HU199723B

HU199723B - Alternating-current arc welding device of consumable electrode

Info

Publication number: HU199723B
Application number: HU458986A
Authority: HU
Inventors: Igor I Zaruba; Vladimir V Dymenko; Viktor I Bolotko
Original assignee: Inst Elektroswarki Patona
Priority date: 1986-11-04
Filing date: 1986-11-04
Publication date: 1990-03-28
Also published as: HUT45431A

Abstract

HUT045431 At the beginning of each welding current half period, the arc section receive two different energy impulses or energy impulse groups. The magnitude and start of the energy impulse is selected in accordance with the welding conditions, electrode diameter and other welding parameters. Hereby a low voltage, but large current, is used to destroy the bridge obstructing the discharge space while a second, higher voltage, but lower current impulse ensures the renewed discharge of the arc. The installation has a welding transformer with secondary coil connecting to the arc section, and two impuse generators. Each impulse generator has such a power stage which contains charge supply unit, commutating condenser, thyristor switch and control stage.

Description

A találmány tárgya váltakozóáramú fogyóelektródás ívhegesztő berendezés, hegesztőtranszformátorral, amelynek szekunder tekercse ívszakaszhoz csatlakozik, továbbá impulzusgenerátorral, amelynek kimenete olyan teljesítményfokozatból áll, amely töltőtápegységet, kommutáló kondenzátort és tirisztoros kapcsolót tartalmaz, valamint bemenete olyan vezérlőfokozatból áll, amelynek impulzusformálója és nullátmenetérzékelője van, és az impulzusformáló a tirisztoros kapcsoló v^zérlőelektródájára van csatlakoztatva, míg a nullátmenetérzékelő kimenete van az impulzusformálóra kapcsolva, továbbá az impulzusgenerátor impulzusformálójának bemenete, valamint a nullátmenetérzékelő bemenete a hegesztőtranszformátor szekunder tekercsével párhuzamosan van kapcsolva. A találmány szerinti berendezés Fe fémeket és azok ötvözeteit tartalmazó acélok leolvadó hegesztőelektródát alkalmazó hegesztése során alkalmazható előnyösen.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an AC consumable electrode arc welding apparatus having a welding transformer having a secondary winding connected to an arc section and a pulse generator having an output stage comprising a power supply unit, a commutating capacitor and a thyristor switch, connected to the control electrode of the thyristor switch, the output of the zero-pass sensor is connected to the pulse-shaping device, and the pulse-shaping input of the pulse generator and the input of the zero-shift sensor are connected parallel to the secondary winding of the welding transformer. The apparatus of the present invention is advantageously used for welding steels containing Fe metals and their alloys using a melting electrode.

A találmány célja a hegesztési varrat minőségének javítása a hegesztési ív megbízható ismételt gyújtásával. A kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan váltakozóáramú fogyóelektródás ívhegesztő berendezéssel oldottuk meg, amelynek hegesztőtranszformátora van, és a hegesztőtranszformátor szekunder tekercse az ívszakaszhoz van csatlakoztatva, továbbá impulzusgenerátora van, amelynek kimenete töltőtápegységet, kommutáló kondenzátort és tirisztoros kapcsolót tartalmazó teljesítményfokozatból áll, míg bemenete impulzusformálót és nullátmenetérzékelőt tartalmazó vezérlőfokozatból áll, ahol az impulzusformáló a tirisztoros kapcsoló vezérlőelektródájára csatlakozik, míg a nuliátmenetérzékelő kimenete van az impulzusformálóra csatlakoztatva, továbbá az impulzusgenerátor bemenete és kimenete a hegesztőtranszformátor szekunder tekercsével van párhuzamosan kapcsolva. A továbbfejlesztés értelmében a hegesztés minőségének a hegesztési ív megbízható ismételt gyújtásával elért növelése érdekében a berendezés egy további impulzusgenerátort tartalmaz, amelynek bemenete az első impulzusgenerátor kommutáló kondenzátorával párhuzamosan van kapcsolva és kimenete pedig a hegesztőtransz' formátor szekunder tekercsével van párhuzamosan kötve.The object of the invention is to improve the quality of the weld by reliably re-igniting the welding arc. SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, the present invention is solved by an AC consumable electrode arc welding apparatus having a welding transformer and a secondary winding of the welding transformer connected to the arc section and a pulse generator having a capacitor and a comprising a control stage, wherein the pulse generator is connected to the control electrode of the thyristor switch, the output of the neutral transducer is connected to the pulse generator, and the input and output of the pulse generator are parallel to the secondary winding of the welding transformer. According to the further development, in order to increase the welding quality by reliably re-igniting the arc, the apparatus comprises an additional pulse generator whose input is coupled in parallel with the commutator capacitor of the first pulse generator and its output is coupled to the secondary winding of the welding transducer.

A találmányt az alábbiakban a rajz segítségével ismertetjük részletesebben. Á rajzon azThe invention will now be described in more detail with reference to the drawing. In the drawing of

1. ábra a hegesztési ív áram- és feszültségviszonyait ábrázolja, a hegesztőáram nullátmenete pillanatában fellépő ívszakasz-rövidzárak esetén (ahol I_cp és U_cp a hegesztőáramot, illetve a hegesztőfeszültséget ábrázolja és 1*3 és U*3 a rövidzárási áramot, illetve feszültséget jelöli), aFig. 1 shows the current and voltage relations of the welding arc in the case of arc section short-circuits at the moment of zero transition of the welding current (where I _c p and U _c pa are the welding currents and ), a

2. ábrán a hegesztőtranszformátor és az ívstabilizátor áram- és feszültség alakjait mutatja a hegesztőáram nullátmenetének pillanatában a rövidzárak megszűnése esetén, aFigure 2 shows the current and voltage shapes of the welding transformer and the arc stabilizer at the instant of the zero current of the welding current when the short circuits are broken,

3. ábrán a találmány szerinti berendezés egy lehetséges kiviteli alakjának tömbvázlata látható, és a4. ábrán a találmány szerinti berendezés egy lehetséges kiviteli alakjának részletesebb kapcsolási vázlatát tüntettük fel.Figure 3 is a block diagram of an embodiment of the apparatus according to the invention; Figures 1 to 5 show a more detailed schematic diagram of an embodiment of the device according to the invention.

A javasolt váltakozóáramú fogyóelektródás ívhegesztő berendezés 1 hegesztőtranszformátort tartalmaz, amelynek 2 szekunder tekercse 3 ívszakaszhoz csatlakozik, továbbá két impulzusgenerátora van, melyek mindegyike részben olyan teljesítményfokozatból áll, amelyek a 3 ívszakaszra vannak párhuzamosan csatlakoztatva. Az első impulzusgenerátor sorbakapcsolt 4 tirisztoros kapcsolót, 5 töltőtápegységet és 6 kommutálókondenzátort és a 4 tirisztoros kapcsoló számára vezérlőfokozatot tartalmaz, míg a második impulzusgenerátornak 7 tirisztoros kapcsolója, 8 töltőtápegysége, 9 kommutáló kondenzátora, valamint a 7 tirisztoros kapcsoló számára vezérlőfokozata van. Az első 4 tirisztoros kapcsolóhoz tartozó vezérlőfokozat 10 nullátmenetérzékelőt tartalmaz, amelynek bemenete párhuzamosan kapcsolódik a 3 ívszakaszhoz, míg kimenete 11 impulzusformálóra csatlakozik, amely vezérlőimpulzusokat szolgáltat a 4 tirisztoros kapcsolónak. A 7 tirisztoros kapcsoló vezérlőfokozata hasonló módon 12 nullátmenetérzékelőt tartalmaz, amelynek bemenete párhuzamosan kapcsolódik az első impulzusgenerátor 6 kommutáló kondenzátorához, míg kimenete 13 impulzusformálóra kapcsolódik, amely a 7 tirisztoros kapcsoló számára állít elő vezérlőimpulzusokat.The proposed alternating current electrode arc welding apparatus comprises a welding transformer 1 having a secondary coil 2 connected to the arc section 3 and two pulse generators, each of which consists in part of a power stage which is connected in parallel to the arc section 3. The first pulse generator comprises a serially connected thyristor switch 4, a charging power supply 5 and a commutating capacitor 6 and a control stage for the thyristor switch 4, while the second pulse generator has a thyristor switch 7, a charging power supply 8, a commutating capacitor 9 and a thyristor switch 7. The control stage for the first thyristor switch 4 comprises a zero transition sensor 10 whose input is connected in parallel to the arc section 3 and its output is connected to a pulse generator 11 which supplies control pulses to the thyristor switch 4. Similarly, the control stage of the thyristor switch 7 includes a zero transition sensor 12 whose input is coupled in parallel to the commutator capacitor 6 of the first pulse generator, and its output is coupled to a pulse generator 13 which generates control pulses for the thyristor switch 7.

A bemutatott berendezés működése a következő:The operation of the equipment shown is as follows:

A hegesztőáram nullátmeneténél működésbe lép a 10 nullátmenetérzékelő, és a 11 impulzusformálón keresztül a 4 tirisztoros kapcsoló egyik tirisztora begyújt, miáltal az 5 töltőtápegységen keresztül a 6 kommutáló kondenzátor feltöltődik. A 6 kommutáló kondenzátor 2. ábrán látható U„i csúcsfeszültségű és Ui -csúcsáramú kisfeszültségű töltőimpulzusa áthalad a 3 ívszakaszon és megszünteti az ott fennálló rövidzárt, (az elektróda csúcsától a folyékony fémolvadékot elfujja). A 6 kommutáló kondenzátorban felhalmozódó feszültség hatására a 12 nullátmenetérzékelő működésbe lép és a 13 impulzusformálón keresztül begyújtja a 7 tirisztoros kapcsoló egyik tirisztorát, aminek hatására a 9 kommutáló kondenzátor a 8 töltőtápegységen és a 3 ívszakaszon keresztül feltöltődik, és az ív begyullad. A 9 kommutáló kondenzátor nagyfeszültségű töltőimpulzusát ugyancsak a 2. ábrán láthatjuk, az impulzus U_U2 csúcsfeszültségével és I_U2 csúcsáramával.At the zero transition of the welding current, the zero transition sensor 10 is actuated and one of the thyristor switches of the thyristor switch 4 lights up through the pulse generator 11, whereby the commutation capacitor 6 is charged through the charging power supply unit 5. The high voltage and low voltage charge pulse U1i of the commutator capacitor 6 shown in Fig. 2 passes through the arc section 3 and removes the short circuit therein (ejects the liquid metal melt from the tip of the electrode). The voltage accumulating in the commutator capacitor 6 activates the neutral transducer 12 and fires, through pulse generator 13, one of the thyristors of the thyristor switch 7, causing the commutator capacitor 9 to charge through the power supply unit 8 and arc one. 9. The commutation capacitor charge pulse high voltage is also shown in Figure 2, the pulse-peak voltage of 2 U _U I _U 2 and peak current.

-2HU 199723 A-2HU 199723 A

Mind váltakozóáramú, mind egyenáramú fogyóelektródás ív hegesztés során fémrészecskék jutnak, ill. rakódnak át egyik helyről a másikra a 3 ívszakaszon keresztül. A fémrészecskék átjutása vagy 3 ívszakaszon szabadon átrepülő fémcsepp formájában, a 3 ívszakasz rövidzárása nélkül, vagy pedig a 3 ívszakasz rövidrezárásával, az elektródáról a folyékony olvadékba történő átjutásával zajlik le. Kísérleteink azt mutatták, hogy váltakozóáramú hegesztés során a 3 ívszakasz rővidzárása a hegesztőáram nullátmenetének pillanatában a legvalószínűbb. Ez arra vezethető vissza, hogy a hegesztőáram nullátmenetének pillanatában a hegesztőáram átmenetével kapcsolatban álló, a megolvadt fémcseppre, valamint a folyékony fémolvadékra ható elektromágneses erők hatása megszűnik. A nehézségi erő hatására a fémcsöpp az elektróda tengelye mentén lefelé kúszik, és a korábban az ív hatására kinyomott folyékony fém kiegyenlítődik, és a megolvadt fémcsepphez közeledik. A 3 ívszakasz ilyen esetben akár rövidre is záródik, ha az elektróda végén kis méretű fémcsepp keletkezik, vagy ha egy ilyen kis fémcsepp egyáltalán nincs jelen, akkor a folyékony fémolvadék a hegesztőáram megszakadásával a folyékony fémolvadékba merített elektródáig felkúszik és az elektróda végével érintkezésbe lép. A hegesztés feltételeitől, az elektróda átmérőjétől és más tényezőktől függően, a 3 ívszakasz rövidzárási helyeinek száma a hegesztőáram nullátmenetének pillanatában egymástól erősen eltérhet. Ezek a rövidzárási helyek viszont a hegesztés folyamatában zavarokat okozhatnak, (különösen gépi hegesztésnél, a hegesztőhuzal gépi előtolása esetén), mert abban a pillanatban az 1 hegesztőtranszformátor nem szállít energiát és a rövidzárlat időben kitolódhat, míg az elektróda le nem olvadt vége bemerülhet a folyékony olvadékba, vagy pedig az olvadék aljának ütközhet. A legnagyobb rövidzárlati áramerősség elérése után az elektróda a folyékony fémolvadék jelentős fröcskölése mellett, gyakran a hegesztési ív leszakadásával kísérten leéghet, ami mindenképpen a hegesztési művelet kényszerű megszakadásához vezet.Both AC and DC consumable arc welding produce metal particles and / or metal particles. are transferred from one location to another through the 3 arc sections. The passage of the metal particles is either in the form of a free-flowing metal droplet over the arcuate section 3, without short-circuiting the arcuate section 3, or by passing the arcuate section 3 from the electrode to the liquid melt. Our experiments have shown that during short-circuit welding the short-circuit closure of the arc section 3 is most likely at the moment of the zero crossing of the welding current. This is due to the fact that at the moment of the zero current transition of the welding current the electromagnetic forces related to the transition of the welding current acting on the molten metal droplet and the liquid metal melt disappear. Under gravity, the metal droplet creeps down along the axis of the electrode, and the liquid metal previously pressed by the arc is leveled and approaches the molten metal droplet. In this case, the arc section 3 is even short-circuited, if a small droplet of metal is formed at the end of the electrode, or if such a small droplet of metal is not present at all, interrupting the welding current. Depending on the welding conditions, the diameter of the electrode and other factors, the number of short-circuit locations in the arc section 3 at the time of the zero current transition of the welding current may vary greatly. These short-circuits, in turn, can cause interruptions in the welding process (especially in machine welding, when the welding wire is fed automatically) because at that moment the welding transformer 1 does not supply energy and the short-circuit can be extended in time until the electrode melts to melt or it may collide with the bottom of the melt. Once the maximum short-circuit current has been reached, the electrode may burn, with considerable splashing of the liquid metal melt, often accompanied by the breaking of the welding arc, which in any case leads to a forced interruption of the welding operation.

A találmány szerinti váltakozóáramú fogyóelektródás ívhegesztő berendezésnél a hegesztőáram minden egyes félperiódusának kezdetekor a kisülési térben két különböző energiaimpulzus csoport (vagy két különböző energiaimpulzus) került bele, ahol a hegesztés körülményeitől, az elektróda átmérőtől, és más hegesztési paraméterektől függően minden egyes energiaimpulzus nagyságát és a keletkező hegesztőáram félhullámhoz viszonyított kezdeti fázisát úgy választjuk meg, hogy az első impulzuscsoport vagy az első impulzus (viszonylag kis, 50— 200 V feszültséggel, azonban viszonylag nagy 100—500 A árammal) szétrombolja azt a folyékony fémhidat, amely általában a kisülési teret, pontosabban a 3 ívszakaszt a hegesztőáram nullátmenete időpontjában áthidalja, míg a másik impulzuscsoport vagy a másik impulzus (viszonylag nagyobb 200 — 1000 V feszültséggel, azonban kisebb értékű 20—200 A árammal) az első impulzuscsoportot vagy impulzust követően megbízható, ismételt gyújtást biztosít.At the beginning of each half-cycle of the welding current, two different sets of energy pulses (or two different energy pulses) are included in the discharge space of the present invention, where each of the two energy pulses depends on the welding conditions, electrode diameter, and other welding parameters. the initial phase of the welding current relative to the half-wave is selected such that the first pulse group or the first pulse (relatively small at 50 to 200 V, but relatively high at 100 to 500 A) destroys the liquid metal bridge, which is generally the discharge space. 3 arc sections are bridged at the time of the zero current transition of the welding current, while the other pulse group or the other pulse (relatively higher at 200 - 1000 V but lower at 20-200 A) provides reliable, repeated ignition after a pulse group or pulse.

A 4. ábrán a találmány szerinti berendezés egy lehetséges részletesebb kapcsolási vízlata látható. Az 1 hegesztőtranszformátor, annak 2 szekunder tekercse a 3 ívszakasz, a 4, 7 tirisztoros kapcsolók, az 5, 8 töltőtápegységek, és a 6, 9 kommutáló kondenzátorok ugyanazok, mint amelyeket már a 3. ábra kapcsán ismertettünk. Az eltérés abban áll, hogy a 4. ábrán részletesebben megismerhetők a berendezés vezérlőfokozatai. Az első impulzusgenerátor vezérlőfokozatának 10 nullátmenetérzékelője a 3 ívszakasz feszültségét felügyeli, amely feszültség eltérő értékeket vehet fel, például üresjárásban a 3 ívszakasz feszültsége szinuszhullámú, míg a hegesztés során ez csaknem négyszögletes meandér alakra változik, és természetesen tartalmaz gyújtási impulzuscsúcsokat, rövidzárási szakaszokat és más, a hegesztés során létrejövő feszültségváltozast is. Ezért az első impulzusgenerátor 10 nullátmenetérzékelőjével szemben támasztott követelmények igen magasak. A hegesztés során a 10 nullátmenetérzékelőnek az ív áramára, üresjárásban pedig a 3 ívszakasz feszültségére kell reagálnia. Ezt a célt azáltal értük el, hogy az első 10 nullátmenetérzékelő bemenetére 14 áramváltót, valamint 15, 16, 17, 18 ellenállásokból álló feszültségosztót kötöttünk. Az ívfeszültség előjelétől függően felváltva 19, 20 tranzisztorok lépnek működésbe, és 21,22 kondenzátorokat 23, 24 transzformátorok primer tekercsein át kisütik, míg az említett 23, 24 transzformátorok szekunder tekercseiben olyan impulzusok keletkeznek, amelyeket a 4 tirisztoros kapcsoló tirisztorainak begyújtására használunk fel. Ezáltal lehetővé válik, hogy a 4 tirisztoros kapcsoló tirisztorainak bekapcsolása pillanatában a 6 kommutáló kondenzátor feltöltődjön, majd az ezt követő időben az 5 töltőtápegységből a 3 ívszakaszon át újratöltődjön és fgy a 3 ívszakaszban fennálló zárlatot megszüntessük. Ezen a módon az első impulzust a hegesztőáram (hegesztőfeszültség) polaritásának megváltozása pillanatában juttatjuk be a 3 ívszakaszba.Figure 4 shows a more detailed circuit diagram of a device according to the invention. The welding transformer 1, its secondary winding 2, the arc section 3, the thyristor switches 4, 7, the charging power supplies 5, 8, and the commutating capacitors 6, 9 are the same as those described above with reference to FIG. The difference is that Figure 4 provides a more detailed description of the control stages of the unit. The zero pulse detector 10 of the control pulse generator of the first pulse generator monitors the voltage of the arc section 3, which can take different values, for example, the also the voltage change during welding. Therefore, the requirements for the zero pulse detector 10 of the first pulse generator are very high. During welding, the zero passage sensor 10 must respond to the arc current and, in idle, to the arc section 3 voltage. This object was achieved by connecting a current transformer 14 and a voltage divider consisting of resistors 15, 16, 17, 18 to the input of the first zero crossing sensor 10. Depending on the sign of the arc voltage, transistors 19, 20 turn on and capacitors 21, 22 are discharged through the primary windings of transformers 23, 24, while the secondary windings of said transformers 23, 24 generate pulses which are used to ignite the thyristors of the thyristor switch. This makes it possible for the commutator capacitor 6 to charge at the moment of activating the thyristors of the thyristor switch 4, and then to be recharged from the charging power supply unit 5 through the arc section 3 and thus to eliminate the short circuit in the arc section 3. In this way, the first pulse is introduced into the arc section 3 at the moment when the polarity of the welding current (welding voltage) changes.

A 25 transzformátor primer tekercséből, 26 kondenzátorból és 27 ellenállásból felépített 12 nullátmenetérzékelő bemenete a 6 kommutáló kondenzátorral párhuzamosan van kapcsolva, ezáltal a 7 tirisztoros kapcsoló tirisztorait működtető vezérlőfokozat 12 nullátmenetérzékelőinek felépítése lényegesen leegyszerűsödött. A feszültség 6 kommutáló kondenzátoron történő megváltozása esetén a 25 transzformátorszekunder tekercseiben 3The input of the zero transducer 12, consisting of a primary winding, a capacitor 26 and a resistor 27 of the transformer 25, is coupled in parallel with the commutator capacitor 6, thereby substantially simplifying the design of the zero transducer sensors 12 of the control stage. In the case of a change in voltage across a commutator capacitor 6, the secondary windings 25 of the transformer 25

-3HU 199723 A, a 7 tirisztoros kapcsoló tirisztorainak gyújtására alkalmas impulzusok jönnek létre. Ily módon a 7 tirisztoros kapcsoló a 6 kommutáló kondenzátor újbóli feltöltődése után működésbe lép, azaz a 6 kommutáló kondenzátor a 3 ívszakaszon át történő feltöltődése közben előbb megszünteti a 3 ívszakaszban fennálló zárlatot, míg a 9 kommutáló kondenzátor újbóli feltöltődése során beérkező impulzus begyújtja az ívet.-3GB 199723 Pulses suitable for igniting the thyristors of the 7 thyristor switch are generated. In this way, the thyristor switch 7 is actuated after recharging of the commutator capacitor 6, i.e., when the commutator capacitor 6 is recharged through the arc section 3, it first removes the short circuit in the arc section 3 and the pulse incoming during the recharging of the commutator capacitor 9.

A találmány szerinti váltakozóáramú fogyóelektródás ívhegesztő berendezést laboratóriumi körülmények között, laboratóriumi modellen próbáltuk ki. A berendezés gazdasági hatását a hegesztés minőségének jelentős javulása mutatja, mivel magától adódik az a lehetőség is, hogy Fe-fémeket tartalmazó acélokat fogyóelektródával, gépesítve hegeszszünk, mert az ív újragyújtását a találmány szerinti berendezés megbízhatóan biztosítja.The AC consumable arc welding apparatus of the present invention was tested under laboratory conditions on a laboratory model. The economic effect of the apparatus is demonstrated by the significant improvement in welding quality, as it is inherent in the possibility of welding Fe-containing steels with a consumable electrode, because the arc of the invention is reliably re-ignited.

Claims

Patent Claim Point

AC consuming electrode arc welding apparatus, with a welding transformer6 having a secondary winding connected to the arc section, and a pulse generator having an output stage comprising an in-line charger5, a commutating capacitor and a thyristor switch, stands

10 and the input and output of the pulse generator are connected in parallel with the secondary winding of the welding transformer, characterized in that the welding quality is reliably re-ignited by the welding arc.

15, the input device is connected in parallel with the commutating capacitor (6) of the first pulse generator and its output is connected in parallel with the secondary winding (2) of the welding transformer (1).