NO119203B - - Google Patents

Description

Anordning for tilførsel av likestrøm til en lysbue.

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for tilførsel

av likestrøm til en lysbue, der strømmen er frembrakt ved like-

retting av en vekselstrøm.

Strømmen har her en periodisk, sammenhengende bølgeform.

I metallindustrien,og i særdeleshet i sveiseindustrien,

søkes det stadig etter nye veier for å forbedre eksisterende frem-gangsmåter til metallbearbeiding, og det forhold at det stadig ut-

vikles og anvendes nye legeringer skaper nye problemer for sveiseindustrien. Det har vist seg at sveiseapparatet spiller en meget betydelig rolle for en tilfredsstillende løsning av sveiseteknikken.

Som en følge av dette blir gjerne sveiseapparatene tilpasset spesielle problemer, noe som fører til at de blir mer og mer kostbare og kompli-serte .

Med strømtilførselsanordninger utført spesielt for lysbue-prosesser der det anvendes elektroder som forbrukes, kan man ha forskjellige måter å overføre metallet på, samtidig med at det kan oppnås en regulering av sveisesmelten innenfor hver overføringsmåte. Det er ønskelig at slike .tilførselsanordninger skal være enkle og billige å konstruere og allikevel være slik at man får en nøyaktig kontroll med energitilførselen til sveisesmelten.

De hittil benyttede anordninger har fortrinsvis vært av flerfasetransformator-likerettertypen eller av toveis likerettet filtrert enfasetypen med rippelfrekvens lik et multiplum av den til-førte vekselstrøm.

Halvbølgelikeretting er bare i sjeldne tilfelle blitt an-vendt for elektrisk lysbuebearbeiding fordi man antok at dette ville frembringe uønskede rippelstrømmer som ville føre til en ustabil bue. Omkostningene ved å glatte ut de uønskede ripler, særlig ved de høye strømstyrker som brukes for sveising, ble antatt å være meget høy,

og det har av den grunn vært foretrukket å benytte toveislikeretting av enfasestrøm eller flerfasestrøm. Rippelfrekvensen av en slik toveislikeretting er nf, hvor n er antallet av likerettingsanoder (faser) på 2, 3 eller 4 etc. og f er frekvensen på den tilførte veksel-strøm. Man skal her merke seg at ved toveislikeretting blir rippelfrekvensen alltid større enn frekvensen for den tilførte strøm. Ved videre å utnytte både de negative og positive deler av bølgen til frembringelse av likerettet strøm vil de på hverandre følgende pulser-inger følge hverandre uten avbrytelse med det resultat at lysbue-varme kontinuerlig tilføres sveisesmelten.

I nylig utviklet sveiseutstyr som avgir en bølget like-strøm, blir en kilde for likerettet halvbølgestrøm koplet til sveise-lysbuen over en krets som omfatter en parallellgren med en kondensator som den eneste komponent og en seriegren med en regulerbar induktans anordnet slik at det magnetfelt som settes opp av lysbuen samvirker med magnetfeltet for en hovedinduktans innkoplet i lysbuekretsen foran halvbølgelikeretteren som er innbefattet i strømkilden,for derved å forandre den statiske volt-ampere-karakteristikk for sveisekretsen. Med en slik anordning vil størrelsen og formen på strømriplene nød-vendi<g>vis avhenge av den midlere strøm gjennom lysbuen,og den form strømmens halvbølge vil få, blant annet på grunn av utladning av den parallellkoplede kondensator,vil i det vesentlig være fastlagt.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en anordning for tilførsel av strøm til en sveiselysbue, der bølgeformen for en kontinuerlig svingende strøm som frembringes ved hjelp av halvbølgelikeretting, kan reguleres for best mulig lysbue-drift og varmeoverføring til sveisesmelten uansett overføringsmåte for metallet og omtrent uten å endre sveisekretsens volt-ampere-karakteristikk.

Oppfinnelsen angår således en anordning for tilførsel av likestrøm til en lysbue som er dannet mellom en sveiseelektrode og et arbeidsstykke, omfattende en kilde for halvbølgelikerettet veksel-strøm tilkoplet sveiseelektroden og arbeidsstykket gjennom en krets som omfatter en variabel induktans i sin seriegren, og en kondensator i sin parallellgren koplet mellom kilden for halvbølgelikerettet strøm og den variable induktans, hvilken kondensator er beregnet på fortsatt å opprettholde lysbuestrømmen i de perioder som ligger mellom på hverandre følgende halvbølger av den likerettede strøm,

og den er i det vesentlige kjennetegnet ved at den variable induktans er regulerbar fra null til en maksimumverdi på 1000 microhenry, fortrinsvis fra 100 til en maksimumverdi på 600 microhenry, at kondensatoren (C) har en verdi på fra 20.000 til 200.000 microfarad, og at parallellgrenen i kretsen innbefatter en variabel motstand i serie med kondensatoren, hvilken motstand er regulerbar fra null til et maksimum på 0,2 ohm.

Enfasevekselstrøm kan også tilføres fra en transformator som er koplet til forbrukslinjene eller av en vekselstrømsgenerator som drives av en motor. Likerettingen kan tilveiebringes ved kommu-tering av den genererte vekselstrøm.

Som vist på fig. 2 omfatter en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen en transformator 1 som er tilknyttet et enfase-vekselstrøminntak som kan ha en spenning på 46O volt og en frekvens på 60 perioder. Transformatorens sekundærside 3 kan innstilles på

en tomgangsspenning som fortrinsvis har en amplitudeverdi på 20-60 volt. En likeretter 7 er seriekoplet med sekundærsiden 3« Like-retteren kan være en halvbølgelikeretter eller en tilsvarende komponent, og f.eks. kan det benyttes en styrt silisiumlikeretter. Det er dog å foretrekke at det benyttes en silisiumdiode.

Mellom denne kilde til halvbølgelikerettet strøm og lysbuen som dannes mellom elektroden E og arbeidsstykket er det koplet en krets omfattende en regulerbar induktans L i seriegrenen og en kondensator C i serie med en variabel motstand R i parallellgrenen. Induktansen L bør kunne varieres fra 0 til omtrent 1000 microhenry,

og det foretrukne område er fra 100 til 600 microhenry. Elektroden kan være av den type som forbrukes eller en inert elektrode. I den følgende beskrivelse skal det forutsettes at elektroden er av den type som forbrukes. Den regulerbare motstand R regulerer ladnings- og utladningshastigheten av kondensatoren C. Verdien på R er i denne ut-førelsesform fra 0 til omtrent 0,2 ohm. Kondensatoren C kan ha en verdi på 20.000 til 200.000 microfarad.

Det er uventet oppdaget at anordningen i henhold til oppfinnelsen, selv om den er enkel og billig, tilveiebringer en stabil lysbue som egner seg vel for sveising, og at apparatet kan utnyttes på mange forskjellige måter. Apparatet i henhold til oppfinnelsen innstilles fortrinsvis ved å regulere tomgangsspenningen, induktansen L og/eller motstanden R for således å tilveiebringe en lysbue som er velegnet for bruk i forbindelse med en forbrukbar elektrode, slik at det kan oppnås forskjellige måter å overføre metallet på. Hvis ønskelig er det også mulig å regulere kondensatoren.

Det kan f.eks. foretas reguleringer slik at det oppnås en spredningsoverføring som er kjennetegnet ved at en strøm av små smeltede dråper skyter aksielt ut fra enden av den forbrukbare elektroden til arbeidsstykket.

Ved innstilling av spenning, induktans og motstand kan

det også oppnås kortsluttet metalloverføring. Kortsluttet metallover-føring er kjennetegnet ved at metallet overføres fra den forbrukbare elektrode til sveisesmelten under de perioder hvor elektroden er kortsluttet til arbeidsstykke^.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen kan videre innstilles slik at det oppnås spredningsoverføring med lav, midlere strøm. Spredningsoverføring med lav, midlere strøm har tidligere blitt foretatt ved å overlagre en bærestrøm med adskilte pulser. Den på fig. 1 viste kurve som er betegnet "tidligere kjent" viser en typisk bølgeform i henhold til den tidligere kjente fremgangsmåte med adskilte pulser. Det skal gjøres oppmerksom på at denne bølgeformen eller pulsen strekker seg fra X til X og X' med et tidsintervall Z mellom pulsene. I tydelig kontrast til dette frembringer det enkle apparat i henhold til oppfinnelsen bølger som kan varieres i form slik som vist med kurvene 2-8, og som er sammenhengende med hverandre. Som f.eks. vist med kurve 2 strekker en bølge seg fra Y til Y uten noe tidsintervall mellom bølgene. Ved å regulere på induktansen L og/eller motstanden R kan det oppnås bølger som har form som vist med kurvene 4, 6 og 8. Ved å variere bølgeformen oppnås det en innstilling av den hastighet hvormed strømmen forandrer seg og dermed også kontroll med varmetilførselen til arbeidsstykket, og den evne sveisesmelten har til å flyte utover.

Fordi kurvene 2-8 er uten diskontinuiteter, .hvilket ikke er tilfellet for den tidligere kjente kurve, se punkt 13»oppnås det en jevnere lysbue som muliggjør bedre regulering av sveisesmelten. Den jevne lysbue gir også andre fordeler, og som eksempel kan det nevnes at det oppnås bedre skjerming.

Når apparatet skal benyttes, blir først tomgangsspenningen innstilt ved hjelp av spenningsregulatoren 5«Deretter innstilles induktansen L til en stilling som bestemmes empirisk og som passer best for den enkelte sveiser. Det skal gjøres oppmerksom på at også motstanden R kan være regulerbar og at både motstanden og induktansen kan reguleres. En lysbue opprettes mellom elektroden og arbeidsstykket og bearbeidingen starter. Apparatet kan også reguleres under drift og derved på best mulig måte tilpasses for den enkelte sveiser. Hvis f.eks. sveiseren ønsker en mer flytende sveisesmelte, kan motstanden reduseres eller induktansen økes inntil det f.eks. oppnås en bølge-form som indikert med kurve 8. Hvis på den annen side sveiseren ønsker en kaldere eller mindre flytende sveisesmelte, kan motstanden økes eller induktansen minskes inntil det f.eks. oppnås en bølgeform som indikert med kurve 2. Det fremgår således at sveisesmeltens flytbar-het lett kan reguleres ved å regulere på bølgeformen.

Under sveising med en forbrukbar elektrode og med apparat

i henhold til oppfinnelsen, har det i enkelte tilfelle vist seg formålstjenlig å starte lysbuen med sterkere strøm enn hva som er nød-vendig for sveisingen. Blant fagfolk betegnes dette gjerne som "varmstart". Ved bruk av apparatet i henhold til oppfinnelsen er det mulig å oppnå den såkalte "varmstart" ved å kortslutte motstanden. Når motstanden er kortsluttet, økes kondensatorens ladnings- og utladnings-hastighet. Dette muliggjør at kondensatoren kan levere en sterkere strøm, hvilket er fordelaktig under start.

Det er også mulig å sveise med motstanden permanent kortsluttet. Hvis induktansen i et slikt tilfelle varieres mellom et minimum og et maksimum vil dette frembringe en variabel rippel-amplitude for sprutsveising.

Det skal i det følgende gis en beskrivelse av et praktisk eksempel som er utført med apparatet i henhold til oppfinnelsen.

Forsøket ble utført med et apparat som var koplet i henhold til fig. 2. Enfasetransformatoren blir tilknyttet et inntak på 46O volt og frekvens 60 Hz. En elektrisk brenner med en forbrukbar elektrode ble seriekoplet mellom den på fig. 2 viste krets og en 3,2 mm tykk aluminiumplate. 28,32 dm^ argongass ble ført gjennom brenneren pr. time. Elektroden var koplet til kretsens positive side, mens arbeidsstykket var koplet til den negative side. Tråden var av aluminium og hadde en diameter på 1,59 rm'Avstanden til arbeidsstykket var mellom 16 og 19 mm. Trådens matningshastighet ble satt til 2,67 m pr. min. som var samsvarende med en midlere strøm på ca. 100 ampere. Fra transformatoren ble apparatkretsen påtrykt en tomgangsspenning på ca. 18,5 volt som ga en buelengde på ca. 3»2 - 4»7mm'Motstanden R ble innstilt på 0,1 ohm, kondensatoren C på 0,1 farad

og induktansen L på ca. " J00 microhenry. Den således fremstilte sveisen var tilfredsstillende på alle måter.

Det har vist seg at apparatet i henhold til oppfinnelsen

er anvendelig når den midlere, kontinuerlige rippel-likestrømmen som tilføres buen er i overensstemmelse med den forbrukbare elektrodes matningshastighet, slik at det for hver rippel brukes en lengde av den forbrukbare elektrode, hvilken lengde i volum er ekvivalent til en dråpe av det smeltede metall hvis diameter er fra 2/3' til 4/3' av tråddiameteren. I dette eksempel var diameteren på dråpen omtrent lik 1,4 mm, hvilket er ekvivalent til omtrent 0,9 ganger trådens diameter.

Forholdet mellom elektrodens matningshastighet og den midlere, kontinuerlige rippelstrøm som tilføres buen, kan oppnås på mange måter. Transformatorens tomgangsspenning kan f.eks. reguleres for derved å regulere vekselstrømmen som tilføres kretsen. Ved å regulere verdiene på induktansen og/eller motstanden oppnås det regulering av den kontinuerlige rippel-likestrømmen. Alternativt kan både tomgangsspenningen og induktansen reguleres for å oppnå det ønskede forhold.

I et annet eksempel ble en brenner med en tungstenelektrode koplet i serie mellom en 3»2 mm tykk rustfri stålplate og apparatet som hovedsakelig var som vist på fig. 2. I dette tilfelle viste det seg dog formålstjenlig å kople inn en motstand på 0,08 ohm i serie med induktansen L. Hensikten med denne motstand var å begrense kort-slutningsstrømmen som oppsto når tungstenelektroden ble skrapet mot arbeidsstykket under starten. Elektroden var en tungsten-toriumtråd med en diameter på 2,38 mm og var koplet inn på apparatets negative side. Det ble benyttet argongass for avskjerming. Det ble laget en manuell sveis med en midlere, kontinuerlig rippel-likestrøm på ca. 110 ampere med en spenning på ca. 11 volt. Motstanden, kondensatoren og induktansen ble innstilt på samme verdier som i det tidligere omtalte eksempel.

Claims (2)

1. Anordning for tilførsel av likestrøm til en lysbue som er dannet mellom en sveiseelektrode og et arbeidsstykke, omfattende en kilde for halvbølgelikerettet vekselstrøm tilkoplet sveiseelektroden og arbeidsstykket gjennom en krets som omfatter en variabel induktans i sin seriegren og en kondensator i sin parallellgren koplet mellom kilden for halvbølgelikerettet strøm og den variable induktans, hvilken kondensator er beregnet på fortsatt å opprettholde lysbuestrømmen i de perioder som ligger mellom på hverandre følgende halvbølger av den likerettede strøm, karakterisert v e d at den variable induktans (L) er regulerbar fra null til en maksimumverdi på 1000 microhenry, fortrinsvis fra 100 til en maksimumverdi på 600 mikrohenry, at kondensatoren (C) har en verdi på fra 20.000 til 200.000 mikrofarad, og at parallellgrenen i kretsen (P) innbefatter en variabel motstand (R) i serie med kondensatoren, hvilken motstand er regulerbar fra null til et maksimum på 0,2 ohm.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert v e d at en kortslutningsbryter er koplet over motstanden (R).