PL187811B1 - Sposób i układ do spawania łukiem elektrycznym - Google Patents

Abstract

1. Sposób spawania lukiem elektrycznym, a zwlaszcza zajarzenia luku elektrycznego podczas manualnego spawania metoda TIG, znamienny tym, ze elektrode (13) ustawia sie w styku z przedmiotem obrabianym (14) w czasie, gdy konwerter (5) wartosci ustawionej pradu znajduje sie w pozycji odpowiadaja- cej wartosci pradu, przy której nastepuje zajarzenie, po czym unosi sie uchwyt elektrody do momentu uzyska- nia luku elektrycznego o wystarczajacej dlugosci, a nastepnie przechodzi sie do pradu spawania przez uruchomienie stycznika (11). 5. Uklad do spawania lukiem elektrycznym podczas manualnego spawania metoda TIG, zawie- rajacy uchwyt elektrody, stycznik oraz konwerter wartosci ustawionej pradu, znamienny tym, ze zespól samoregulacji stycznika (11) polaczony jest z konwerterem (5), który ma przynajmniej dwa dyskretne poziomy wartosci ustawienia pradu, przy czym jeden z poziomów odpowiada minimalnej wartosci pradu do zajarzenia luku elektrycznego pomiedzy elektroda a elementem obrabianym, a drugi poziom odpowiada zadanej wartosci pradu spawania. Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do spawania łukiem elektrycznym stosowane podczas ręcznego spawania z wykorzystaniem metody TIG (spawania elektrodą wolframową w osłonie gazu oboj ętnego). ‘

Podczas spawania metodą TIG, istnieją zasadnicze trzy różne sposoby wytwarzania łuku elektrycznego.

Bezkontaktowe zajarzenie łuku przy pomocy gazu ochronnego, który został zjonizowany wysokim napięciem o wysokiej częstotliwości. Ten sposób jest nazywany zajarzeniem HF i jest regularnie wykorzystywany podczas spawania wysokiej jakości, tam gdzie ważne jest, aby w spoinie nie występowały wtrącenia materiału z jakiego wykonana jest elektroda. Sposób ten zapewnia dobry start, ale posiada także wady, takie jak wysokie koszty i często bardzo szkodliwe promieniowanie.

187 811

Oznacza to, iż sposób ten nie może być wykorzystany w środowiskach wrażliwych na zakłócenia elektryczne.

Zajarzenie stykowe według sposobu zapłonu LIFTARCO® polega na tym, że elektroda styka się z przedmiotem obrabianym. Następnie naciskany zostaje stycznik uchwytu elektrody i ze źródła prądu elektrycznego płynie niewielki prąd aż do chwili podniesienia uchwytu elektrody, po czym możliwe jest wykrycie napięcia łuku elektrycznego. Następnie wartość płynącego prądu jest podnoszona automatycznie do wartości umożliwiającej prowadzenie procesu spawania. Celem dla jakiego wprowadzono niski prąd startowy jest zmniejszenie wtrącenia materiału elektrody w wytwarzanej spoinie. Sposób daje dobre rezultaty, gdy proces spawania odbywa się w wanmkach stabilnych, to jest z dobrze dociśniętym przedmiotem obrabianym oraz stałym pozycjonowaniem realizowanym przez spawacza. Jeśli oba te warunki nie są spełnione, bardzo łatwo w sposób niezamierzony spowodować zanurzenie elektrody spawalniczej bezpośrednio po zajarzeniu łuku elektrycznego. Ponieważ prąd został zwiększony i powstaje jeziorko metalu, elektroda przywrze lub przyklei się trwale do roztopionego materiału, który gwałtownie stężeje zaraz po wygaśnięciu łuku elektrycznego. Prowadzi to do w pracy, ponieważ elektroda musi zostać oszlifowana. Jakość spawania metodą TIG jest w dużym stopniu uzależniona od zastosowania elektrody prawidłowo oszlifowanej z zachowaniem odpowiedniego kąta na jej krańcu roboczym.

W przeciwnym wypadku stabilność łuku elektrycznego jest negatywnie zakłócona, jak również jego zdolność do penetracji szwu. Sposób zapłonu LIFTARCO® ponadto wymaga skomplikowanego układu elektronicznego, umieszczonego wewnątrz spawarki, ponieważ należy prowadzić pomiar napięcia łuku elektrycznego.

Ma to szczególne znaczenie, gdy część sterująca źródła prądowego znajduje się po stronie pierwotnej falownika źródła prądowego. W tym przypadku musi zostać wprowadzona izolacja galwaniczna analogowego napięcia łuku elektrycznego przed jego wykorzystaniem w części sterującej.

Alternatywnie, można zbudować podwójny układ elektroniczny o dwóch napięciowych źródłach zasilania. To sprawią iż takie źródła prądowe są droższe.

Ostatecznie, istnieje trzeci i najłatwiejszy sposób zajarzenia - zajarzenie cierne. Sposób obejmuje spawarkę, której elektroda delikatnie uderza lub styka się z przedmiotem obrabianym podczas, gdy źródło prądowe pracuje pełną mocą dając pełen prąd spawania. Ten sposób spawania wymaga ogromnych umiejętności, i w każdym przypadku występuje ogromne zużycie elektrody, co w konsekwencji powoduje częste szlifowanie.

Oczywiście ten sposób daje największą liczbę wtrąceń materiału elektrody w spoinie. Zaletą tego sposobu jest fakt, iż nie wymaga on zastosowania jakiegokolwiek dodatkowego wyposażenia w samej spawarce. Wymagany jest tylko palnik TIG wraz z zaworem gazowym w celu wykorzystania konwencjonalnego urządzenia MM A, zasadniczo wykorzystywanego przy spawaniu elektrodami powlekanymi, jako źródła zasilania podczas spawania metodą TIG Przy zastosowaniu takiego połączenia problemem jest udar startowy, który wytwarza urządzenie MMA. Przy każdym starcie, prąd jest zwiększany w odniesieniu od nastaw na 200-700 milisekund. Jest to ważne w celu szybkiego utworzenia jeziorka metalu tak, aby elektroda powlekana nie przylegała trwale. Przynajmniej dla większych prądów, amplituda udaru startowego jest bezpośrednio uzależniona od nastawy prądu spawania.

W przypadku spawania metodą TIG i zajarzenia ciernego może to łatwo doprowadzić do przeciążenia elektrody. Ponadto jeziorko metalu utworzone zostaje bardzo szybko co, w przypadku zanurzenia elektrody spowodowanego wstrząsem podczas rozpoczynania spawania, często prowadzi do przyklejenia się elektrody, co z kolei prowadzi do ponownego szlifowania i starty wydajności pracy. Kolejny problem związany z zastosowaniem tego sposobu występuje podczas przerwania łuku elektrycznego. Odbywa to się przez odsunięcie uchwytu elektrody od elementu obrabianego na odległość wystarczającą do wygaśnięcia łuku. Podczas spawania z wykorzystaniem wysokich prądów, stanowi to problem, ponieważ w tych przypadkach długość łuku elektrycznego może przekroczyć znacznie 50 mm zanim ulegnie on przerwaniu.

187 811

Celem niniejszego wynalazku jest wprowadzenie sposobu i układu umożliwiającego stykowe zajarzenie łuku elektrycznego w metodzie TIG, które stanowi rozwiązanie powyższych problemów nie posiadając jednocześnie wad znanych ze stanu techniki.

Sposób spawania łukiem elektrycznym, a zwłaszcza sposób zajarzenia łuku elektrycznego podczas manualnego spawania metodą TIG według wynalazku charakteryzuje się tym, że elektrodę ustawia się w styku z przedmiotem obrabianym w czasie, gdy konwerter wartości ustawionej prądu znajduje się w pozycji odpowiadającej wartości prądu, przy której następuje zajarzenie, po czym unosi się uchwyt elektrody do momentu uzyskania łuku elektrycznego 0 wystarczającej długości a następnie przechodzi się do prądu spawania przez uruchomienie stycznika, przy czym stycznik uruchamia się poprzez przyciskanie lub zwalnianie albo alternatywnie, zwalnianie lub przyciskanie przycisku stanowiącego część stycznika.

Ponadto, sposób spawania łukiem elektrycznym, a zwłaszcza sposób przenoszenia uchwytu elektrody z jednego szwu spawalniczego na inny szew spawalniczy w obrębie tego samego przedmiotu obrabianego podczas ręcznego spawania metodą TIG według wynalazku charakteryzuje się tym, że przenoszenia uchwytu elektrody dokonuje się w czasie, gdy łuk elektryczny jarzy się przy prądzie zapłonu a przez uruchomienie stycznika na początku nowego szwu spawalniczego prąd przełącza się do wartości prądu spawania, przy czym stycznik uruchamia się poprzez przyciskanie lub zwalnianie albo alternatywnie, zwalnianie lub przyciskanie przycisku, przy czym przycisk stanowi część stycznika.

Układ do spawania łukiem elektrycznym podczas manualnego spawania metodą TIG, zawierający uchwyt elektrody, stycznik oraz konwerter wartości ustawionej prądu według wynalazku charakteryzuje się tym, że zespół samoregulacji stycznika połączony jest z konwerterem, który ma przynajmniej dwa dyskretne poziomy wartości ustawienia, przy czym jeden z poziomów odpowiada minimalnemu prądowi do ustanowienia łuku elektrycznego pomiędzy elektrodą a elementem obrabianym, a drugi poziom odpowiada żądanej wartości prądu spawania.

Niższy poziom ustawionej wartości prądu odpowiada prądom łuku elektrycznego zawierającym się pomiędzy 8 a 40A a korzystnie 10 - 30A.

Układ współpracując z częścią sterującą oraz częścią zasilającą źródła prądu spawania w okresie krótszym niż 1 sekunda, korzystnie 200 - 700 milisekund, generuje prądowy udar startowy łuku elektrycznego wynoszący 120 - 250% korzystnie 130 - 180% prądu zapłonu.

Stycznik jest przyciskiem umieszczonym na lub w bezpośredniej bliskości uchwytu elektrody.

Według niniejszego wynalazku, przycisk umieszczono na uchwycie elektrody. Przycisk jest przełączany manualnie pomiędzy pozycjami oznaczającymi niski prąd zajarzenia i nastawiony prąd spawania. Tak więc elektroda jest utrzymywana w kontakcie z elementem obrabianym w chwili, gdy płynie prąd o niskiej wartości nie powodujący zniszczenia elektrody. Czas kontaktu nie jest w żadnym przypadku krytyczny. Po uniesieniu uchwytu elektrody i zajarzeniu łuku elektrycznego przy niskim prądzie, łuk jest stabilny w odniesieniu do dużych zmian jego długości. 10 mm nie powoduje żadnych problemów.

Tak długo, jak płynący prąd ma niską wartość, materiał bazowy nie jest topiony, jeśli grubość materiału przekracza 0,7 mm, a więc palnik może zostać przesunięty na miejsce pracy bez pozostawienia niszczących materiał śladów. Tylko wtedy, gdy elektroda znajduje się we właściwym położeniu startowym oraz wtedy, gdy spawacz uważa to za odpowiednie, wtedy naciska on przycisk stycznika na uchwycie elektrody. Wtedy prąd rośnie do zadanej wartości prądu spawania. Sposób eliminuje krytyczny moment, w którym łuk elektryczny właśnie został zajarzony i zaczyna tworzyć się jeziorko metalu podczas, gdy elektroda ciągle znajduje się w bezpośredniej bliskości miejsca pracy.

Wynalazek daje także znaczące korzyści podczas całego procesu spawania. Przez zwolnienie przycisku stycznika na uchwycie elektrody, a przez to przejście do prądu zajarzenia niskiej wartości, spawacz może kompensować nadmiar ciepła, na przykład wynikający ze zmieniających się parametrów szczeliny, bez przerywania łuku i jego ponownego zajarzenia. Można tę technikę wykorzystać w przypadku przejścia pomiędzy różnymi szwami, jak również na końcu szwu, w celu zredukowania ilości dostarczanego ciepła, a przez to zmniejszenia

187 811 rozmiarów jeziorka metalu w celu zmniejszenia ryzyka powstania krateru krańcowego powstającego przy zakończeniu spawania. Przy wykorzystaniu konwencjonalnego źródła prądu MMA, konieczne jest wprowadzenie niezbędnego urządzenia zewnętrznego, umożliwiającego takie sterowanie. W przypadku spawania metodą TIG z materiałem wypełniającym, spawacz ma obie ręce zajęte, a więc nie ma możliwości manualnego obsługiwania urządzenia zewnętrznego. W tym połączeniu wynalazek w oczywisty sposób umożliwia łatwiejszą obsługę.

Osłona elektrody może zostać w sposób znaczący zredukowana z jednej strony w wyniku pewniejszego startu procesu spawania, podczas którego znacznie zredukowano ryzyko zanurzenia elektrody, oraz z drugiej strony w wyniku możliwej do uniknięcia konieczności przerywania łuku podczas spawania, zarówno podczas prowadzenia szwu w jednym i tym samym ściegu jak również pomiędzy różnego rodzaju ściegami znajdującymi się w obrębie jednego elementu obrabianego.

Kolejną zaletą jest fakt, iż możliwe jest poprawienie penetracji przy wykorzystaniu spawania o większych prądach spawania niż te, zalecane w przypadku spawania ciągłego, ponieważ łatwo jest zmniejszyć dostarczane ciepło przez zwolnienie przycisku.

Na końcu procesu spawania, łuk jest oczywiście przerywany z poziomu niskiego prądu, co eliminuje bardzo długie łuki związane z zajarzaniem ciernym.

Urządzenie nie wymaga żądnej dodatkowej elektroniki - nie wymaga stosowania skomplikowanych do wykonania separacji galwanicznych sygnałów analogowych w sytuacji, gdy elektroniczne obwody sterujące znajdują się po pierwotnej stronie falownika urządzenia. Co wprowadza korzystne cechy kosztowe w porównaniu do sposobu LIFTARCO®.

W porównaniu do sposobu zajarzania HF, wynalazek oprócz zalet osiąganych za pomocą dużych nakładów, posiada kolejne zalety wynikające z faktu braku emisji szkodliwego promieniowania, co oznacza, iż może być wykorzystany w środowiskach, w których urządzenia zajarzaniem HF zastosowane być nie mogą.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie układ do spawania lukiem elektrycznym według wynalazku, fig. 2a - przebiegi napięć, a fig. 2b przebieg prądów pomiędzy przewodem spawalniczym, a przewodem zwrotnym podczas zajarzania z pokazanymi dwoma różnego rodzaju udarami startowymi według wynalazku, a fig. 3 - typowy cykl spawania wraz z zajarzaniem udarem startowym, spawaniem oraz impulsami mającymi za zadanie osiągnięcie chłodniejszego materiału roztopionego według wynalazku, przy czym fig. 3a - stan załączony - wyłączony stycznika uchwytu elektrody, fig. 3b -napięcie pomiędzy przewodem spawalniczym i zwrotnym przewodem w funkcji czasu, a fig. 3c - prąd w przewodzie spawalniczym.

W odniesieniu do rysunków opisane zostaną poniżej przykłady wykonania wynalazku.

Źródło prądu spawania 1 zawiera część sterującą 3 oraz część zasilającą 2 podającą prąd do uchwytu elektrody 12 wyposażonego w elektrodę 13 poprzez przewód spawalniczy 16. Łuk elektryczny jarzy się pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym 14, z którego przewód zwrotny 15 przewodzi prąd z powrotem do części zasilającej źródła prądu. Konwerter 5 wartości zadanej prądu zawiera przynajmniej dwa regulatory 8, 9 wartości zadanych prądu oraz element wybierający 6, który jest kontrolowany przez stycznik 11 uchwytu elektrody 12, który znajduje się korzystnie w pobliżu uchwytu elektrody 12.

Sposób zajarzenia łuku elektrycznego podczas manualnego spawania metodą TIG polega na tym, że elektrodę 13 ustawia się w styku z przedmiotem obrabianym 14 w czasie gdy konwerter 5 wartości ustawionej prądu znajduje się w pozycji odpowiadającej wartości prądu, przy której następuje zajarzenie, po czym unosi się uchwyt elektrody do momentu uzyskania łuku elektrycznego o wystarczającej długości, a następnie przechodzi się do prądu spawania przez uruchomienie stycznika 11, który uruchamia się przez przyciskanie lub zwalnianie przycisku, przy czym przycisk jest częścią stycznika.

Natomiast sposób przenoszenia uchwytu elektrody z jednego szwu spawalniczego na inny szew spawalniczy w obrębie tego samego przedmiotu obrabianego podczas ręcznego spawania metodą TIG polega na tym, że przenoszenie uchwytu elektrody dokonuje się w czasie, gdy łuk elektryczny jarzy się przy prądzie zajarzania, a przez uruchomienie stycznika 11 na początku nowego szwu spawalniczego prąd przełącza się do wartości prądu spawa6

187 811 nia. W tym przypadku stycznik uruchamia się tak samo jak w sposobie zajarzenia łuku elektrycznego.

Giętki przewód spawalniczy 10 oraz wejście 4 wartości zadanej prądu oraz inne jednostki są przedstawione na fig. 1.

Figura 2 przedstawia napięcie U2 pomiędzy przewodem spawalniczym a przewodem zwrotnym 15 oraz prąd I2 płynący w tych przewodach w funkcjach czasu podczas procedury rozpoczynania procesu spawania. Krzywa 110 na fig. 2b wskazuje ogromny udar prądu startowego, który często występuje w urządzeniach MMA. Krzywa 100 pokazuje bardziej korzystny udar startowy zapłonu łuku TIG.

Część sterująca 3 jest przystosowana do sterowania częścią zasilającą z prądem udaru wynoszącym 120-250% nastawionej wartości prądu spawania, korzystnie 130-180%.

Na fig. 3 napięcie i prąd są przedstawione tak jak na fig. 2, po lewej stronie przedstawiono fazę startową, po prawej stronie przedstawiono w jaki sposób przebiegi te mogą wyglądać podczas spawania ciągłego oraz pod koniec procesu spawania, gdy wykorzystywane są możliwości jakie daje wynalazek, polegające na sterowaniu dostarczaniem ciepła przez pulsacyjne wykorzystanie stycznika uchwytu elektrody. Fig. 3a przedstawia stan załączonywyłączony stycznika uchwytu elektrody. Fig. 3b przedstawia napięcie pomiędzy przewodem spawalniczym i przewodem zwrotnym w funkcji czasu. Położenie uchwytu elektrody w odniesieniu do przedmiotu obrabianego w różnych okresach czasu oznaczone zostały poniżej fig. 3. Fig. 3c przedstawia prąd w przewodzie spawalniczym. Oś czasu została wyskalowana w działkach o wartości 100 ms po lewej stronie rysunku i w działkach o wartości 2s po prawej stronie rysunku.

Możliwe jest stworzenie zestawu zawierającego uchwyt elektrody 12, stycznik 11, giętki przewód spawalniczy 10 oraz konwertor 5 prądu zadanego, przekształcającego oryginalne urządzenie MMA w urządzenie TIG po odłączeniu do zdalnego gniazda. Zawór gazowy (tu nie pokazany) także powinien być połączony z uchwytem elektrody.

Przycisk stycznika uchwytu elektrody umożliwiający zamknięcie obwodu sterującego i przekaźnik przełączający na fig. 1 są przedstawione tylko jako przykłady projektowe. Ponadto w pobliżu uchwytu elektrody możliwe jest umieszczenie większej liczby przycisków; Odpowiedni poziom prądów startowych wynosi od 8-40A korzystnie 10-30A.

Działanie układu do spawania łukiem elektrycznym podczas manualnego spawania metodą TIG, zawierającego uchwyt elektrody 1, stycznik 11, konwerter 5 wartości ustawionej prądu i zespół samoregulacji stycznika 11 połączonego z konwerterem 5 polega na tym, że konwerter 5 wartości ustawionej prądu powoduje przełączenie pomiędzy przynajmniej dwoma dyskretnymi poziomami wartości ustawienia prądu podawanymi do części sterującej 3 źródła prądu spawania 1 zawierającego część zasilającą 2, przy czym jeden z poziomów odpowiada minimalnej wartości prądu do zajarzenia łuku elektrycznego pomiędzy elektrodą, a przedmiotem obrabianym, a drugi poziom odpowiada żądanej wartości prądu spawania.

187 811

U2(V)

Fig. 2a

80-. 6040· 20

Fig. 2b

Fig. 2

I

I

Fig. 3

Fig. 3a t

Fig. 3t t

Fig. 3c t

187 811

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób spawania łukiem elektrycznym, a zwłaszcza zajarzenia łuku elektrycznego podczas manualnego spawania metodą TIG, znamienny tym, że elektrodę (13) ustawia się w styku z przedmiotem obrabianym (14) w czasie, gdy konwerter (5) wartości ustawionej prądu znajduje się w pozycji odpowiadającej wartości prądu, przy której następuje zajarzenie, po czym unosi się uchwyt elektrody do momentu uzyskania łuku elektrycznego o wystarczającej długości, a następnie przechodzi się do prądu spawania przez uruchomienie stycznika (11).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stycznik (11) uruchamia się poprzez przyciskanie lub zwalnianie albo alternatywnie, zwalnianie lub przyciskanie przycisku, przy czym przycisk stanowi część stycznika (11).
3. 3. Sposób spawania łukiem elektrycznym, a zwłaszcza sposób przenoszenia uchwytu elektrody z jednego szwu spawalniczego na inny szew spawalniczy w obrębie tego samego przedmiotu obrabianego podczas ręcznego spawania metodą TIG, znamienny tym, że przenoszenia uchwytu elektrody dokonuje się w czasie, gdy łuk elektryczny jarzy się przy prądzie zapłonu, a przez uruchomienie stycznika (11) na początku nowego szwu spawalniczego prąd przełącza się do wartości prądu spawania.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stycznik (11) uruchamia się poprzez przyciskanie lub zwalnianie albo alternatywnie, zwalnianie lub przyciskanie tego przycisku, przy czym przycisk stanowi część stycznika (11).
5. 5. Układ do spawania łukiem elektrycznym podczas manualnego spawania metodą TIG, zawierający uchwyt elektrody, stycznik oraz konwerter wartości ustawionej prądu, znamienny tym, że zespół samoregulacji stycznika (11) połączony jest z konwerterem (5), który ma przynajmniej dwa dyskretne poziomy wartości ustawienia prądu, przy czym jeden z poziomów odpowiada minimalnej wartości prądu do zajarzenia łuku elektrycznego pomiędzy elektrodą a elementem obrabianym, a drugi poziom odpowiada żądanej wartości prądu spawania.
6. 6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że niższy poziom ustawionej wartości prądu odpowiada prądom łuku elektrycznego zawierającym się pomiędzy 8 a 40A, a korzystnie 10-30A.
7. 7. Układ według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że współpracując z częścią sterującą (3) oraz częścią zasilającą (2) źródła prądu spawania (1) w okresie krótszym niż 1 sekunda, korzystnie 200-700 milisekund, generuje prądowy udar startowy łuku elektrycznego wynoszący 120-250% korzystnie 130-180% prądu zapłonu.
8. 8. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stycznik (11) jest przyciskiem umieszczonym na lub w bezpośredniej bliskości uchwytu elektrody.