which is applied to it in opposition.
The return of the reaction block 20 to its initial state is effected by means of the electronic key 42 which is made conductive by the voltage pulse coming from the winding 49 of the inductor 23 at the moment when the voltages u1 and uw equalize. The parameters of this pulse are determined by adjusting the voltage at the output of rectifier block 48, inductor 23 and capacitor 24.
The frequency of the current pulses is continuously adjusted by varying the resistance 30, the capacitance
33 and the resistance of the setpoint element 34 which imposes the size of the drops transferred.