PL193886B1 - Urządzenie do spawania łukiem elektrycznym - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do spawania lukiem elektrycznym, do osadzania, stopionego metalu z przemieszczajacego sie do przodu preta elektrody, w jeziorku stopionego metalu w otwartej szczelinie zlacza spawanego pomiedzy dwiema umieszczonymi obok siebie plytami, przy czym zlacze jest umieszczone w torze spawania i jest utworzone przez zbiegajace sie sciany konczace sie korzystnie równoleglymi scianami usytuowanymi w odleglosci okreslajacej odstep, znamienne tym, ze ma uchwyt kontaktowy (14) z wylotem preta elektrody (10), przy czym ruchomy do przodu pret elek- trody (10) wystaje pomiedzy uchwytem kontaktowym (14) i jeziorkiem stopionego metalu (12, 340), oraz spawarke lukowa zwarciowa, która jest spawarka (W) do wywolywa- nia przeplywu pradu spawania o róznych poziomach przez pret elektrody (10) w kolejnych cyklach spawania, zas kazdy z cykli spawania ma wyladowania luku, przy czym pret elektrody (10) ma polozenie oddalenia od jeziorka sto- pionego metalu (12, 340), a na koncu preta elektrody (10) jest uformowana kropla stopionego metalu oraz polozenie zwarcia, w którym kropla stopionego metalu usytuowana na koncu preta elektrody (10) poczatkowo styka sie z jezior- kiem stopionego metalu (12, 340), a nastepnie przemiesz- cza od preta elektrody (10) do jeziorka stopionego metalu (12, 340) przez szczeline pomiedzy dwoma plytami (P1, P2), a ponadto pret elektrody (10) jest polaczony z ukladem wyczuwania dlugosci wolnego wylotu zawierajacym……….. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do spawanie łukiem elektrycznym.

Tego typu urządzenie jest stosowane zwłaszcza do wykonywania warstwy graniowej podczas spawania rur.

Z opisu patentowego USA nr 5 001 326 znana jest elektryczna spawarka łukowa typu zwarciowego, nazywana w technice spawarką STT.

Z opisu patentowego USA nr 5 351 175 znane są spawarki oparte na wysokoczęstotliwościowym zasilaczu impulsowym, korzystnie przemienniku.

Znane jest wykorzystanie elektrycznej spawarki łukowej STT, do spawania rur, gdzie stopiony metal z podawanego pręta elektrody wypełnia spawany rowek stopionym metalem uformowanym pomiędzy dwoma, ustawionymi naprzeciw siebie końcami sąsiednich sekcji rury. Złącze rozciąga się wokół rur w kołowym torze, który może zmieniać się nieco w wyniku osiowych odchyleń. Złącze między sekcjami rury jest tworzone przez przekształcenie końcowych ścianek w równoległe ścianki oddalone jedna od drugiej i tworzące szczelinę rozdzielającą. Szczelina pomiędzy końcami sekcji rury lub płaszczyznami, nie jest stałą odległością, tak że spawacz, w miarę przesuwania się wokół szczeliny, napotyka szczelinę o różnej szerokości.

W opisie patentowym USA nr 5 001 326, spawarka STT ma uchwyt stykowy, przez który przechodzi wolny wylot, tak że prąd spawania jest kierowany przez uchwyt do wysuwanego pręta, a następnie do jeziorka stopionego metalu, tworzonego między końcami sekcji rury. W procesie spawania rury jeziorko łączy szczelinę, tworząc warstwę graniową. Spawarka STT wykorzystuje wysokoczęstotliwościowy zasilacz impulsowy w celu utworzenia wyraźnego kształtu przebiegu prądu zwarciowego.

Częstotliwość zależy od częstotliwości roboczej zasilacza, a nie od częstotliwości procesu spawania. Wolny wylot elektrody lub wydłużenie pręta elektrody jest odległością pomiędzy uchwytem kontaktowym a jeziorkiem stopionego metalu. Kiedy szczelina między końcami płyt, utworzona przez sąsiednie sekcje rury, zmienia się, jeziorko utworzone w pierwszym przejściu spawania łukiem elektrycznym w procesie spawania rury, zmienia kształt. Zmiana ta tworzy znane problemy w procesie spawania rur.

Wysokoczęstotliwościowy zasilacz impulsowy, znany jako elektryczna spawarka łukowa STT, utrzymuje jednorodną objętość w kropli stopionego metalu na końcu elektrody, kiedy pręt elektrody jest wysuwany w stronę jeziorka stopionego metalu. Układ sterowania STT jest używany do wykrywania i pomiaru rzeczywistej wielkości energii tworzącej krople ciekłego metalu na końcu elektrody. Wielkość energii jest ustalana dla wolnego wylotu elektrody i jest utrzymywana na stałym poziomie w kolejnych cyklach spawania. Kiedy wolny wylot elektrody zmienia się, natężenie prądu spawania jest modyfikowane w celu utrzymania stałej energii w oparciu o ustaloną energię odniesienia, uzyskaną na początku operacji spawania.

W ten sposób tworzona jest kropla o stałych wymiarach podczas każdego cyklu spawania. Przy stosowaniu elektrycznej spawarki STT, jeśli natężenie prądu spawania nie jest zmienne w celu skompensowania zmian wydłużenia wystającego odcinka pręta elektrody lub wolnego wylotu, częstotliwość zwarć zmienia się. Ta zmienna częstotliwość nie jest częstotliwością impulsowania zasilacza, ale jest częstotliwością zwarć spawania. Kiedy wydłużenie pręta elektrody czyli wolny wylot maleje, objętość stopionego metalu w dostarczanej kropli maleje, a również długość łuku jest nieco mniejsza.

Zmniejszenie rozmiaru kropli ciekłego metalu powoduje, że czas między zwarciami w procesie spawania maleje. Zwiększa to częstotliwość zwarć, określaną jako liczba zwarć na jednostkę czasu. Przeciwnie, jeśli wydłużenie wystającego odcinka pręta elektrody lub wolny wylot rośnie, zwiększa się temperatura elektrody. Jeśli natężenie prądu nie jest modyfikowane, objętość stopionego metalu na końcu wystającego pręta rośnie. Działanie to zwiększa nieco długość łuku w celu zwiększenia czasu między zwarciami, czyli obniżenia częstotliwości zwarć spawarki. Zmiana częstotliwości podczas stosowania spawarki STT do spawania rur nie została użyta jako parametr pomiarowy.

Spawarka STT jest używana do spawania rur w celu umożliwienia ręcznego sterowania głębokością i ilością ciepła w jeziorku, jednakże nie rozwiązuje to problemu związanego ze zmianami szerokości szczeliny podczas nakładania pierwszej warstwy w złączu spawalniczym.

W opisie patentowym USA nr 5 001 326 jest przedstawiona procedura pomiaru wolnego wylotu podczas używania spawarki STT w celu utrzymania danego rozmiaru kropli metalu. Kiedy elektroda lub pręt spawalniczy jest zwierany, spadek napięcia na zwieranej elektrodzie jest mierzony i rejestrowany. Wartość natężenia prądu spawania jest w zasadzie stała podczas tego pomiaru. W konsePL 193 886B1 kwencji, wyczuwane lub mierzone napięcie jest wprost proporcjonalne do wolnego wylotu lub wydłużenia pręta elektrody. Zmierzone napięcie odpowiadające wydłużeniu jest uśredniane dla kilku cykli, a następnie zapisywane w pamięci, na przykład w postaci kondensatora. Zapisana wartość jest mnożona przez wartość natężenia prądu w impulsie podczas kolejnych cykli spawania.

Wynikiem tego mnożenia jest pomiar mocy podczas każdego cyklu spawania. Wyliczona moc jest zapisywana w pamięci, na przykład w postaci kondensatora i jest nazywana mocą odniesienia. Moc odniesienia jest uzyskiwana na początku procesu spawania w oparciu o ustalony wolny wylot. Następnie moc odniesienia jest używana do porównań zmocą chwilową. Program sterowania utrzymuje moc chwilową na wartości mocy odniesienia.

Taki układ sterowania jest używany do utrzymywania stałej objętości stopionego metalu na końcu pręta elektrody, w miarę wysuwania go w stronę jeziorka stopionego metalu w warunkach zwarcia, niezależnie od zmian wolnego wylotu lub wydłużenia bez regulacji wolnego wylotu podczas procesu spawania w celu kontrolowania procesu spawania i bez regulacji ilości ciepła wytwarzanego podczas pojedynczego przejścia. Wolny wylot lub wydłużenie wystającego pręta elektrody jest wykorzystywane do utrzymania stałej mocy podczas części cyklu spawania, w którym następuje topienie pręta elektrody.

Znane jest użycie wysokoczęstotliwościowego zasilacza impulsowego, takiego jak spawarka łukowa STT, do spawania rur. Jednakże, podczas nakładania warstwy graniowej podczas pierwszego przejścia łuku w otwartym złączu między sekcjami rury, zasilacz nie kompensuje automatycznie zmian szerokości szczeliny między sekcjami rury. Kiedy szczelina jest szeroka, jeziorko przepływa przez szczelinę. Kiedy szczelina jest wąska, jeziorko nie przenika do szczeliny. Zatem ręczna interwencja jest wymagana w celu uzyskania zmian parametrów. Istnieje potrzeba kontrolowania operacji spawania podczas nakładania początkowej warstwy w otwartym złączu graniowym w procesie spawania rur lub spawania innych ciężkich płyt.

Spawarka STT jest zwarciową spawarką łukową, obsługiwaną przez wysokoczęstotliwościową sieć przełączającą w celu utworzenia krzywej prądu. Jednakże spawarka ta nie ma takich możliwości, jak spawarka o stałym napięciu, w której wielkość temperatury jeziorka stopionego metalu jest kontrolowana jedynie przez modyfikację wolnego wylotu lub wydłużenia pręta elektrody, co stanowi ograniczenie spawarki w tworzeniu krzywej prądu STT. W konsekwencji, wielkość temperatury jeziorka, co jest istotne przy spawaniu rur, jest regulowana przy stosowaniu spawarki STT przez interwencję operatora lub modyfikację natężenia prądu spawania. Nawet przy tym ograniczeniu, spawarka STT jest lepsza od spawania przy stałym napięciu, które wytwarza nadmierną temperaturę w jeziorku.

Na pos. 1 przedstawiono znaną ze stanu techniki metodę spawania. Przyjęto, że płyty P1i P2 mają złącze J, które jest umieszczone dokładnie w środku stałej drogi spawania i ma stałą szerokość szczeliny. Głowica oscyluje do przodu i do tyłu między punktami A i B, jak wskazuje strzałka 420. Przyjmując, że złącze J utrzymuje właściwy kierunek, zaś szczelina utrzymuje tę samą szerokość, można zrealizować właściwe spawanie bez ręcznego poprawiania. Znana koncepcja jest pokazana również na pos. 2. Górny widok pokazuje właściwie ustawione złącze, aby uzyskać dobre wyniki. Kiedy szczelina rośnie, lub złącze odsuwa się od pożądanej drogi, ruch głowicy między punktami A i B nie będzie dawał właściwej spoiny. Konieczne jest ręczne poprawienie śledzonego złącza J, aby uzyskać właściwe spawane złącze. Jest to poważny problem, kiedy szczelina jest zbyt szeroka lub znacznie przesunięta, jak pokazano na dwu dolnych rysunkach pos.2.

Urządzenie do spawania łukiem elektrycznym, według wynalazku, do osadzania, stopionego metalu z przemieszczającego się do przodu pręta elektrody, w jeziorku stopionego metalu w otwartej szczelinie złącza spawanego pomiędzy dwiema umieszczonymi obok siebie płytami, przy czym złącze jest umieszczone w torze spawania i jest utworzone przez zbiegające się ściany kończące się korzystnie równoległymi ścianami usytuowanymi w odległości określającej odstęp, charakteryzuje się tym, żema uchwyt kontaktowy z wylotem pręta elektrody, przy czym ruchomy do przodu pręt elektrody wystaje pomiędzy uchwytem kontaktowym i jeziorkiem stopionego metalu, oraz spawarkę łukową zwarciową, która jest spawarką do wywoływania przepływu prądu spawania o różnych poziomach przez pręt elektrody w kolejnych cyklach spawania, zaś każdy z cykli spawania ma wyładowania łuku, przy czym pręt elektrody ma położenie oddalenia od jeziorka stopionego metalu, a na końcu pręta elektrody jest uformowana kropla stopionego metalu oraz położenie zwarcia, w którym kropla stopionego metalu usytuowana na końcu pręta elektrody początkowo styka się z jeziorkiem stopionego metalu, a następnie przemieszcza od pręta elektrody do jeziorka stopionego metalu przez szczelinę pomiędzy dwoma płytami, a ponadto pręt elektrody jest połączony z układem wyczuwania długości wol4

PL 193 886B1 nego wylotu zawierającym przetwornik częstotliwości, który jest przetwornikiem wyczuwania rzeczywistej częstotliwości cykli spawania oraz układ regulatora prądu i wzmacniacz błędu połączony z układem sterowania natężenia prądu stanowiące układ regulacji natężenia prądu spawania i utrzymywania częstotliwości w pobliżu wartości wzorcowej.

Pręt elektrody jest połączony z układem wytwarzania sygnałów w postaci sygnału napięcia wolnego wylotu, rezystancji prądu wolnego wylotu, impulsów napięciowych wolnego wylotu, proporcjonalnych do długości wolnego wylotu i regulatorem prądu sterowania wyjściem spawarki zgodnie z sygnałem napięcia, rezystancją i impulsami napięciowymi wolnego wylotu.

Regulator prądu zawiera przewód doprowadzania prądu o rzeczywistym natężenia prądu spawania i układ sterowania prądem spawania na wyjściu, w zależności od wielkości wystającego odcinka pręta elektrody stanowiącego wolny wylot, zawierający układ pamięci oraz środki do przełączania i regulacji rzeczywistego prądu spawania w kierunku wymaganego prądu spawania w postaci wzmacniacza błędu i układu regulacji natężenia prądu.

Korzystnym jest gdy regulator prądu jest połączony ze stałoprądowym zasilaczem impulsowym spawarki łukowo zwarciowej, wywoływania przepływu prądu spawania o różnych poziomach przez pręt elektrody w kolejnych cyklach spawania, przy czym każdy z cykli spawania ma wyładowanie łuku, podczas którego pręt elektrody jest w oddaleniu od jeziorka stopionego metalu, a na jego końcu jest uformowana kropla stopionego metalu oraz w położeniu zwarcia, podczas którego kropla stopionego metalu usytuowana na końcu pręta elektrody początkowo jest w styku z jeziorkiem stopionego metalu, a następnie jest umieszczona w jeziorku stopionego metalu w szczelinie i po oderwaniu kropli od pręta elektrody dla zapoczątkowania kolejnego wyładowania łuku.

Prętem elektrody jest pręt rdzeniowy.

Układ wyczuwania wolnego wylotu ma układ do pomiaru poziomu napięcia na uchwycie kontaktowym i jeziorku stopionego metalu przez krótki czas w dokładnym czasie podczas stanu zwarciowego i układ wytworzenia sygnału odpowiadającego wolnemu wylotowi na podstawie zmierzonych poziomów napięcia i rezystancji.

Układu wytwarzania sygnałów sygnał jest połączony z układem dzielnika, w którym jest on przetwarzany na sygnał odpowiadający rezystancji proporcjonalny do rezystancji pręta na długości wolnego wylotu.

Zasilacz stałoprądowy zawiera układ do jego sterowania przez sygnał rezystancji.

Spawarka łukowa zwarciowa jest spawarką STT.

Płyty są cylindrycznymi końcami odcinków rury.

Korzystnym jest gdy zasilacz stałoprądowy jest spawarką STT, a w szczególności spawarka łukowa zwarciowa jest inwerterem.

Zasilacz stałoprądowy (PS) jest inwerterem.

Układ wyczuwania wolnego wylotu jest algorytmem oprogramowania.

Spawarka jest sterowana z częstotliwością większą niż około 18kHz.

Sygnał odpowiadający wolnemu wylotowi jest napięciem proporcjonalnym do długości wystającego odcinka pręta elektrody.

Sygnał odpowiadający wolnemu wylotowi jest napięciem proporcjonalnym do rezystancji pręta elektrody.

Pręt elektrody jest połączony z zasilaczem impulsowym przełączającym i jest w stanie płynnym, gdy jest w położeniu przesuniętym do przodu w kierunku szczeliny złącza spawalniczego, przy czym zasilacz impulsowy jest sterowany z częstotliwością większą niż około 18 kHz.

Prąd spawania płynący przez pręt elektrody jest zmniejszany za pomocą układu kontrolnego, przy czym wyczuwana długość wystającego pręta elektrody jest większa niż zadana duża wartość.

Prąd spawania płynący przez pręt elektrody jest zwiększany za pomocą układu kontrolnego, przy czym wyczuwana długość wystającego pręta elektrody jest mniejsza niż zadana duża wartość.

Układ do sterowania prądem spawania jest algorytmem oprogramowania.

Zaletą wynalazku jest to, że ma on szeroki zasięg i jest stosowany także wraz z innymi elektrycznymi spawarkami łukowymi do wytwarzania warstwy graniowej, na przykład przy pierwszym przejściu łuku między końcami ciężkich płyt lub końcami sekcji rur. Wynalazek jest stosowany podczas kolejnych przejść w otwartym złączu.

PL 193 886B1

Zaletą wynalazku jest to, że elektryczna spawarka łukowa automatycznie kompensuje zmiany szerokości szczeliny, przy czym regulacja ta nie utrzymuje stałej mocy. Możliwość pomiaru wolnego wylotu podczas procesu spawania nie jest stosowana w znanych spawarkach STT, a jest stosowana w korzystnym przykładzie wykonania wynalazku.

Zmiany szerokości szczeliny podczas nakładania początkowej warstwy graniowej w procesie spawania rury są określane przez chwilowy wolny wylot. Przy spawaniu otwartego złącza, mającego szczelinę o zmiennej szerokości, jeziorko stopionego metalu przecieka przez szczelinę, kiedy szczelina jest szeroka. To fizyczne zjawisko powoduje wzrost wolnego wylotu. Taki wolny wylot jest wykrywany przez znany obwód, przy czym można użyć kilka obwodów z różnymi wysokoczęstotliwościowymi zasilaczami w celu pomiaru chwilowego wolnego wylotu. Jeśli szczelina jest zbyt wąska, początkowa warstwa graniowa nie przenika do szczeliny. Wolny wylot maleje. Mniejszy wolny wylot jest wykrywany przez znany obwód. Zatem wynalazek jest koncepcją pomiaru chwilowego wolnego wylotu w celu określenia szerokości szczeliny między płytami w procesie spawania. Pomiar wolnego wylotu określa potrzebne zmiany temperatury jeziorka. Prąd spawania jest zwiększany, kiedy szczelina jest wąska i zmniejszany, kiedy szczelina jest szeroka.

Stosując pomiar wolnego wylotu, wynalazek jest stosowany do śledzenia spoiny w złączu. Jeśli stosowany jest proces spawania wężowego, w którym pręt elektrody przesuwa sięw poprzek szczeliny podczas procesu spawania wzdłuż szczeliny, wolny wylot zmienia się, kiedy pręt osiąga rozbieżne ściany, tworzące złącze. Zatem pomiar wolnego wylotu dostarcza informacji odnośnie położenia głowicy elektrody spawalniczej, kiedy przesuwa się poprzecznie w procesie spawania. Bardziej ogólną definicją wynalazku jest stosowanie zmierzonej wartości wolnego wylotu podczas procesu spawania w celu kontrolowania parametrów procesu spawania. Kontrolowanymi parametrami mogą być na przykład natężenie prądu spawania lub kierunek ruchu głowicy.

Wynalazek jest szczególnie dostosowany do spawania rur, gdzie pomiar wolnego wylotu dostarcza informację o zmianach szerokości szczeliny i/lub o położeniu elektrody względem środkowej linii złącza. Kiedy odstęp szczeliny rośnie, jeziorko spawalnicze przepływa przez szczelinę do wnętrza rury.

Wynalazek wykrywa początek tego zjawiska przez wykrycie zwiększenia wolnego wylotu elektrody. Wykrycie zwiększonego wolnego wylotu jest wykorzystane do zmniejszenia wartości temperatury jeziorka stopionego metalu przez zmniejszenie prądu spawania. Jest to wykonywane przez zmniejszenie natężenia prądu tła lub impulsu prądowego lub obu.

Temperatura jeziorka jest więc obniżana. Powoduje to zestalenie stopionego metalu w warstwie, co zapobiega wypadaniu metalu przez szczelinę. Kiedy szczelina zwęża się, wykryty wolny wylot jest również redukowany, ponieważ stopiony metal nie przechodzi przez szczelinę. Jeziorko stopionego metalu gromadzi się na wierzchu szczeliny. Zatem, kiedy wykrywane jest zmniejszenie wolnego wylotu, zwiększane jest natężenie prądu w celu zwiększenia wielkości temperatury w jeziorku stopionego metalu w złączu. Jeziorko o większej temperaturze przenika w wąską szczelinę, powodując właściwe połączenie końców płyt wzdłuż całej głębokości szczeliny.

Informacja o wykrytym wolnym wylocie jest wykorzystywana przez mechanizm przesuwający głowicę elektrody spawalniczej do przodu i do tyłu. Odchylenie głowicy od położenia środkowego może być wykrywane na podstawie zmniejszania wydłużenia elektrody. Kiedy głowica przesuwa się do zewnętrznej krawędzi złącza, wolny wylot maleje. Kiedy elektroda jest przesuwana po złączu, wydłużenie elektrody zmienia się, przy czym najkrótsze będzie w części zewnętrznej złącza. Kiedy elektroda osiągnie jeden bok złącza, jest zawracana i przesuwana w stronę drugiego boku. Wolny wylot elektrody najpierw rośnie, a następnie maleje. Zastosowanie informacji o wolnym wylocie pozwala na kontrolowanie mechanizmu głowicy przez sygnalizowanie, kiedy ruch poprzeczny elektrody lub głowicy powinien zostać zatrzymany lub odwrócony. Działanie takie wytwarza wężowy tor ruchu głowicy podczas procesu spawania i pozwala podążać wzdłuż złącza.

Przez wykorzystanie informacji o wolnym wylocie, elektryczna spawarka łukowa według wynalazku automatycznie wykrywa zmiany w szerokości szczeliny, które mogą spowodować niepożądane profile spoiny. Dodatkowo, położenia elektrody w kierunku poprzecznym w stosunku do nachylonych lub rozbieżnych ścian bocznych złącza, są wykrywane w celu odwrócenia kierunku ruchu we właściwym położeniu. Obie niezależne funkcje są realizowane przy pomiarze wolnego wylotu. Pomiar wolnego wylotu jest realizowany przez obwód zależny od stosowanego procesu spawania.

PL 193 886B1

Wynalazek jest stosowany zarówno w półautomatycznych jak i w automatycznych procesach spawania. Moc spawania lub wielkość wydzielanego ciepła jest zmieniane przy zastosowaniu wynalazku. Zmieniając wydłużenie elektrody podczas przesuwania głowicy spawalniczej wzdłuż złącza, wydzielane ilość ciepła jest zmieniana w wybranych miejscach złącza. Na przykład, podczas spawania złącza automatyczną spawarką, jeśli geometria części jest taka, że w pewnych miejscach wymagane jest zwiększenie lub zmniejszenie ilości wydzielania ciepła, zmieniane jest wydłużenie pręta elektrody w celu dobrania wielkości temperatury spawania. Droga pokonywana przez głowicę w jednym przejściu wzdłuż złącza jest rejestrowana w pamięci.

Wynalazek umożliwia pomiar wolnego wylotu lub wydłużenia wystającego odcinka elektrody i zastosowanie wyniku pomiaru do regulacji wielkości temperatury jeziorka stopionego metalu. Jako odmienne zastosowanie wynalazku, wolny wylot jest użyty do regulacji innych parametrów procesu spawania.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat obwodu elektrycznego zasilacza stosowanego w wynalazku, fig. 1A - schemat blokowy korzystnego przykładu wykonania wynalazku, przy czym wysokoczęstotliwościowym zasilaczem jest przemiennik, fig. 1B - schematycznie elektrodę rdzeniową, użytą w korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, fig. 2 - schemat elektrycznego obwodu lub algorytm programu tworzenia sygnału, stosowanego do regulacji temperatury w jeziorku stopionego metalu dla zmiennego wolnego wylotu pręta, fig. 3 - schemat obwodu elektrycznego lub algorytm programu stosowany w korzystnym przykładzie wykonania wynalazku do tworzenia sygnału napięcia, odpowiadającego rzeczywistemu wystającemu odcinkowi pręta elektrody lub wolnemu wylotowi pręta, fig. 4 - schemat obwodu elektrycznego lub algorytm programu do przetwarzania sygnału z fig. 3 na sygnał napięcia, odpowiadający rezystancji wolnego wylotu, fig. 4A - schemat elektryczny zmodyfikowany w porównaniu z fig. 4, fig. 5 -wykresy ilustrujące działanie obwodów lub algorytmów przedstawionych na fig. 3 i 4, fig. 6 - wykresy natężenia prądu i napięcia w czasie jednego cyklu spawania przy użyciu zasilacza stałoprądowego pokazanego na fig. 1 i 1A, oraz zastosowaniu procesu zwarciowego spawarki łukiem elektrycznym STT, fig. 7 - wykres, ilustrujący różnice sygnału napięciowego wytworzonego przez obwód z fig. 3 dla różnych długości wolnego wylotu, fig. 8 - algorytm zastosowany w mikroprocesorze, dla korzystnego przykładu wykonania wynalazku, fig. 9 - algorytm programu, stosowanego w modyfikacji korzystnego przykładu wykonania wynalazku, fig. 10 - schemat blokowy modyfikacji wynalazku, fig. 11 - algorytm programu i obwód, do wykorzystania sygnału wytwarzanego przez obwód z fig. 4 do sterowania spawarką, fig. 12 - algorytm i obwód sterujący z fig. 11, wykorzystujący inne parametry, oprócz sygnału wytworzonego przez obwód i/lub program z fig. 4, fig. 13A i 13B - schematycznie operację spawania, wykorzystującą wynalazek, kiedy szczelina w złączu jest stosunkowo wąska, fig. 14A i 14B - schematycznie operację spawania, wykorzystującą wynalazek, kiedy szczelina w złączu jest stosunkowo szeroka, fig. 15 - schematycznie drugi przykład wykonania wynalazku, przy czym sygnał wytwarzany przez obwód lub program z fig. 3 lub sygnał z obwodu lub programu z fig. 4 jest wykorzystywany do sterowania poprzecznym ruchem głowicy spawalniczej podczas nakładania kolejnych warstw w złączu pokazanym na fig. 13 i 14, fig. 16 - połączony schemat elektryczny i schemat blokowy, przedstawiający obwód i/lub algorytm programu do realizacji wynalazku z fig. 15, fig. 19 - widok z góry fragmentu złącza, mającego wygięty tor spawania, fig. 20 - wykres z wstawionym rysunkiem, ilustrujący zmiany sygnału wytworzone przez obwód lub program, przedstawiony na fig. 3 w wyniku zmian wolnego wylotu, fig. 21 - wykres z wstawionym rysunkiem, pokazujący działanie wynalazku przy zastosowaniu koncepcji przedstawionej schematycznie na fig. 15 i w górnej części schematu elektrycznego, przedstawionego na fig. 16, fig. 22 - wykres analogiczny jak na fig. 21, wykorzystujący wszystkie wykonania schematu elektrycznego przedstawionego na fig. 16, zaś fig. 23 - schemat elektrycznego obwodu do przetwarzania sygnału odpowiadającego wolnemu wylotowi, przy wykorzystaniu innego schematu niż przedstawiony na fig. 3.

Figura 1 przedstawia schemat elektryczny wysokoczęstotliwościowego, stałoprądowego zasilacza impulsowego PS przesyłającego prąd spawania przez elektrodę 10 do elementu roboczego, podczas gdy pręt elektrody jest trzymany w elektrycznym łączniku lub uchwycie kontaktowym 14. Odpowiedni dozownik pręta 16 wyciąga pręt ze szpuli 18z szybkością określoną przez parametry zasilacza PS ustalone przez operatora lub programistę.

PL 193 886B1

Uchwyt kontaktowy 14 jest połączony z końcówką 22 stałoprądowego zasilacza przełączającego PS w celu odbierania impulsu stałoprądowego między końcówkami 20a końcówką 22 o przeciwnej polaryzacji. Kształt stałoprądowego impulsu prądu określa układ 30 formowania kształtu fali prądu, zawierający regulator prądu 32 z wyjściem 32d w celu regulacji prądu cyklu spawania.

Regulacja prądu obejmuje zmiany maksymalnej wartości natężenia prądu, wartości natężenia prądu w impulsie, natężenia prądu tła itd. Układ 30 regulacji kształtu fali prądu jest dobrze znany w dziedzinie regulacji wysokoczęstotliwościowych zasilaczy impulsowych. Napięcie wyjściowe w przewodzie 34 zmienia się podczas cyklu spawania w celu regulacji kształtu natężenia prądu między elektrodą lub prętem elektrody 10 a elementem roboczym.

Wynalazek ma zastosowanie do wykonywania połączenia spawanego pomiędzy dwiema płytami, dlatego element roboczy jest jeziorkiem stopionego metalu 12 pomiędzy dwiema oddalonymi od siebie płytami. W praktyce płyty są sekcjami rury, pomiędzy którymi jest utworzone złącze, podczas gdy jeziorko lub warstwa tworzą górny poziom elementu roboczego. Odległość pomiędzy uchwytem kontaktowym 14 a jeziorkiem 12 lub elementem roboczym jest wolnym wylotem. Wolny wylot lub wydłużenie wystającego odcinka pręta elektrody może być zmierzony przy pomocy obwodu elektrycznego. Te znane obwody mierzą wolny wylot lub długość wystającego odcinka pręta elektrody, szczególnie kiedy są stosowane różne typy cykli spawania.

Figury 2, 5, 6 i 7 przedstawiają mechanizm pomiaru wolnego wylotu. Nawet w przypadku spawarki STT są stosowane inne techniki pomiarowe, na przykład za pomocą urządzenia mierzącego częstotliwość zwarć, co ilustruje fig. 23. Ponieważ znany sposób pomiaru koncentruje się na impulsowym, wysokoczęstotliwościowym zasilaczu, zasilacz taki jest schematycznie przedstawiony na fig. 1 w celu wyjaśnienia wynalazku. Inne wysokoczęstotliwościowe zasilacze są stosowane w celu wytwarzania prądu spawania między prętem elektrody 10 a jeziorkiem stopionego metalu 12 wypełniającym połączenie pomiędzy dwiema spawanymi płytami.

Zasilacz stałoprądowy PS jest urządzeniem impulsowym o częstotliwości równej około 18 kHz, korzystnie około 20 - 40 kHz. Modulator 40 szerokości impulsu jest standardem dla tworzenia gwałtownych impulsów natężenia prądu o zmiennej szerokości w takich przetwornikach jak przerywacze lub przemienniki. Przewód sterujący 42 przekształca wyjściowy impuls natężenia prądu w krótkie impulsy prądowe, mające częstotliwość powtarzania regulowaną przez oscylator 44 sterujący. W konsekwencji, napięcie na przewodzie 42 wskazuje szerokość gwałtownych impulsów natężenia prądu, które są przepuszczane przez klucz 50 z dużą częstością, na przykład ponad 18 kHz.

W ten sposób, natężenie prądu spawania, płynącego przez pręt elektrody 10 jest regulowane przez napięcie na przewodzie wyjściowym 34 z układu formowania kształtu fali 30. Regulujące szerokość impulsu napięcie w przewodzie 42 jest poziomem napięcia stałego na wyjściu wzmacniacza błędu 60 spolaryzowanego przez rezystor 62. Napięcie w przewodzie 42 powoduje, że sprzęgający lub równoległy obwód 70 utrzymuje w przewodzie 34 zerowe napięcie. Na wejście wzmacniacza błędu 60 podawane jest napięcie wyjściowe układu 30, które jest sterowane przez liczne przełączniki, używane w spawarce STT. Regulacja kształtu fali prądu nie jest częścią wynalazku.

Prąd pobierany ze wzmacniacza błędu 60 reguluje napięcie przykładane przez przewód 42 na modulatorze 40 szerokości impulsów w celu regulacji wielkości impulsów prądowych, wytwarzanych przez oscylator 44. Modulator 40 szerokości impulsów otwiera i zamyka klucz 50 typu FET (tranzystor polowy) w celu przesłania przebiegu prądowego, pokazanego na górnej krzywej na fig. 6. Linie pionowe odpowiadają gwałtownym impulsom natężenia prądu, tworzące kształt fali prądu dla spawarki STT. Spawarka STT wykorzystuje obwód kontroli rozprysków 70, który reaguje na zbliżające się wyładowanie w wyniku działania sygnału z przewodu 72. Sygnał zbliżania się wyładowania jest wytwarzany przez ostrzegawczy układ 74 analizujący pochodną dv/dt, tak że układy logiczne dołączone do przewodu 76 wyłączają wyłącznik zasilania 80 tuż przez wytworzeniem wyładowania podczas impulsu zwarcia lub zmniejszenia objętości plazmy w danym cyklu spawania.

Zadziałanie wyłącznika 80 zmienia przepływ prądu spawania przez cewkę 82 o małej indukcyjności od dużego natężenia prądu płynącego przez wyłącznik 80 do małego natężenia prądu, płynącego przez układ ogranicznika pochodnej 84. Kiedy cykl spawania jest na etapie zwarciowym, zmierzona pochodna dv/dt przekracza ustaloną wartość, wskazując zbliżające się wyładowanie. Układ logiczny dołączony do przewodu 72 natychmiast reaguje. W konsekwencji, prąd spawania wychodzący z wyłącznika 80 jest zmniejszany do małego poziomu w celu zredukowania wielkości energii wyzwalanej przez eksplozję wyładowania, zmniejszając w ten sposób rozprysk. Koncepcja ta nie stanowi czę8

PL 193 886B1 ści ulepszenia, tworzącego wynalazek, ale jest częścią spawarki STT używanej w przykładzie wykonania wynalazku.

Zgodnie z wynalazkiem mierzona jest długość wolnego wylotu lub wystającego odcinka a pręta elektrody i poprzez obwód kontroli natężenia prądu stanowiący regulator prądu 32 albo kontroluje ilość ciepła wytwarzanego w procesie spawania podczas nakładania warstwy graniowej, albo ustala położenie pręta elektrody 10, kiedy przesuwa się poprzecznie pomiędzy oddalonymi jedna od drugiej ścianami ustawionych naprzeciw siebie płyt podczas wypełniania złącza między płytami.

Pierwszy przykład wykonania wynalazku ma zastosowanie głównie do nakładaniu warstwy graniowej przy spawaniu rury.

Drugi przykład wykonania wynalazku ma zastosowanie głównie podczas kolejnych przejść elektrody doprowadzających do wypełnienia połączenia pomiędzy płytami, kiedy pręt jest przesuwany wężowym ruchem. Spawarka STT została początkowo dostosowana do używania zasilacza impulsowego, pokazanego na fig. 1, jednakże obecnie spawarka STT wykorzystuje przemiennik 100 działający z częstotliwością ponad 18 kHz, którego schemat przedstawiono na fig. 1A.

Każdy typ zasilacza wykorzystuje układ 30 formowania kształtu fali i zawiera układ do regulacji różnych poziomów natężenia prądu, co ilustruje kształtu fali pokazany na fig. 6 związany z działaniem regulatora prądu 32. Przedstawiony na fig.1A przemiennik 100 ma wejściowy zasilacz, który jest generatorem silnikowym 102, ale jest pokazany jako trójfazowe napięcie sieciowe. Napięcie sieciowe jest najpierw prostowane i kierowane do złącza stałoprądowego, które przemiennik 100 kluczuje z dużą częstotliwością w celu wytworzenia kształtu przebiegu natężenia prądu, który w korzystnym przykładzie wykonania jest wykresem przebiegu zwarciowego spawarki STT, jak pokazano na fig. 6. Jako uzupełnienie wynalazku, pręt 10 jest elektrodą rdzeniową B, schematycznie pokazaną na fig. 1B. Taka elektroda ma zewnętrzną osłonę 110 i wnękowy rdzeń 112 wypełniony składnikami topnikowymi i/lub cząsteczkami stopowymi. Przez wykorzystanie elektrody stopowej do spawania rur w oddalonych miejscach, wyeliminowana jest konieczność używania gazuosłonowego.

Celem wynalazku jest wykorzystanie wyników pomiaru wolnego wylotu lub wystającego odcinka elektrody do kontrolowania wielkości temperatury w warstwie graniowej podczas spawania rury. Grań jest usytuowana pomiędzy krawędziami płyt. Pomiar wolnego wylotu ma również wpływ na przesuwanie głowicy spawarki do tyłu i do przodu pomiędzy zbieżnymi ściankami bocznymi połączenia, które mabyć spawane i wypełniania przestrzeni między bocznymi ściankami płyt stopionym metalem.

Figura 2 przedstawia obwód, który jest algorytmem programu lub schematem elektrycznym, przeznaczonym do pomiaru wolnego wylotu i umożliwiającym spawarce regulowanie lub kalibrowanie swoich parametrów w oparciu o wynik pomiaru wolnego wylotu, wykonanego podczas 5 sekund od uruchomienia spawarki przez operatora. W celu wykonania tego zadania, obwód 120 do pomiaru wolnego wylotu jest stosowany do wytworzenia napięcia w przewodzie 122, które odpowiada wolnemu wylotowi podczas cyklu spawania stałonapięciowego.

Proces użyty w korzystnym przykładzie wykonania jest cyklem spawarki STT, zilustrowanym przez wykres przebiegu napięcia i natężenia prądu na fig. 6. Przebiegi te są generowane przez spawarkę STT przy użyciu przemiennika pokazanego na fig. 1A. Napięcie Va łuku jest monitorowane na wejściu 124 i jest używane do ładowania kondensatora 130 przez rezystor 126 w wyniku zwierania programowego klucza 128 na krótkie okresy czasu, natychmiast po osiągnięciu przez prąd punktu załamania w czasie 2, jak pokazano na fig.5i 6.

W praktyce, opóźnienie od punktu załamania jest równe około 100 mikrosekund. Klucz 128jest zamykany w przedziale pomiędzy T3 a T4, kiedy cykl spawania jest w stanie zwarcia. Klucz 128 jest zamykany przez czas krótszy niż 500 mikrosekund, korzystnie równy w przybliżeniu 300 mikrosekund. Po zamknięciu klucza, kondensator 130 jest ładowany w celu wytworzenia napięcia na przewodzie 122.

Napięcie to reprezentuje bieżącą średnią krótkich impulsów napięciowych. Impulsy napięciowe pojawiają się, kiedy pręt elektrody 10 dotyka jeziorko 12 stopionego metalu. W konsekwencji, napięcie na kondensatorze 130 jest proporcjonalne do wolnego wylotu, ponieważ napięcie to jest mierzone, kiedy prąd ma tę samą wartość w kolejnych cyklach. Zatem napięciu V_SO odpowiada wolny wylot a. Jeśli stosowane są inne cykle spawania, napięcie dla wolnego wylotu jest mierzone różnymi obwodami, specyficznymi dla danego typu stosowanej procedury spawania.

Regulator prądu 32 uwidoczniony na fig. 1reaguje bezpośrednio na napięcie w przewodzie 122, jednakże napięcie w tym przewodzie wynika nie tylko z długości wolnego wylotu, ale również z wartości innych parametrów, między innymi takich jak średnica pręta, skład pręta, oporność pręta i parametry gazu osłonowego. Zatem wolny wylot w tym zastosowaniu jest długością. Jednakże wolny wylot

PL 193 886B1 kontrolowany i używany w wynalazku ma inne parametry regulacyjne. Napięcie w przewodzie 122 dla jednej spawarki, stosujące dany pręt elektrody, może mieć inną wartość niż napięcie przy tej samej długości w innej procedurze spawania. Na wolny wylot ma wpływ wiele czynników i w opisie jest on ujawniony jako ogólna koncepcja pomiaru napięcia odpowiadającego wolnemu wylotowi i zmieniającego się wraz ze zmianą długości wystającego odcinka pręta elektrody podczas danej operacji spawania. Uwzględniając te konieczne zmiany, czasem używany jest obwód pokazany na fig. 2.

Obwód nie tylko mierzy napięcie w przewodzie 122, które jest zależne od długości, ale również rzeczywisty prąd Ia łuku podczas narastania objętości plazmy i płynący w przewodzie 132. Zatem zmienne są uwzględniane w sygnale kontrolnym. Napięcia w przewodach 122 i 132 są kierowane na wejścia obwodu mnożnika który jest, w praktyce, programowym mnożnikiem 134, mającym na wyjściu 136 napięcie, które odpowiada średniemu napięciu wolnego wylotu połączone z prądem łuku, mierzonym w wybranym momencie cyklu spawania. Zatem napięcie w wyjściu 136 jest mocą wydłużenia i uwzględnia zmienne parametry procesu spawania.

Obwód pokazany na fig. 2 jest używany do kontrolowania impulsowego prądu IM podczas impulsu narastania mocy. Aby wskazać regulatorowi prądu 32 żądany prąd spawania, jaki należy używać podczas danego procesu spawania, używany jest obwód uruchamiający 140, w którym klucz 142 jest zamykany przez określony czas na początku cyklu spawania, przy czym czas ten jest zwykle równy około 5,0 sekund. Napięcie mocy wydłużenia w przewodzie 136 ładuje kondensator 150 przez rezystor 144 podczas uruchamiania cyklu spawania, w celu wskazania regulatorowi prądu 32 pożądanego wolnego wylotu dla całego procesu. Obwód 140 zawiera również klucz programowy 146, który jest zamykany podczas impulsu prądowego wywołanego wzrostem objętości plazmy w przedziale czasowym T6 - T7. Przy użyciu obwodu 140 kondensator 150 jest ładowany do napięcia wskazującego moc wzrostu objętości plazmy dla wolnego wylotu ustalonego na początku procesu spawania.

Układ 142 pomiarowy i pamięci utrzymuje napięcie na kondensatorze 150 połączonym przewodem wyjściowym 154 dołączonym do wejścia wzmacniacza błędu 160. Wzmacniacz błędu 160 wytwarza sygnał błędu w przewodzie 160a proporcjonalny do mocy odniesienia na wyjściu 154 i rzeczywistej mocy w przewodzie 136. Sygnał błędu jest używany do regulacji impulsu prądowego IM tylko podczas impulsu prądowego wywołanego powiększeniem się objętości plazmy, kiedy zwarty jest klucz 162. Podczas uruchamiania, klucz 162 jest otwarty.

Następnie sygnał w przewodzie 160a jest podawany na wejście 32a regulatora prądu 32, kiedy klucz 162 jest zamknięty podczas impulsu prądowego wywołanego powiększeniem objętości plazmy. Sygnał z klucza 162 jest podawany na wejście 32a tak, że zmiany napięcia w przewodzie 136 modyfikują prąd w obwodzie regulatora prądu 32 w celu zmiany prądu płynącego między prętem 10 a jeziorkiem stopionego metalu 12 w przedziale czasu T6 -T7. W innych momentach, układ kontroli regulatora prądu 32 działa zgodnie z parametrami dla krzywej STT jak to pokazano na fig. 6. Przez użycie obwodu 140, układ kontroli regulatora prądu 32 jest dostrajany na początku operacji spawania zgodnie z korzystnym wolnym wylotem. Następnie, wolny wylot jest monitorowany w celu dobrania natężenia prądu spawania, zależnie od potrzeby, całkowitego, scałkowanego natężenia prądu, maksymalnego natężenia prądu, impulsu prądowego lub natężenia prądu tła.

Według wynalazku napięcie w przewodzie 122 odpowiada wolnemu wylotowi dla danego procesu spawania. Napięcie to jest używane w wynalazku do ustalenia żądanego poziomu prądu spawania w oparciu o wartość napięcia VSO wolnego wylotu. Podstawowy obwód reprezentujący tę koncepcję jest przedstawiony na fig. 3. Jest on wejściową częścią fig. 2, która wytwarza napięcie w przewodzie 122, podawane następnie na wejście 32a układu kontrolnego regulatora prądu 32, jak to ilustruje fig. 1. Mierzony wolny wylot jest używany do kontroli prądu spawania lub przynajmniej części prądu spawania w celu regulacji wielkości temperatury w jeziorku stopionego metalu podczas nakładania warstwy graniowej w procesie spawania. Jak wspomniano powyżej, napięcie w przewodzie 122 nie uwzględnia zmiennych parametrów w danym procesie spawania; zatem, według jednego aspektu wynalazku, napięcie w przewodzie 122 jest łączone z natężeniem prądu łuku. Ilustruje to fig. 2. W praktyce, obwód do łączenia tych wielkości jest pokazany na fig. 4.

Układ dzielnika 180 jest układem programowym, ale może być obwodem sprzętowym. Układ ten dzieli napięcie reprezentujące wolny wylot przez natężenie prądu łuku. Jak pokazano na fig. 5, natężenie prądu łuku jest chwilowym natężeniem prądu łuku występującym, kiedy mierzone jest napięcie. W konsekwencji, napięcie w przewodzie 182 odpowiada napięciu dla danego wolnego wylotu podzielone przez natężenie prądu zwarciowego w przebiegu spawarki STT między czasami T3 i T4.

PL 193 886B1

Napięcie w przewodzie 182 odpowiada rezystancji wolnego wylotu, która może być dokładniej kontrolowanym parametrem procesu spawania.

Rezystancja RSO wolnego wylotu jest używana przez obwód kontrolny regulatora prądu 32 w ten sam sposób jak napięcie VSO wolnego wylotu. W obu przypadkach sygnał w przewodzie 122 lub sygnał w przewodzie 182 odpowiada wolnemu wylotowi a. W opisie wolny wylot oznacza napięcie lub rezystancję odpowiadającą wolnemu wylotowi. Określenia te są używane zamiennie w przykładach wykonania wynalazku.

Obwód kontrolny regulatora prądu 32 ma pierwsze wejście 32a dla napięcia odpowiadającemu wolnemu wylotowi i drugie wejście 32b dla rezystancji odpowiadającej wolnemu wylotowi. Aby upewnić się, że napięcie (lub RSO) w wejściu 32b wykorzystuje to samo natężenie prądu, które jest wykorzystywane do pomiaru napięcia odpowiadającemu wolnemu wylotowi, używany jest klucz 128 do ładowania kondensatora 184, jak to ilustruje fig. 4. Napięcie i natężenie prądu wprowadzane do obwodu 180 są napięciami i natężeniami prądu zmierzonymi podczas tego samego krótkiego przedziału czasu, trwającego mniej niż 500 mikrosekund, korzystnie około 300 mikrosekund bezpośrednio po punkcie załamania w stanie zwarciowym. Modyfikacja obwodu pokazanego na fig. 4 jest pokazana na fig. 4A, gdzie stopień dzielnika 180a dzieli napięcie łuku Va przez natężenie prądu łuku Ia, a wynik jest odczytywany podczas wyładowania łukowego w przedziale czasu T1 - T8. Wynik odpowiada rezystancji wolnego wylotu jako napięciu na kondensatorze 184a w wyjściu 182a.

Na pomiar napięcia odpowiadającego wolnemu wylotowi mają wpływ: realizowany proces spawania i osiągalne parametry, pozwalające uzyskać sygnał odpowiadający wolnemu wylotowi, czy to będzie napięcie VSO, czy rezystancja RSO. Ponieważ w korzystnym przykładzie wykonania wynalazku stosuje się spawarkę łukową STT, obwód pomiaru wolnego wylotu jest wykorzystany w korzystnym przykładzie wykonania. Obwód ten jest znany i jest wyjaśniony na fig. 5- 7. Wykresy natężenia prądu i napięcia dla spawarki STT są przedstawione na fig. 6, gdzie cykl spawania zawarty jest pomiędzy czasami T0 a T9. W czasie T9, cykl spawania jest powtarzany. W czasie T0, napięcie Va maleje, sygnalizując powstanie zwarcia między stopionym metalem na końcu wystającego odcinka pręta elektrody a jeziorkiem stopionego metalu 12 już osadzonym w spawanym złączu. Do czasu T1, natężenie prądu jest utrzymywane na niskim poziomie. Następnie, natężenie prądu jest w sposób kontrolowany zwiększane, co wskazuje impuls skurczu 200, powodujący powstanie impulsu napięcia 202.

W punkcie załamania 204, występującym w czasie T2, nachylenie krzywej wzrostu natężenia prądu maleje przez resztę impulsu skurczu. Natężenie w punkcie załamania 204 ma stałą wartość. Klucz 128 jest zamknięty między czasem T3 a T4. Czas T3 jest opóźniony w stosunku do czasu T2 o około 100 mikrosekund. Daje to stosunkowo wąski impuls napięcia 210, który powstaje w pobliżu punktu załamania 204. Zatem natężenie prądu spawania jest zawsze na tym samym poziomie, kiedy tworzony jest impuls napięcia 210. Kiedy obwód ostrzegawczy 74 wskazuje, że zbliża się wyładowanie, impuls skurczu 200 obniża się do poziomu prądu tła w czasie T5.

Taki poziom prądu jest utrzymywany aż do czasu T6, kiedy tworzony jest impuls prądu 212 wywołany powiększeniem objętości plazmy przez układ 30 regulacji kształtu przebiegu fali, pokazany na fig. 1. W impulsie tym występuje maksymalne natężenie prądu, które w części 214 maleje. Linie pionowe reprezentują szybkie impulsy z klucza 50. Wygaszanie impulsu prądu 212 wywołanego powiększeniem objętości plazmy jest kończone w czasie T8. Następnie, prąd tła jest podtrzymywany w celu utrzymywania stopionego metalu w kropli w stanie ciekłym, aż do czasu T9, w którym nastąpi zwarcie. Jest to ten sam warunek zwarciowy, który rozpoczyna cykl w czasie T0.

Zatem w czasie T9 rozpoczynany jest następny cykl spawania. Ilość ciepła wytworzona w operacji spawania jest określone przez scałkowanie krzywej natężenia prądu między czasem T5 i T9. Ilość ciepła jest regulowana przez zmianę impulsu prądowego lub maksymalnego natężenia prądu w impulsie prądowym narastającym lub poziomem natężenia prądu tła między czasami T8 a T9. Przez dobranie maksymalnego natężenia prądu IM lub natężenia IB prądu tła ilości ciepła w jeziorku stopionego metalu 12 jest zmieniane w celu regulacji lepkości cząsteczek stopionego metalu. Impulsy skurczu 200 i napięcia 202, wraz z impulsami napięciowymi 210 są schematycznie przedstawione na fig. 5. Przez gromadzenie tych impulsów, wytwarzane jest napięcie VSO wolnego wylotu w celu użycia w wynalazku. Jak wyjaśniono wcześniej, napięcie VSO odpowiadające wolnemu wylotowi, jest dzielone przez natężenie prądu łuku Ia w celu wytworzenia rezystancji RSO wolnego wylotu.

Rezystancja RSO wolnego wylotu jest pokazana jako impuls 220 na dolnym wykresie fig. 5. Impuls 220 jest zebrany w celu uzyskania chwilowej rezystancji wolnego wylotu, używanej w wynalazku. Zarówno napięcie jak i rezystancja odpowiadające wolnemu wylotowi, wskazują długość wolnego

PL 193 886B1 wylotu podczas procesu spawania. Są one stosowane w wynalazku w celu kontrolowania wielkości temperatury w jeziorku, szczególnie podczas nakładania warstwy graniowej spoiny w procesie spawania. Te same wartości są używane do kontrolowania oscylacji głowicy spawalniczej podczas wypełniania złącza miedzy dwiema sąsiednimi płytami. Przyjmując, że natężenie prądu jest stałe między czasami T3 i T4, co ogólnie jest prawdziwe, impulsy napięciowe 210a, 210b i 210c reprezentują zmienne długości wolnego wylotu m, n i o w próbkach I, IIi IIIna fig. 7. Odpowiednie impulsy napięciowe pokazane na wykresie na fig. 7 są używane jako parametry odpowiadające wolnemu wylotowi.

Według wynalazku, napięcie VSO wolnego wylotu w przewodzie 122 jest podawane na wejście 32a obwodu kontroli prądu regulatora prądu 32. Obwód ten pokazany jest schematycznie na fig. 8. Napięcie wolnego wylotu na wejściu 32a jest podawane na wejście tabeli przeglądowej w układzie pamięci urządzenia 250 typu ROM, PROM lub innego urządzenia, które wytwarza żądane natężenie prądu dla układu pamięci 252 skorelowane z wejściowym napięciem wolnego wylotu. Napięcie wyjścia 254 jest napięciem reprezentującym żądane natężenie prądu w oparciu o zmierzone napięcie VSO wolnego wylotu. W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, natężenie prądu łuku w przewodzie 132 jest podawane na obwód regulatora prądu 32 wyjściem 32c.

W obwodzie regulatora prądu 32 natężenie prądu łuku jest całkowane przez układ całkujący 260 w przedziale czasu T0 i T9. Daje to rzeczywiste natężenie prądu spawarki w całym cyklu spawania. W konsekwencji, napięcie w przewodzie 264 odpowiada rzeczywistemu natężeniu prądu, które jest podawane na jedno wejście wzmacniacza błędu 270. Na drugie wejście podawane jest żądane natężenie prądu z wyjścia 254. Wyjście układu 272 jest wyjściem 32d obwodu regulatora prądu 32. Napięcie w wyjściu 32d kontroluje rzeczywiste natężenie prądu podczas kolejnych cykli spawania.

Zatem, kiedy wolny wylot rośnie ilość ciepła w jeziorku stopionego metalu 12 maleje. Ta odwrotna zależność jest zaprogramowana w tabeli przeglądowej układu pamięci 250. Układ 30 formuje kształt przebiegu natężenia prądu, jak to przedstawiono na fig. 6, stosując poziomy żądanego natężenia prądu w celu doprowadzenia rzeczywistego natężenia prądu do żądanej wartości. Układ 272 regulacji natężenia prądu lub stopień zmienia maksymalne natężenie prądu IM, lub natężenie IB prądu tła lub oba prądy według zaprogramowanego w stopniu żądanego układu 272. W korzystnym przykładzie wykonania, natężenie prądu IB tła jest dobierane w celu utrzymania żądanej wartości wielkości ciepła w jeziorku stopionego metalu 12.

Figury 9 -12 są modyfikacjami korzystnego przykładu wykonania wynalazku do kontrolowania elektrycznych spawarek łukowych przy pomocy pomiaru długości wolnego wylotu, odpowiadającego albo napięciu VSO albo rezystancję RSO. Te algorytmy programowe są przedstawione schematycznie i mogą być zaimplementowane różnymi technikami programowania. Fig. 9 przedstawia obwód 30' kontroli prądu, w którym użyty jest generator funkcyjny 280 zamiast zaprogramowanej tabeli przeglądowej układu pamięci 250. Generator funkcyjny 280 może być urządzeniem analogowym lub cyfrowym i może odbierać sygnał wejściowy, który jest albo napięciem VSO albo rezystancją RSO. Na wyjściu generatora funkcyjnego 280 jest żądane natężenie prądu stopnia odpowiadającego układowi 282. Poziom w tym stopniu kontroluje natężenie prądu spawania, jak wskazuje układ pamięciowy 284 lub stopień, mający wyjście 286. Ta wartość wyjściowa natężenia prądu jest skierowana do sterownika spawarki łukowej, na przykład obwodu 30 formowania kształtu przebiegu.

Figura 10 ilustruje schemat obwodu kontrolnego 30 wykorzystujący tabelę przeglądową układu 290 w celu wytworzenia żądanego natężenia prądu w stopniu odpowiadającym układowi 292 do kontrolowania natężenia prądu stopnia regulacyjnego odpowiadający układowi 294. Sygnał na wyjściu przewodu 296 jest skierowany do sterownika spawarki. Zarówno fig. 9 jak i 10 wskazują, że albo napięcie albo rezystancja, odpowiadające wolnemu wylotowi, mogą być używane jako bezpośrednie sterowanie spawarką. Nie jest wykorzystywane sprzężenie zwrotne rzeczywistego natężenia prądu.

Przykłady wykonania wynalazku reprezentują kontrolę w pętli otwartej, gdzie natężenie prądu jest wielkością absolutną, określoną przez wyjście generatora funkcyjnego 280 lub tabelę przeglądową układu 290. W praktyce stosowany jest układ z zamkniętą pętlą, pokazany na fig. 8. Układy pokazane na fig. 8-10 są wykonane przez program w mikroprocesorze, jednakże mogą być wykonane przez obwody analogowe. Rezystancja odpowiadająca wolnemu wylotowi zawiera więcej informacji i jest dokładniejszym parametrem dla wolnego wylotu. W konsekwencji, układy kontroli spawarki pokazane na fig. 11 i 12 używają rezystancji RSO wolnego wylotu jako wyniku pomiaru wolnego wylotu. Na fig. 11, obwód 300 ma tabelę przeglądową w układzie 302 na której wejście 182 podawana jest w czasie rzeczywistym rezystancja RSO wolnego wylotu.

PL 193 886B1

Tabela jest modyfikowana przez różne parametry, takie jak skład elektrody i jej rozmiar, rodzaj gazu osłonowego i inne zmienne. Zmienne te modyfikują tabelę przeglądową układu 302 w celu uwzględnienia dodatkowych parametrów. Sygnał wyjściowy tabeli przeglądowej, uwzględniający wszystkie te parametry, jest wolnym wylotem w układzie 304 lub stopniem. Według wynalazku, sygnał wolnego wylotu z tym stopniem jest korzystnie cyfrowy i jest przekazywany do sterownika 306 spawarki W.

Zatem zmienną dla sterownika jest rezystancja RSO wolnego wylotu, zmierzona według wynalazku. Obwód 310 z fig. 12 otrzymuje przewodem 182 wartość rezystancji wolnego wylotu jako sygnał wejściowy. Wartość ta jest kierowana do zaprogramowanej tabeli przeglądowej, jak to ilustruje fig. 11 w celu wytworzenia sygnału odpowiadającemu wolnemu wylotowi w stopniu 314. Wartość tego sygnału jest przesyłana do sterownika procesu 316 spawarki W.

Sterownik procesu 316 otrzymuje również takie sygnały wejściowe, jak natężenie prądu, napięcie, czas, parametry elektrody i gazu osłonowego i szybkość wysuwania pręta elektrody. Wszystkie parametry są używane do kontrolowania procesu spawania, realizowanego przez spawarkę W. Zgodnie z fig. 12, obwód 310 podaje na wejście standardowego sterownika 316 elektrycznej spawarki łukowej W parametr odpowiadający wolnemu wylotowi. W tych dwóch przykładach parametrem jest rezystancja RSO wolnego wylotu. Parametrem może być napięcie VSO wolnego wylotu.

Według wynalazku wykorzystuje się długość wolnego wylotu, odpowiadającą napięciu VSO, albo rezystancji RSO, w celu kontrolowania natężenia prądu spawania i regulacji wielkości temperatury w jeziorku stopionego metalu w procesie spawania rur. Zalety wynalazku są przedstawione na fig. 13A, 13B, 14A i 14B, które pokazują złącze J spawu między oddalonymi płytami P1 i P2. W praktyce, sąsiednie końce sekcji rury tworzą złącze J. Złącze J zawiera zbieżne ścianki 320, 322 zakończone pionowymi ściankami 330, 332, pomiędzy którymi jest utworzona szczelina g. Kiedy w złączu J, w którym ma być nakładana pierwsza warstwa graniowa, zmienia się znacznie szerokość szczeliny g, wpływa to na nakładanie warstwy graniowej przez automatyczną spawarkę. Kontroluje się wielkość temperatury w jeziorku spawalniczym lub warstwie 340 odpowiednio do rozmiaru szczeliny g. Na fig. 13A i 13B szczelina g jest stosunkowo wąska. W konsekwencji jeziorko 340 stopionego metalu nie przenika do szczeliny g.

Problem ten jest pokazany na fig. 13A. Zatem jeziorko gromadzi się nad szczeliną, zwiększając wysokość. Powoduje to redukcje wolnego wylotu SO między końcem uchwytu kontaktowego 14 a wierzchołkiem jeziorka stopionego metalu 340.

W konsekwencji występuje niedostateczne łączenie ścianek 320, 322. Według wynalazku wolny wylot SO jest mierzony w odniesieniu do napięcia wolnego wylotu lub rezystancja wolnego wylotu, a tabela przeglądowa układu pamięci ROM lub generatora funkcyjnego, tworzy sygnał odpowiadający odwrotnej zależności. Im mniejszy jest zmierzony wolny wylot, tym większe powinno być natężenie prądu spawania i vice versa. Poprzez zwiększenie natężenia prądu spawania, jeziorko 340 przenika do szczeliny g i łączy płyty P1 i P2 między ściankami 330, 332, jak pokazano na fig. 13B. Zatem, kiedy szczelina jest mała, wielkość temperatury jeziorka jest zwiększane w celu zmniejszenia lepkości cząsteczek metalu i pozwala na przenikanie podczas nakładania warstwy graniowej.

W podobny sposób, jeśli odległość między ściankami 330, 332 jest zbyt duża powstaje duża szczelina g, jak pokazano na fig. 14A, jeziorko stopionego metalu 340 przepływa przez szczelinę do wnętrza rury. Kiedy szczelina rośnie, rośnie wolny wylot. Według wynalazku, istnieje odwrotna zależność między wolnym wylotem a ilością ciepła wytwarzanego w jeziorku przez prąd spawania, zatem natężenie prądu spawania jest zmniejszane, tworząc kształt jeziorka spawalniczego pokazany na fig. 14B.Jak widać na fig. 13 i 14, utrzymuje się żądane natężenie prądu spawania w celu wytworzenia właściwej wielkości temperatury w jeziorku 12 w celu skompensowania zmian odległości między spawanymi płytami. Jest to bardzo korzystny proces spawania przy nakładaniu warstwy graniowej. Kompensuje się więc różnice szerokości szczeliny przy nakładaniu początkowej warstwy graniowej podczas spawania rury, szczególnie przy użyciu zwarciowego procesu spawania uzyskiwanego przy użyciu spawarki STT.

Wynalazek jest także stosowany z innymi elektrycznymi spawarkami łukowymi, przy czym mierzony jest wolny wylot, zaś natężenie prądu jest regulowane odwrotnie proporcjonalnie do zmierzonego wolnego wylotu.

Chociaż wynalazek ma zastosowanie szczególnie przy nakładaniu warstwy graniowej w złączu J, jest również stosowany przy następnych przejściach, gdzie podczas operacji spawania wypełnia się złącze J powyżej początkowej warstwy graniowej. Podczas nakładania warstwy graniowej, mechanizm

PL 193 886B1 głowicy elektrody jest utrzymywany w jednym położeniu nad szczeliną g. W następnych przejściach, głowica elektrody przesuwa uchwyt kontaktowy 14 poprzecznie w przód i w tył wężowym ruchem, kiedy głowica przesuwa się wokół złącza J sekcji rury między płytami lub sekcjami P1, P2. Ta poprzeczna praca jest schematycznie pokazana na fig. 15, gdzie warstwa spoiny 400 zawiera górne jeziorko 402 stopionego metalu.

Głowica elektrody jest przesuwana do przodu i do tyłu jak wskazuje strzałka 410 w celu nakładania stopionego metalu do złącza J i połączenia płyt P1 i P2, jak pokazano na fig. 15. Kiedy uchwyt kontaktowy 14 przesuwa się do przodu i do tyłu, wolny wylot SO maleje na zewnętrznych krawędziach ścianek 320, 322, a jest większy w pobliżu środka. Zatem długość wolnego wylotu zmienia się od małej wartości do dużej wartości i ponownie do małej wartości w miarę przesuwania głowicy elektrody w poprzek złącza J. Ponieważ wynalazek pozwala na sterowanie spawarką przez pomiar wolnego wylotu, wynalazek jest wykorzystywany również jako ulepszenie mechanizmu przesuwania głowicy elektrody do przodu i do tyłu podczas spawania złącza J.

Według wynalazku, głowica elektrody przesuwa się do przodu i do tyłu w sposób pokazany na fig. 15, przy czym mierzony jest wolny wylot lub wystający odcinek pręta elektrody i działanie napędu głowicy jest modyfikowane, jak przedstawiono na fig. 16. Głowica pokazana jako uchwyt kontaktowy 14 jest przesuwana do przodu i do tyłu przez silnik M.

Obwód 440 odwraca poprzeczny kierunek działania silnika M, kiedy wolny wylot osiąga ustaloną wielkość, określaną jako długość X. Klucz 442 kieruje poziom napięcia odpowiadający wolnemu wylotowi na jedno wejście komparatora 450. Na drugie wejście jest podawane napięcie reprezentujące żądaną długość X wolnego wylotu. Wyjście 452 zmienia sygnał logiczny, kiedy wolny wylot osiągnie długość X. Zmiana sygnału logicznego uaktywnia klucz odwracający 454 w celu wytworzenia w przewodzie 456 sygnału odwracającego kierunek. Kierunek działania silnika M jest odwracany w celu przesuwania głowicy w przeciwnym kierunku poprzecznym. Głowica jest przesuwana wzdłuż złącza J ruchem wężowym. Po zmianie kierunku sygnał w linii 460 uaktywnia kontrolę kierunku za pomocą klucza 462 w celu zmiany stanu sygnału logicznego w wejściu 462a.

Zatem, kiedy głowica odwraca kierunek, klucz 462 ustawia w stan wyjściowy układ 454 odwracający, czekając na ponowne wykrycie długości X wolnego wylotu. Przez zamknięcie klucza 442, głowica przesuwa się do przodu i do tyłu w poprzek złącza J, kiedy proces spawania przesuwa się wzdłuż złącza J. Długość X może zmieniać się, kiedy warstwa spoiny 400 narasta w wyniku kolejnych przejść głowicy, tak że wytwarzany jest większy dystans miedzy punktami zwrotu. Podczas ruchu do przodu i do tyłu głowicy może być pożądane zwiększanie lub zmniejszanie ilości ciepła w różnych poprzecznych położeniach głowicy. Większa ilość ciepła jest potrzebna na zewnętrznych krawędziach złącza J, zaś mniejsza ilość ciepła jest potrzebna w środku złącza.

W celu realizacji tego celu, obwód pokazany na fig. 16 zawiera dwa dodatkowe układy kontrolne. W układzie kontrolnym 460, klucz 462 podaje sygnał reprezentujący wolny wylot na komparator 470, porównujący sygnał z sygnałem z przewodu 464. Kiedy napięcie wolnego wylotu jest większe niż poziom oznaczony przez Y, pojawia się sygnał na wyjściu 472 komparatora 470. To rozpoczyna obniżanie wielkości ciepła wejściowego przez stopniowe zmniejszanie natężenia prądu w układzie kontroli prądu 474, podającym sygnał do przewodu 476, regulujący natężenia prądu w procesie spawania.

W podobny sposób układ kontrolny 480 jest uaktywniany przez zamknięcie klucza 482, który podaje sygnał wraz z sygnałem z przewodu 484 na wejścia komparatora 490, tak że wytwarzany jest sygnał wyjściowy w przewodzie 492, kiedy wolny wylot jest mniejszy niż Z. Zatem, kiedy głowica przesuwa się bliżej krawędzi, ilość ciepła jest zwiększana przez przewód 492 kontroli prądu w celu zwiększenia sygnału prądowego w przewodzie 496. Wykorzystując układy kontrolne 460, 480, wielkość temperatury wytworzona w kolejnych przejściach po nałożeniu warstwy graniowej jest kontrolowane przez wolny wylot. Wolny wylot maleje, kiedy głowica przesuwa się bliżej krawędzi.

Zatem wielkość temperatury rośnie. Kiedy głowica elektrody przesuwa się w stronę środka złącza, wielkość temperatury zmniejsza się. Kontroluje się wielkość temperatury, ale nie stosuje się do kontrolowania nakładania warstwy graniowej w operacji spawania, jak przedstawiono na fig. 1 - 14. Przez używanie obwodu 440 odwracającego kierunek, głowica śledzi drogę P nawet wówczas, gdy droga jest wygięta, jak pokazano na fig. 19. Kiedy głowica spawalnicza przesuwa się wzdłuż drogi P, odwraca kierunek po osiągnięciu szczególnego położenia odchylonego w złączu J. Odwracanie nie jest wykonywane w stałym punkcie, jak pokazano na rysunku. Zatem wynalazek może być używany do śledzenia spoiny nawet wówczas, gdy nie ma uformowanej grani. Zbieżne ścianki płyt P1, P2 są wykorzystywane do definiowania punktów zwrotu.

PL 193 886B1

Figura 20 przedstawia wykres charakterystyk roboczych wynalazku. Krzywa 500 ilustruje początkowo pierwsze napięcie wolnego wylotu równe około 2,0 wolt aż do sekcji 502. Napięcie wolnego wylotu maleje następnie do około 0,75 wolta. Krzywa ta wyjaśnia wynalazek. Głowica przesuwa się wzdłuż jeziorka stopionego metalu 500a o pierwszej wysokości, a następnie osiąga rejon 502a, gdzie jeziorko 504a ma drugą wysokość, która jest o 0,63 cm (0,25 cala) wyższa niż wysokość jeziorka 500a. Kiedy wystąpi ta zmiana wysokości jeziorka, wolny wylot znacznie maleje i napięcie wolnego wylotu odpowiednio maleje. To zmniejszone napięcie jest używane do nakładania warstwy graniowej w celu zwiększenia natężenia prądu, kiedy napięcie maleje.

Ta odwrotna zależność jest korzystnie linią prostą, jednakże może być krzywą w celu uzyskania żądanego efektu. Inny wykres jest przedstawiony na fig. 21. Krzywa 510 przedstawia napięcie wolnego wylotu, kiedy głowica przesuwa się do przodu i do tyłu między ściankami 320, 322 złącza J. Kiedy wolny wylot maleje, osiąga wreszcie wartość X, sygnalizującą krótki wolny wylot. Powoduje to zwrot w punkcie 512, aż głowica osiągnie przeciwną zbieżną ściankę. W międzyczasie wolny wylot osiąga wysoki poziom 514, sygnalizujący środek złącza J, przyjmując, że złącze nie jest znacznie wypełnione stopionym metalem.

Krzywa 510 reprezentuje przykład wykonania wynalazku, gdzie wolny wylot jest używany do zmiany kierunku ruchu głowicy, kiedy przesuwa się ona wzdłuż drogi P złącza J. Wynalazek jest używany do śledzenia i wypełniania złącza J podczas kolejnych przejść w procesie spawania rury. Trzeci wykres jest przedstawiony na fig. 22. Krzywa 520 odnosi się do przebytej drogi, kiedy wszystkie trzy klucze 442, 462 i 482 na fig. 16 są zamknięte. Kiedy głowica spawalnicza przesuwa się do przodu i do tyłu w poprzek złącza J, napięcie wolnego wylotu maleje aż do punktu X odwrócenia kierunku. Między punktami zwrotu, napięcie wolnego wylotu stopniowo rośnie i maleje, jak pokazano na fig. 21. Kiedy napięcie wolnego wylotu osiągnie poziom Z w punkcie 522, wielkość temperatury jeziorka zaczyna rosnąć w wyniku zwiększania natężenia prądu spawania. Zwiększenie natężenia prądu spawania występuje w rejonie 526 krzywej 520, aż osiągnięty zostanie punkt 524.

W podobny sposób, kiedy głowica przesuwa się w stronę środka złącza J, wolny wylot może osiągnąć poziom Y w punkcie 530. Jak długo napięcie wolnego wylotu jest wyższe niż w punkcie 530, natężenie prądu spawania jest stopniowo zmniejszane w celu zmniejszania wielkości temperatury w jeziorku. Obraz 534 reprezentuje to działanie, które jest utrzymywane, aż napięcie wolnego wylotu jest obniżone poniżej poziomu Y w punkcie 532. Zatem można uzyskać kontrolę wielkości temperatury jeziorka podczas kolejnych przejść głowicy przez złącze J. Jednakże główne zalety wynalazku są przedstawione i wyjaśnione odnośnie fig. 13 i 14.

Stwierdzono, że częstotliwość zwarć w spawarce STT, przy utrzymaniu cyklu, jak pokazano na fig. 6, jest funkcją wolnego wylotu. Przez pomiar częstotliwości zwarć, wykonywany przez rejestrowanie zwarć w czasie T0, można określić wolny wylot i użyć w praktyce wynalazku. Koncepcja ta jest przedstawiona na fig. 23. Impulsy w linii 600 są impulsami wytwarzanymi w każdym kolejnym zwarciu w krzywej STT na fig. 6. Przetwornik częstotliwości na napięcie 602 wytwarza napięcie w linii 604 w oparciu o częstotliwość zwarć STT. Napięcie to, odpowiada długości wolnego wylotu. Napięcie to jest stosowane do kontroli natężenia prądu spawania.

W przedstawionym przykładzie wykonania, napięcie odpowiadające rzeczywistej częstotliwości fa jest porównywane z napięciem odpowiadającym wzorcowej częstotliwości fr w przewodzie 610, ustalonym przez potencjometr 612. Wzmacniacz błędu 620 wytwarza sygnał błędu w linii 622 w celu kontrolowania natężenia prądu 630 i ustalenia żądanego poziomu natężenia prądu odpowiednio do ustawienia potencjometru 612. Działanie układu przedstawiają fig. 13 i 14.

Zastosowanie częstotliwości zwarć w spawarce STT jest inną koncepcją obwodu do pomiaru wolnego wylotu, która może zostać użyta w tym wynalazku.

Claims (22)

1. Urządzenie do spawania łukiem elektrycznym, do osadzania, stopionego metalu z przemieszczającego się do przodu pręta elektrody, w jeziorku stopionego metalu w otwartej szczelinie złącza spawanego pomiędzy dwiema umieszczonymi obok siebie płytami, przy czym złącze jest umieszczone w torze spawania i jest utworzone przez zbiegające się ściany kończące się korzystnie równoległymi ścianami usytuowanymi w odległości określającej odstęp, znamienne tym, że ma uchwyt kontaktowy (14) z wylotem pręta elektrody (10), przy czym ruchomy do przodu pręt elektrody (10) wystaje pomiędzy

PL 193 886B1 uchwytem kontaktowym (14) i jeziorkiem stopionego metalu (12, 340), oraz spawarkę łukową zwarciową, która jest spawarką (W) do wywoływania przepływu prądu spawania o różnych poziomach przez pręt elektrody (10) w kolejnych cyklach spawania, zaś każdy z cykli spawania ma wyładowania łuku, przy czym pręt elektrody (10) ma położenie oddalenia od jeziorka stopionego metalu (12, 340), a na końcu pręta elektrody (10) jest uformowana kropla stopionego metalu oraz położenie zwarcia, w którym kropla stopionego metalu usytuowana na końcu pręta elektrody (10) początkowo styka się z jeziorkiem stopionego metalu (12, 340), a następnie przemieszcza od pręta elektrody (10) do jeziorka stopionego metalu (12, 340) przez szczelinę pomiędzy dwoma płytami (P1, P2), a ponadto pręt elektrody (10) jest połączony z układem wyczuwania długości wolnego wylotu zawierającym przetwornik częstotliwości (602), który jest przetwornikiem wyczuwania rzeczywistej częstotliwości (fa) cykli spawania oraz układ regulatora prądu (32) i wzmacniacz błędu (620) połączony z układem sterowania natężenia prądu (630) stanowiące układ regulacji natężenia (Ia) prądu spawania i utrzymywania częstotliwości (f1) w pobliżu wartości wzorcowej (fr).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pręt elektrody (10) jest połączony z układem wytwarzania sygnałów w postaci sygnału napięcia (VSO) wolnego wylotu, rezystancji (RSO) prądu wolnego wylotu, impulsów napięciowych (210a, 210b, 210c) wolnego wylotu, proporcjonalnych do długości wolnego wylotu (SO) i z regulatorem prądu (32) sterowania wyjściem spawarki zgodnie z sygnałem napięcia (VSO), rezystancją (RSO) i impulsami napięciowymi (210a, 210b, 210c) wolnego wylotu.

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że regulator prądu (32) zawiera przewód (264) doprowadzania prądu o rzeczywistym natężeniu prądu spawania i układ sterowania prądem spawania na wyjściu (254), w zależności od wielkości wystającego odcinka pręta elektrody (10) stanowiącego wolny wylot (SO), zawierający układ pamięci (250, 252) oraz elementy do przełączania i regulacji rzeczywistego prądu spawania w kierunku wymaganego prądu spawania w postaci wzmacniacza błędu (270) i układu regulacji natężenia prądu (272).

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że regulator prądu (32) jest połączony ze stałoprądowym zasilaczem impulsowym (PS) spawarki łukowo zwarciowej, wywoływania przepływu prądu (Ia) spawania o różnych poziomach przez pręt elektrody (10) w kolejnych cyklach spawania, przy czym każdy z cykli spawania ma wyładowanie łuku, podczas którego pręt elektrody (10) jest w oddaleniu od jeziorka stopionego metalu (12, 340), a na jego końcu jest uformowana kropla stopionego metalu oraz w położeniu zwarcia, podczas którego kropla stopionego metalu usytuowana na końcu pręta elektrody (10) początkowo jest w styku z jeziorkiem stopionego metalu (12, 340), a następnie jest umieszczona w jeziorku stopionego metalu (12, 340) w szczelinie i po oderwaniu kropli od pręta elektrody (10) dla zapoczątkowania kolejnego wyładowania łuku.

5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 3, albo 4, znamienne tym, że prętem elektrody (10) jest pręt rdzeniowy.

6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ wyczuwania wolnego wylotu ma układ do pomiaru poziomu napięcia na uchwycie kontaktowym (14) i jeziorku stopionego metalu (12, 340) przez krótki czas w dokładnym czasie podczas stanu zwarciowego i układ wytworzenia sygnału odpowiadającego wolnemu wylotowi (SO) na podstawie zmierzonych poziomów napięcia (VSO) i rezystancji (RSO).

7. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że układ wyczuwania wolnego wylotu ma układ pomiarowy poziomu napięcia na uchwycie kontaktowym (14) i jeziorku stopionego metalu (12, 340) przez krótki czas, w dokładnym czasie podczas stanu zwarciowego i układ wytworzenia sygnałów (VSO, RSO) odpowiadających długości wolnego wylotu (SO) na podstawie zmierzonych poziomów napięcia.

8. Urządzenie według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że układu wytwarzania sygnałów sygnał (VSO) jest połączony z układem dzielnika (180), w którym jest on przetwarzany na sygnał odpowiadający rezystancji proporcjonalny do rezystancji pręta (10) na długości wolnego wylotu (SO).

9. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że zasilacz stałoprądowy (PS) zawiera układ do jego sterowania przez sygnał rezystancji (RSO).

10. Urządzenie według zastrz. 1 albo 4, znamienne tym, że spawarka łukowa zwarciowa jest spawarką STT.

11. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że płyty (P1, P2) są cylindrycznymi końcami odcinków rury.

12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że zasilacz stałoprądowy (PS) jest spawarką STT.

PL 193 886B1

13. Urządzenie według zastrz. 1 albo4, znamienne tym, że spawarkałukowa zwarciowa jest inwerterem.

14. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że zasilacz stałoprądowy (PS) jest inwerterem.

15. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że układ wyczuwania wolnego wylotu jest algorytmemoprogramowania.

16. Urządzenie według zastrz. 12, znamienne tym, że spawarka jest sterowana z częstotliwościąwiększąniżokoło18kHz.

17. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że sygnał odpowiadający wolnemu wylotowi (SO) jest napięciem (VSO) proporcjonalnym do długości wystającego odcinka pręta elektrody.

18. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że sygnał odpowiadający wolnemu wylotowi (SO) jest napięciem proporcjonalnym do rezystancji (RSO) pręta elektrody.

19. Urządzenie według zastrz. 1 albo4, znamienne tym, że pręt elektrody (10) jest połączony z zasilaczem impulsowym (PS) przełączającym i jestw stanie płynnym, gdy jest w położeniu przesuniętym do przodu w kierunku szczeliny (g) złącza spawanego(J), przy czym zasilacz impulsowy (PS)jest sterowany z częstotliwością większą niż około 18 kHz.

20. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że prąd spawania (Ia) płynący przez pręt elektrody(10)jest zmniejszany za pomocą układu kontrolnego (460), przy czym wyczuwana długość wystającego pręta elektrody (10)jest większa niż zadana duża wartość.

21. Urządzenie według zastrz. 17, znamienne tym, że prąd spawania (Ia) płynący przez pręt elektrody jest zwiększany za pomocą układu kontrolnego (480), przy czym wyczuwana długość wystającego pręta elektrody (10) jest mniejsza niż zadana duża wartość.

22. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, żeukład do sterowania prądem spawania jest algorytmem oprogramowania.