DE1908016B2

DE1908016B2 - Impulsgenerator fuer das mehrstellen-lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE1908016B2
Application number: DE19691908016
Authority: DE
Inventors: Boris J.; Lebedjew Wladimir K.; Sejko Pawel P.; Pasulja Michril P.; Kiew Paton (Sowjetunion)
Original assignee: Institut Elektroswarki Imeni E.O. Patona, Kiew (Sowjetunion)
Priority date: 1968-06-14
Filing date: 1969-02-18
Publication date: 1973-03-22
Also published as: AT294982B; US3577156A; DE1908016A1; GB1257982A; DE1908016C3; BE730810A; SE361003B; FR2010864A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Impulsgeneratoren für die Lichtbogenschweißung und kann in der Maschinenbauindustrie zum Verbindungsschweißen sowie zum Auftragsschweißen von Metallen benutzt werden, wobei Has Schweißen mittels abschmelzender Elektrode, z. B. in einer Schutzgasatmosphäre, unter einem Flußmittel oder ohne Lichtbogenschutz bei Benutzung von gemeinsam angeordneten gewöhnlichen oder Mehrstellen-Schweißstromquellen erfolgen kann.

Es sind Einrichtungen zum Lichtbogen-Impulsschweißen (z. B. nach der Zeitschrift »Schweißen«, 1966, Nr. 5, Verlag Maschinenbau, Moskau) bekannt, die mit einer eingebauten Lichtbogen-Schweißstromquelle verwendet werden und einen Impulserzeugungs-^ teil mit einem Transformator sowie eine Steuereinheit· enthalten.

Der Mangel der bekannten Einrichtungen besteht darin, daß sie nur einen einzigen Lichtbogen mit Stromimpulsen speisen können.

Außerdem haben die bekannten Einrichtungei große Abmessungen, ein großes Gewicht und eii kompliziertes Prinzipschaltbild.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einer Impulsgenerator zum Lichtbogen-Impulsschweißer von Metallen zu entwickeln, der die gleichzeitige Arbeit an mehreren Lichtbogen-Schweißstellen ermöglicht sowie kleinere Abmessungen, ein geringeres Gewicht und ein einfacheres Prinzipschaltbild hat.

ίο Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Impulsgenerator zum Lichtbogen-Impulsschweißen von Metallen, der zusammen mit einer Lichtbogen-Schweißstromquelle benutzt wird und einen Impulserzeugungsteil mit einem Transformator sowie eine Steuereinheit enthält, die Sekundärwicklungen des Transformators, deren Zahl der Anzahl von Schweißlichtbögen entspricht, mit ihrem Anfang und Ende an die Anoden der ihnen zugeordneten Trennventile und an die Kathoden der zu ihrem Stromkreis gehörenden gesteuerten Ventile (Thyristoren) angeschlossen sind, deren Anoden zusammengeschaltet und über eine Induktivitätsspule mit dem Schweißstück verbunden sind, wobei die Kathoden der Trennvenlile wenigstens einer SeKundänvicklung ebenfalls zusammengeschaltet und an die entsprechende Schweißelektrode angeschlossen sind und die Steuereinheit zur Auftastung der Thyristoren einen Abwärtstransformator und einen Differentialtransformator enthält, dessen Primärwicklung mit der Sekundärwicklung des eiwühnten Abwärtstransformators über ein RC-Glied verbunden ist, wobei wenigstens jede Sekundärwicklung des Differentialtransformators über in Reihe geschaltete Dioden, Regelwiderstände und Schalter mit dem Steuerstromkreis der zugehörigen Thyristoren im

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Es kann zweckmäßig sein, den Verbindungsdraht zwischen den Kathoden der Trennventile im Impulserzeugungsteil zu unterbrechen und jede Kathode dieser Ventile an die entsprechende Schweißelektrode zu schalten, wobei die Anzahl der Schweißbögen doppelt so groß wie die Anzahl der Sekundärwicklungen des Transformators sein kann.

Im folgenden wird die Erfindung in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

F i g. 1 ein elektrisches Prinzipschaltbild des Impulsgenerators zum Lichtbogen-Impulsschweißen gemäß der Erfindung für 100 Hz,

Fig. 2 ein elektrisches Prinzipschaltbild des erfindungsgemäß aufgebauten Impulsgenerators zum Lichtbogen-Impulsschweißen mit einer anderen Ausführungsvanante des Impulserzeugungsteiles für 50 Hz,

F i g. 3 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Stromimpulsformung gemäß der Erfindung.
Der Impulsgenerator zum Lichtbogen-Impulsschweißen besteht aus einem Impulserzeugungstei! I (Fig. 1) und einer Steuereinheit II zur Steuerung des Generatorbetriebs. Der Impulserzeugungsteil I enthält einen Netztransforrnator 1 mit einer Primärwicklung P und mehreren Sekundärwicklungen S\ ... S". Der Magnetieiter des Transformators 1 hat einen Luftspalt.

Die Primärwicklung P des Transformators 1 ist an das speisende Wcchselspannungsnetz angcschlossen.

Jeder Sekundärwicklung Sj ... S" sind Thyristorketten mit je zwei Thyristoren Tl, T2 ... Tm, Tn parallel geschaltet.

An jede Thyristorkathode ist auch die Anode des entsprechenden Trennventils Vl ... Vn angeschaltet Die Anoden jedes zu einer Sekundärwicklung Sj ... S" gehörenden Thyristorpaares sind zusammengeschaltet, und jede Thyristorkathode ist entsprechend mit Anfang oder Ende dieser Sekundärwicklungen verbunden. Die Verbindungspunkte von zwei Anoden jedes Thyristorpaares Tl, Γ2 ... Tm, Tn sind über Induktivitätsspuien Li ... Ln mit den Surwcißsiückon Ul ... L'fj verbunden, an die der Minuspol der in Fi g. 1 und 2 nicht angegebenen Lichtbogen-Schweißstromquelle angeschlossen wird.

Der Betrieb des Impulserzeugungsteils 1 wird von der Steuereinheit II gesteuert, die einen Abwärtstransformator 6, ein RC-Glied und einen Differentialtransformator 7 enthält. Die Prii.iärwicklung P 6 des Abwärtstransformators 6 ist parallel zur Primärwicklung P des Netztransformators geschaltet. In Reihe mit der Sekundärwicklung S₆ des Abwärtstransformators 6 liegen der Regelkondensator C, die Primärwicklung Pl des Differentialtransformators 7 und der Regelwiderstand R. Die Wicklungen des Differentialtransformators 7 befinden sich auf einem Magnetleiter mit rechteckiger Hystereseschleife. Die Anzahl der Sekundärwicklungen dieses Transformators 7 entspricht der Anzahl der Thyristoren Tl, Tl ... Tm, Tn. In Reihe mit jeweils einem Anschluß jeder Sekundärwicklung S-.. ..S- liegen Dioden Dl ...Dn, Rcgelwiderstände Ri ... Rn und Schalter 8^l ... 8". Die Ausgangsklemme jedes Schalters 8¹ ... 8" ist mit der Steuerelektrode des entsprechenden Thyristors T1 ... Tn verbunden. Der zweite Anschluß jeder Sekundärwicklung des Differentialtransformators 7 ist an die Kathode des entsprechenden Thyristors 71 Tn geschaltet

Müssen zur Lichtbogenspeisung Stromimpulse mit der Frequenz 100 Hz verwendet werden, so werden die Kathoden jedes Trennventilpaares Vl, V 2 ... Vm, Vn jeder Sekundärwicklung S] ···" ebenfalls miteinander verbunden, und jeder Verbindungspunkt wird an die entsprechende Schweißelektrode £1 ... £/1 geschaltet, an die der Pluspol der Lichtbogen-Schweißslromquelle (oder mehrere Stromquellen) angeschlossen wird. Die Zahl der Elektroden entspricht der Anzahl der Sekundärwicklungen Sj ... Sf.

Bei der Lichtbogenspeisung mit Stromimpulsen von 50 Hz (F i g. 2) werden die Kathoden nicht miteinander verbunden, sondern jede einzelne Kathode schaltet man an die entsprechende Schweißelektrode £ 1 ... £n, deren Anzahl in diesem Fall doppelt so groß wie die Anzahl von Sekundärwicklungen S] ... S" ist. Diese Schaltungsart ist die Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, in diesem Falle speist eine Sekundärwicklung des Transformators 1 zweiSchwcißbögen.

Die Arbeit des Generators soll nun am Beispiel der Impulsformung für einen Lichtbogen betrachtet weiden, wobei die Arbeitsweise des Generators für ».ine Zahl /τ von Lichtbogen analog ist.

Die Stromimpulse werden durch die phasenrichtige Ansteuerung von Thyristoren Tl, Tl .. . Tm, Tn während jeder Spannungshalbwelle U₁ (Fig. 3) an den Sekundärwicklungen Sj ... S" des Transformators 1 erzeugt.

Während der positiven Halbwelle ab der Sinus- ⁽⁾5 spannung U₁ am Anfang der Wicklung Sj (Fig. 1) wird diese positive Spannung U₁ der Sinusoidenhalbwelle an den Stromkreis: Trennventil Lichtbogen — Induktivitätsspule Ll — Thyristor Tl angelegt.

In einem Zeitpunkt I₁ der Haibwclie (F i g. 3) wird auf die Steuerelektrode des Thyristors T 2 von der Steuereinheit II ein positives Steuersignal U₂ gegeben. Der Thyristor T2 (Fig. 1) wird leitend, und der Lichtbogenstrecke wird über den Stromkreis: Anfang S} — Trennventil V1 — Lichtbogen — Induktivitätsspuk TA — Thyristor T 2 — Ende der Wicklung Sj im Zeitpunkt J₁ (Fig. 3) ein starker Stromimpuls als Sinusoidenabschnitt (in der Regel ein Teil der Sinuskurve nach 90 bzw. 270°) zugeführt.

In der nächsten Halbperiode der an der Wicklung S{ entstehenden Sinusspannung U₁ wird die Spannungshalbwelle (bc) vom Ende der Wicklung Sj über das Trennventil V1 und den Lichtbogen an den zweiten Thyristor TI gelegt. Das Steuersignal U₂, dessen Erzeugungsmoment I₁ während der Sinusoidenhalbwelle {bc) in der Steuereinheit II bestimmt wird, entsperrt den Thyristor Tί, und über den Stromkreis: Ende Sj — Trennventil Vl — Lichtbogen — Induktivitätsspule Ll — Thyristor Tl — Wicklungsanfang Sj wird dem Lichtbogen der zweite starke Stromimpuls zugeführt. Ähnlich und zu gleichen Zeitpunkten werden die Stromimpulse an alle übrigen Lichtbogen angelegt. Danach wiederholt sich dieser Vorgang.

Die Dauer und die Amplitude der an den Lichtbogen angelegten Stromimpulse werden in der Steuereinheit 11 durch Änderung des Zeitpunktes I₁, in dem das Steuersignal U₂ zu den Steuerelektroden der Tl.»>l stören T1 ... Tn gelangt, bestimmt. Die Spannung an der Sekundärwicklung S₆ des Abwärtstransformators 6 ist mit der Spannung an den Sekundärwicklungen Sj ... S" des Transformators 1 in Phase.

Der gemeinsame Widerstand des Stromkreises: Widerstand R Primärwicklung des Differentialtransformators 7 — Kondensator C ist kapazitiv. Der in diesem Kreis fließende Strom und folglich die Spannung an der Primärwicklung Pl des Differentialtransformators 7 eilen der Spannung an der Sekundärwicklung Sj des Transformators 1 um einen Winkel </ vor. Beim Nulldurchgang der Stromkurve entstehen an den Sekundärwicklungen S'₇ ... S" des Differentialtransformators 7 die Spannungsimpulse U₂ (Fig. 1), die im Vergleich mit der Sinuskurve der Spannung U₁ an den Sekundärwicklungen Sj ... Sf zeitlich verschoben sind.

Die Steuerimpulse U₂ werden über die Dioden D1 ... Dn, die Regelwiderstände R1 ... Rm und die Schalter 8¹ ... 8'" den Steuerelektroden derjenigen 1 hynstoren zugeführt, an denen zu diesel Zeit die positive Spannungshalbwelle U₁ liegt. Die zeitliche Verschiebung dieser Steuerimpulse U₂ während der positiven Halbperioden (ab) der Spannung U₂ an den Thyristoren T1 ... Tn erfolgt durch eine Änderung der Kapazität C und des Widerstandes R. Dadurch werden die Dauer und die Amplitude der an den Lichtböden anliegenden starken Stromimpulse geregelt.

Die Regelung der Amplitude dieser Impulse kann auch durch Änderung der sinusförmigen Spannung U₁ der Sekundärwicklungen Sj ... SJ' erfolgen. Zu diesem Zweck sind sie als Regelwicklungen ausgeführt. Das Anlegen der Impulse an die Lichtbogen erfolgt mittels der Schaller 8¹ ... 8". Je nach Bedarf können mit Hilfe dieser Schalter die starken Stromimrjulse an einen oder mehreren Lichtbogen angelegt werden.

Die Induktivitätsspulen Ll ... Ln sind zur Begrenzung der vorderen Anstiegsflanke der starken Stromimpulse vorgesehen.

Bei der Lichtbogenspeisung durch Stromimpulse mil der Frequenz von 50 Hz funktioniert die Einrichtung, wie oben beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß der tür Lichtbogenspeisung bestimmte und aus der positiven Halbwelle (ab) gebildete Stromimpuls im Zeitpunkt t, über den obenerwähnten Stromkreis und einen Lichtbogen läuft, während der aus der negativen Halbwelle (bc) erzeugte Stromimpuls einem anderen Lichtbogen zugeführt wird. Bei diöler Ausführungsvariante der Erfindung ist die Zahl der Schweißbögen doppelt so groß wie die Anzahl der Sekundärwicklungen Sj ... S" des Netztransformators 1 (F i g. 2).

Der Impulsgenerator kann nach der einen oder nach der anderen Ausführungsvariante der Erfindung für die Arbeit mit einem Lichtbogen oder mit mehreren Lichtbogen gebaut werden. Bei der Arbeit mit mehreren Lichtbogen kann ihre beliebige Anzahl aus- oder eingeschaltet werden, ohne den Betrieb mit anderen Lichtbogen zu stören.

Der Vorteil des erfindungsgemäß aufgebauten Impulsgenerators besteht darin, daß er das Verbindungsschweißen und das Auftragsschweißen mil mehreren Lichtbogen ermöglicht, wobei er mehrere, im Raum verschiedene Lagen einnehmende Lichtbogen gleichzeitig mit Stromimpulsen speisen kann. Das ergibt eine bedeutende Steigerung der Arbeitsproduktivität beim Schweißen und Aufschmelzen von Metallen.
Vorher wurde für alle erwähnten Fälle eine entsprechende Anzahl von Impulsgeneratoren (also ein Generator für einen Lichtbogen) benötigt, da Impulsgeneratoren für mehrere Lichtbogen bis jetzt nicht vorhanden waren. Das war äußerst unwirtschaftlich

ίο und nicht immer möglich, da manchmal die entsprechende Anzahl von Impulsgeneratoren fehlte. Die Schweißeinrichtungen wurden dabei teuer, erforderten große Arbeitsflächen und hatten großes Gewicht.

Der erfindungsgemäß aufgebaute Impulsgenerator ermöglicht ein Lichtbogen-Verbindungsschweißen und Auftragsschweißen, z. B. einer Kurbelwelle mit mehreren Lichtbogen nebeneinander oder ein mehrlagiges Schweißen mit mehreren einander folgenden Lichtbögen, z. B. nicht drehbarer Rohrstoßstellen, in beliebiger räumlicher Lage.

Der Aufbau des Generators nach der Erfindung gewährleistet eine bedeutende Senkung der Kosten von Schweißeinrichtungen und Verminderung ihrer Abmessungen sowie erforderlicher Arbeitsflächen. Die Verwendung dieses Generators steigert die Arbeitsproduktivität bei Schweiß- und Aufschmelzarbeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Impulsgenerator zum Lichtbogen-Impulsschweißen von Metallen, der zusammen mit einer Lichtbogen-Schweißstromquelle benutzt wird und einen Impulserzeugungsteil mit einem Transformator sowie eine Steuereinheit enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen (Sj ... S?) des Transformators (1), deren Zahl der Anzahl von Schweißlichtbögen entspricht, mit ihrem Anfang und Ende an die Anoden der ihnen zugeordneten Trennventile (Kl ... Vn) und an die Kathoden der zu ihrem Stromkreis gehörenden Thyristoren (Tl ... Γη) angeschlossen sind, deren Anoden zusammengeschaltet und über Induktivitätsspulen (Ll ... Ln) mit Schweißstücken (t/l ... Un) verbunden sind, wobei die Kathoden der Trennventile (Kl... Vn) wenigstens einer Sekundärwicklung (S\ ... S₁") ebenfalls miteinander verbunden und an die entsprechende Schweißelektrode (£1 ... En) angeschlossen sind und die Steuereinheit (II) zur Auftastung der Thyristoren (T 1 ... Tn) einen Abwärtstransformator (6) und einen Differentialtransformator (7) enthält, dessen Primärwicklung (Pl) mit der Sekundärwicklung (S₆) des Abwärtstransformators (6) über ein RC-Glied verbunden ist, wobei jede Sekundärwicklung (S, ... S") des Differentialtransformators (7) über in Reihe geschaltete Dioden (Di ... Dn), Regelwiderstände (Rl ... Kn) und Schalter (8¹ ... 8") mit dem Steuerstromkreis der zugehörigen Thyristoren (Tl ... Tn) im Impulserzeugungsteil (I) Verbindung hat.

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dali die Verbindung zwischen den Kathoden der Trennventile (Kl ... Kn) im Impulserzeugungsteil (I) unterbrochen ist und jede Kathode dieser Ventile (Kl ... Kn) an die entsprechende Schweißelektrode (E 1 ... En) geschal let ist, wobei die Anzahl der Schweißbögen in diesem Fall doppelt so groß wie die Anzahl der Sekundärwicklungen (S\ ... Sf) des Transformators (1) ist.