FI71894B - Impulssvetsaggregat foer skyddsgassvetsning - Google Patents

Description

1 71894

Impulssihitsauslaite suojakaasuhitsausta varten

Keksintö koskee suojakaasuhitsausta varten tarkoitettua impulssihitsauslaitetta, jossa on tasavirtalähteen 5 syöttämä, kytkentätransistoreita käsittävä transistorikyt-kentä, jota impulssigeneraattori ohjaa. Hitsauselektrodiin tulee tällöin hitsausvirta, joka vaihtelee sykävksittäin pienen ja suuren virran arvon välillä.

Suojakaasuhitsaus voi tapahtua joko tasavirtaa tai 10 sykäysvirtaa käyttäen. Sykäysvirran avulla tapahtuvan hitsauksen etuna on sen pieni tehontarve. Tällöin on kuitenkin huolehdittava siitä, ettei virta katkea kokonaan sykäystaukojen aikana, vaan käytetään alhaisen virran arvon omaavaa lepovirtaa, jolloin työkappaleen ja elektro-15 din välinen valokaari ei pääse katkeamaan. Impulssihitsauk-sessa virran sykäysten toistotaajuus on 25 - 100 Hz. Kytkettävät virranvoimakkuudet ovat taas n. 600 - 700 A. Sykäystaukojen aikana käytetään n. 100 A lepovirtaa. Sykäysten aikaansaamiseksi voidaan tehokytkiminä periaat-20 teessä käyttää tyristoreita, mutta näin korkeiden tehojen kytkemiseen sopivat tyristorit aiheuttavat kytkennän viivästymistä, minkä vuoksi suorakulmaimpulssien muoto vääristyy. Valokaaren ylläpitämiseksi tarvitaan kuitenkin sellaiset suorakulmaimpulssit, joissa on jyrkät impulssisi-25 vut. Suorakulmaimpulssien synnyttämiseen voidaan käyttää trans istoreita, joiden "kytkentäkäyttäytyminen" on nopeampi kuin tyristoreilla. Jo tunnetuissa impulssihitsaus-laitteissa käytetään useita rinnakkain kytkettyjä teho-transistoreita, joita ohjataan synkronisesti tietystä 30 impulssilähteestä ja jotka kytketään suuren ja pienen johtavuusasennon väliin. Kun johtavuus on pieni, transis-torikytkennän ja valokaaren läpi menee n. 100 A lepovirta ja johtavuuden ollessa suuri kyseessä on esim. 700 A im-pulssivirta. Sen suuruus riippuu lähinnä sen tasavirta-35 lähteen jännitteestä, johon transistoreista ja valokaa- 2 71894 resta tuleva sarjakytkentä liitetään. Kun virran arvo on suuri, transistorit on kytketty kokonaan läpi, joten niissä on vain vähän hävinnyttä tehoa, mutta virran arvon ollessa pieni transistorit ohjataan sellaiseen 5 asentoon, jossa ne ovat osittain johtavia. Tällöin teho-transistoreissa on suuri jännite, ja niiden läpi menee samanaiksisesti tietty kuormitusvirta. Tämä merkitsee taas sitä, että transistoreissa on suhteellisen paljon hävinnyttä tehoa ja melko korkea lämpötila. Jo tunne-10 tuissa impulssihitsauslaitteissa transistorikytkentä edellyttää sen vuoksi kallista vesijäähdytystä.

Tehotransistorien suuri hävinnyt teho aiheuttaa puolestaan sen, että käytössä olevat impulssihitsauslait-teet ovat hyvin painavia ja kalliita. Impulssiosa on 15 tällöin yhdistetty rakenteellisesti aina tasavirtasyöt-töosaan. Tällöin ei ole siis lisälaitteita, joita voitaisiin käyttää tasavirtahitsauslaitteiden yhteydessä, niin että näitä voitaisiin soveltaa myös impulssihitsauk-seen.

20 Lisäksi impulssityyppinen hitsausvirta pystytään jo tunnetulla tavalla synnyttämään niin, että hitsaus-virtapiiriin kytketään mekaaninen kytkin tai kommutaatto-ri, jonka kanssa on kytketty rinnan virranrajoitusvas-tus (IEEE Transactions on Industry and Genaral Appli-25 cations, laitos IGA-2. nro 3, touko-kesäkuu 1966, sivut 225 - 227) .

Edelleen tunnetaan sellainen impulssihitsauslaite (JA-A-75-19 163), jonka hitsausvirtapiirissä on kytken-tätransistorista tuleva ensimmäinen sarjakytkentä ja 30 induktanssi sekä tämän kanssa rinnan toinen virtatie, joka käsittää virranrajoitusvastuksen ja lisäinduktans-sin. Impulssigeneraattori kytkee kytkentätransistorin jaksoittain kiinnikytkentä- ja irtikytkentäasentoon, jolloin syntyy impulssijonon muotoinen hitsausvirta, 35 jonka impulssit induktanssit ovat kuluttaneet. Nimenomaan hitsausimpulssien takasivuilla syntyy sellaisia virran

K

3 71 894 läpimurtoja, jotka saattavat aiheuttaa hitsauskaaren katkeamisen.

Keksinnön tarkoituksena on kehittää sellainen edellä kuvattua tyyppiä oleva impulssihitsauslaite, 5 jossa transistorikytkentä on suunniteltu pientä tehontarvetta silmällä pitäen ja jossa hitsauskaaren katkeamisia ei pääse esiintymään.

Näihin tavoitteisiin päästään keksinnön mukaan siten, että transistorikytkennän ja vastuksen virtatiet 10 ovat induktanssittomia ja vastuksessa on kaksilankainen käämitys.

Keksinnön mukaisessa impulssihitsauslaitteessa suurtehokytkentätransistorit ohjataan sulkuasentcon im-pulssitaukojen aikana, jolloin virta on arvoltaan hei.k-15 kojännitteistä lepovirtaa, ja ne vaihtokytketään tällöin sulkuasennon ja johtavan asennon väliin. Kytkentätran-sistorien kanssa rinnan kytketyn vastuksen läpi menee tietty virta sekä impulssien että impulssitaukojen aikana. Tähän virtaan liittyvät, impulssien aikana kytkentä-20 transistorien virrat. Koska kytkent.ätransis tor it ovat impu]ssitaukojen aikana sulkuasennossa, niiden läpi menee vain hyvin pieni jäärmösvirta, joten hävinnyt teho on sulkuasennossa hyvin pieni. Kytkentätransis tor it eivät siis tarvitse vesijäähdytystä, vaan niille riittää 25 ilmajäähdytys, joten impulssihitsauslaitteen impulssi- osa on verrattain kevyt ja pieni lisälaite tasavirta-lähdettä tai tasavirtateho-osaa varten. Näin ollen jo käytössä olevat tasavirtahitsauslaitteet voidaan varustaa lisälaitteella, jolloin niitä voidaan käyttää irnpuls-30 sihitsaukseen.

Koska transistorikytkennän ja vastuksen virtatiet ovat induktanssittomia, hitsausvirtaimpulssien suorakulmainen muoto ei kulu induktanssien vaikutuksesta. Hitsausvirtaimpulssien takasivuilla ei myöskään esiinny 35 virran läpimurtoja, mikä takaa taas sen, ettei hitsaus-kaari katkea. Suuresta virranvoimakkuudesta johtuen in- 4 71894 duktiiviset komponentit kytkentätransistorien tai vastuksen virtateissä vaikuttavat nimittäin haitallisesti virtaimpulssien muotoon. Induktanssien välttämiseksi vastuksessa onkin kaksilankainen käämitys, ts. vastus -5 on jaettu useihin, toisiinsa nähden vastakkaiseen suuntaan käämittyihin osiin, jolloin eri käämityksen osien induktanssit kompensoivat toisensa ja loppuvat.

Keksinnön erään suositettavan rakenteen mukaan kytkentätransistorien emitterit on yhdistetty tasavirta-10 lähteen toiseen napaan ja kollektorit taas työkappalee-seen yhdistettävään hitsauselektrodiin. Impulssigene-raattorin ohjaamat kytkentätransistorit ovat tällöin emitterikytkennässä. Tästä on se etu, että kytkentätran-sistoreille riittää suhteellisen pieni ohjausjännite 15 ja että niillä on rajatut kytkentäpisteet, koska niiden ohjausjännite liittyy tasavirtalähteen toiseen napaan eikä koske hitsauselektrodin muuttuvaa jännitettä.

Jotta nykyisiä tasavirtahitsauslaitteita voitaisiin käyttää impulssihitsaukseen, keksinnön erään suosi-20 tettavan rakenteen mukaan impulssigeneraattori, transis-torikytkentä, vastus ja mahdollisesti yksi kondensaat-toriparisto on sijoitettu tasavirtalähteeseen liitettävään, erilliseen koteloon.

Impulssin toistotaajuus, jolla ohjataan transistori-25 kytkentää, sekä impulssien ja taukojen välinen suhde säädetään mieluimmin niin, että valokaaren katkeamatta voidaan käyttää suuren CC^-määrän ja pienen jalokaasu-osuuden käsittäviä suojakaasuja.

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin erään rakenne-30 esimerkin avulla viittaamalla tällöin oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 on kaavio impulssihitsauslaitteen kytkennästä, ja kuva 2 esittää hitsausvirran kulkua ajan funktiona. 35 Kuvassa 1 nähdään t.asavirtalähde 10, johon syöte tään vaihtovirtaa ja jossa on muuntaja (ei kuvassa) sekä 71 894 5 siltatasasuuntain 11. Tasavirtalähde 10 synnyttää ulostulossaan vakiojännitteen. Kysymyksessä on tällöin esim. jokin jo tunnettu tasavirtahitsauslaite.

Tasavirtalähteen 10 ulostuloon on yhdistetty lai-5 te 12, joka muodostaa sykäysmäisen hitsausvirran. Laitteessa 12 on syöttöjännitteen positiivisen navan 14 ja negatiivisen navan 15 välissä kondensaattoriparisto 13 virran suodattamiseksi. Positiivinen napa 14 on yhdistetty hitsattavaan työkappaleeseen ja negatiivinen napa 10 taas kytkentätransistorien 171, 172 emittereihin. Tran-sistorikytkentään 17 on kytketty rinnan useita kytkentä-transistoreita, joissa piirustuksessa on esitetty vain molemmat tehotransistorit 171, 172. Kaikkien kytkentätransistorien kollektorit on yhdistetty toisiinsa ja 15 liitetty hitsauselektrodiin 18. Impulssigeneraattori 20 ohjaa kytkentätransistorien 171, 172 kantoja vahvistimen 19 välityksellä, joten kytkentätransistorit toimivat emitterikytkennässä. Impulssigeneraattori 20 synnyttää impulsseja, joiden toist.otaajuus voidaan valita 50 -20 300 Hz väliseltä alueelta. Impulssien avulla kytkentä transistorit 171, 172 ohjataan johtavaan asentoon, kun ne sen sijaan impulssitaukojen aikana on kokonaan suljettu. Sulkemista varten voidaan kytkentätransistorien kantoihin tarvittaessa kytkeä sellainen jännite, joka on 25 vielä pienempi kuin emittereissä oleva negatiivinen jännite, mutta kuitenkin enintään sellainen jännite, joka vastaa emitterin jännitettä.

Vastus 21 on kytketty rinnan kytkentätransistorien 171, 172 kanssa ja yhdistetty sekä emittereihin 30 että kytkentätransistorien kollektoreihin. Vastus käsittää kaksilankaisen käämityksen ja sen vastusarvo on esim. 0,4/1. Vastus 21 on näin ollen kytketty sarjaan hitsaus-elektrodin 18 ja työkappaleen 16 välissä syntyvän valokaaren kanssa napojen 14 ja 15 väliin, niin että valo-35 kaaren palaessa vastuksen 21 läpi menee aina tietty virta. Oletetaan, että vastuksen 21 läpi menevän virran voimak- 6 71894 kuus on 100 A. Vastuksen 21 arvoa voidaan tällöin muuttaa asteittain lepovirran voimakkuuden säätämistä varten .

Kuvassa 2 nähdään hitsausvirran I virtakaavio 5 valokaaren palaessa. Aika on merkitty tällöin t:llä.

Impulssitaukojen aikana, siis tehotransistorien 171, 172 ollessa suljettu, lepovirta on 100 A. Sen sijaan impulssien aikana - siis kytkentätransistorien ollessa johtavassa asennossa - hitsausvirran kokonaisvoimakkuus nou-10 see 600 A arvoon.

Koska kytkentätransistorien 171, 172 virtatiessä eikä myöskään vastuksen 21 virtatiessä ei ole induktansseja, muodostuu hyvän nelikulmaisen muodon omaava im-pulssijono. Tällä onkin metalli-aktiivikaasuhitsausme-15 netelmässä, jossa käytetään hiilidioksidia ja inertistä kaasua, suuri merkitys, sillä impulssien hyvän, nelikulmaisen muodon ansiosta hitsauspa sarat irtoavat hitsaus-elektrodista 18 erittäin tarkasti.

li

Claims (3)

7 71894

1. Suojakaasuhitsausta varten tarkoitettu impulssi-hitsauslaite, jossa on tasavirtalähteen syöttämä, kytken- 5 tätransistoreita (171, 172) käsittävä transistorikytker.tä (17) , jota impulssigeneraattori (20) ohjaa, jolloin hit-sauselektrodiin (18) tulee hitsausvirta, joka vaihtelee sykäyksittäin pienen ja suuren virran arvon välillä, ja ainakin yksi kytkentätransistorien (171, 172) kanssa rin- 10 nan kytketty tasavirtavastus (21), tunnettu siitä, että transistorikvtkennän (17) ja vastuksen (21) virran kulku on induktanssitonta ja että vastuksessa (21) on kak-silankainen käämitys.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen impulssihitsaus-15 laite, tunnettu siitä, että kytkentätransistorien (171, 172) emitterit on yhdistetty tasavirtalähteen (10) yhteen napaan (14) ja kollektorit taas hitsauselektrodiin (18) .

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen impulssi-20 hitsauslaite, tunnettu siitä, että impulssigeneraattori (20), transistorikytkentä (17), vastus (21) ja mahdollisesti kondensaattoriparisto (13) on sijoitettu tasavirtalähteeseen (10) yhdistettyyn erilliseen laitteeseen (12).