RU2176946C2

RU2176946C2 - Apparatus for electric arc gas-shield welding

Info

Publication number: RU2176946C2
Application number: RU98108824A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Казаков; К.Б. Корягин; К.В. Моторин; В.Е. Кузнецов
Original assignee: Научное конструкторско-технологическое бюро "Парсек"
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2001-12-20

Abstract

FIELD: welding, namely electric arc welding by consumable or non-consumable electrode of large-size grid or girder constructions with large number of short joints. SUBSTANCE: apparatus includes power source for welding arc, welding burner, arc burning indicator and mutually connected through gas supplying members: bottle with shield gas, gas flowmeter, electropneumatic valve with winding, throttling member and power unit for winding of electric valve. Throttling member is joined in parallel with electropneumatic valve; its winding is joined with power unit through arc burning indicator. According to other variant of invention throttling member is joined in parallel with electropneumatic valve. Arc burning indicator is in the form of primary winding of transformer connected in series with secondary circuit of welding-arc power source. Power unit for electropneumatic valve is in the form of secondary winding of transformer. EFFECT: improved design. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено при дуговой сварке плавящимся или неплавящимся электродом в защитном газе, например, крупногабаритных решетчатых или форменных конструкций с большим количеством коротких швов. The invention relates primarily to mechanical engineering and can be used in arc welding with a consumable or non-consumable electrode in a protective gas, for example, large-sized lattice or shaped structures with a large number of short seams.

Известно устройство для дуговой сварки в защитном газе (Федько В.Т. и др. Отсекатель газа. Заявка на выдачу патента РФ N 93049161/08, бюллетень изобретений N 5, 1995, B 23 K 9/16). Это устройство содержит отсекатель газа, успокоительную камеру и элементы включения и выключения защитного газа. Оно обеспечивает подачу защитного газа в зону сварки при снятии сварочной горелки с крюка и выключение подачи защитного газа при возвращении горелки в исходное состояние. Это позволяет экономить защитный газ за счет автоматизации его выключения во время перерывов в работе. A device for arc welding in shielding gas is known (Fedko V.T. et al. Gas cut-off. Application for the grant of RF patent N 93049161/08, Bulletin of inventions N 5, 1995, B 23 K 9/16). This device contains a gas cutter, a stilling chamber, and elements for switching on and off the protective gas. It provides the supply of shielding gas to the welding zone when removing the welding torch from the hook and turning off the supply of shielding gas when the torch returns to its original state. This allows you to save shielding gas by automating its shutdown during breaks in operation.

Однако известное устройство не обеспечивает при коротких перерывах в работе возможность непрерывной продувки защитным газом всей газовой магистрали с минимально допустимым его расходом, достаточным для предохранения от попадания в магистраль воздуха через сопло сварочной горелки. При сварке изделий с большим количеством коротких швов это может привести к ухудшению качества начальных участков шва. Переход от одного шва к другому без выключения подачи газа известное устройство обеспечивает только при рабочем расходе газа, что ведет к его непроизводительным потерям. However, the known device does not provide, during short breaks in operation, the possibility of continuous purging with protective gas of the entire gas line with a minimum allowable flow rate sufficient to prevent air from entering the line through the nozzle of the welding torch. When welding products with a large number of short seams, this can lead to a deterioration in the quality of the initial sections of the seam. The known device provides the transition from one seam to another without turning off the gas supply only at a working gas flow rate, which leads to unproductive losses.

Известно также устройство для электродуговой сварки (Колесниченко В.Е., Зисер М.А. Устройство для сварки в среде защитных газов. Авторское свидетельство СССР N 804284 от 4.04.79 г., B 23 K 9/16), которое принято за прототип. Оно содержит источник питания сварочной дуги, датчики сварочного тока и напряжения дуги, ключевой элемент, газовый баллон с манометром, отсекатель газа, клапан и приводной электромагнит. Устройство снабжено системой рычагов, сильфоном обратной связи, заслонкой и соплом, соединенным с газовой камерой, выполненной из трех отделений, связанной с газовым баллоном и клапаном и снабженной перегородкой с мембраной, которая связана с клапаном. Сильфон соединен с выходным газовым каналом и средним отделением камеры, а измерительное отделением камеры соединено через постоянные дроссели со средним и входным отделениями. There is also known a device for electric arc welding (Kolesnichenko V.E., Ziser M.A. A device for welding in a protective gas environment. USSR author's certificate N 804284 of 04.04.79, B 23 K 9/16), which is taken as a prototype . It contains a power source for the welding arc, sensors for welding current and arc voltage, a key element, a gas cylinder with a manometer, a gas cut-off, a valve and a drive electromagnet. The device is equipped with a lever system, a feedback bellows, a shutter and a nozzle connected to a gas chamber made of three compartments, connected to a gas cylinder and a valve and provided with a partition with a membrane that is connected to the valve. The bellows is connected to the outlet gas channel and the middle compartment of the chamber, and the measuring compartment of the chamber is connected via permanent chokes to the middle and inlet compartments.

Такое выполнение устройства позволяет автоматически регулировать расход защитного газа в зависимости от силы сварочного тока, что уменьшает расход газа и повышает качество сварных швов, так как обеспечивает нужный для данного режима сварки расход газа. This embodiment of the device allows you to automatically adjust the flow of shielding gas depending on the strength of the welding current, which reduces gas consumption and improves the quality of welds, as it provides the required gas flow rate for this welding mode.

Однако регулирование расхода газа производится через сопло путем выброса части газа в атмосферу, что уменьшает экономию газа. Кроме того, при прекращении сварки или обрыве дуги известное устройство прекращает подачу газа. В результате даже при коротких перерывах в горении дуги в газовую магистраль может попасть воздух. Перед началом сварки следующего шва потребуется продувка защитным газом всей газовой магистрали. Известное устройство такой продувки не обеспечивает, что может ухудшить качество защиты сварного шва в его начале. However, the regulation of gas flow through the nozzle by ejecting part of the gas into the atmosphere, which reduces gas savings. In addition, when welding is stopped or the arc breaks, the known device stops the gas supply. As a result, even with short interruptions in the burning of the arc, air can enter the gas line. Before starting to weld the next seam, it will be necessary to purge the entire gas line with protective gas. The known device for such a purge does not provide, which may impair the quality of protection of the weld at its beginning.

Целью предлагаемого устройства является экономия защитного газа при обеспечении высокого качества сварных швов. The aim of the proposed device is to save protective gas while ensuring high quality welds.

Сущность изобретения по первому варианту состоит в том, что в устройстве для дуговой сварки в защитном газе, содержащем источник питания сварочной дуги, сварочную горелку, индикатор горения дуги и соединенные между собой газоподводящими элементами баллон с защитным газом, измеритель расхода газа, электропневмоклапан с обмоткой, дросселирующий элемент и источник питания обмотки электроклапана, дросселирующий элемент подсоединен параллельно электропневмоклапану, обмотка которого подключена к источнику его питания через индикатор горения дуги. The essence of the invention according to the first embodiment consists in the fact that in a device for arc welding in a shielding gas containing a power source for the welding arc, a welding torch, an arc burning indicator and gas-protective cylinder connected to each other by gas supply elements, a gas flow meter, an electro-pneumatic valve with a winding, the throttling element and the power supply of the solenoid valve winding, the throttling element is connected in parallel with the electro-pneumatic valve, the winding of which is connected to its power source through the indicator Nia arc.

Согласно второму варианту в устройстве дросселирующий элемент соединен параллельно с электропневомоклапаном, индикатор горения дуги выполнен в виде первичной обмотки трансформатора, которая включена последовательно во вторичную цепь источника питания сварочной дуги, а источник питания обмотки электропневмоклапана выполнен в виде вторичной обмотки трансформатора. According to the second embodiment, the throttling element in the device is connected in parallel with the electropneumatic valve, the arc burning indicator is made in the form of a primary transformer winding, which is connected in series to the secondary circuit of the welding arc power source, and the power supply of the electropneumatic valve winding is made in the form of a secondary transformer winding.

Такая совокупность признаков предлагаемого устройства обеспечивает экономию защитного газа в связи с тем, что даже при коротких перерывах в работе электропневмоклапан перекроет газовую магистраль сразу же после обрыва сварочной дуги. В то же время хорошее качество начала последующего шва будет обеспечено тем, что дросселирующий элемент обеспечит при отсутствии дуги подачу газа, минимально необходимую для предупреждения попадания воздуха в газовую магистраль. Вариант устройства с использованием трансформатора в качестве индикатора горения дуги упрощает конструкцию устройства и повышает надежность его работы. This set of features of the proposed device provides savings in shielding gas due to the fact that even with short interruptions in operation, the electro-pneumatic valve will shut off the gas line immediately after the breakdown of the welding arc. At the same time, good quality of the beginning of the subsequent seam will be ensured by the fact that the throttling element will provide, in the absence of an arc, a gas supply that is minimally necessary to prevent air from entering the gas pipeline. A variant of the device using a transformer as an indicator of arc burning simplifies the design of the device and increases the reliability of its operation.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 показана схема устройства, а на фиг. 2 - вариант использования в этой схеме трансформатора в качестве индикатора горения дуги. The proposed device is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a diagram of a device, and in FIG. 2 - a variant of using a transformer in this circuit as an indicator of arc burning.

Устройство для дуговой сварки в защитном газе содержит источник 1 питания дуги, сварочную горелку 2, индикатор 3 горения дуги. В устройство входят также баллон 4 с защитным газом, газовый редуктор 5, измеритель 6 расхода газа, электропневмоклапан 7 и дросселирующий элемент 8, соединенные между собой и со сварочной горелкой 2 газоподводящими элементами 9. Дросселирующий элемент 8 подсоединен параллельно электропневмоклапану 7. Обмотка электропневмоклапана 7 подключена к источнику 10 ее питания через индикатор 3 горения дуги. A device for arc welding in shielding gas contains an arc power source 1, a welding torch 2, an arc burning indicator 3. The device also includes a cylinder 4 with a protective gas, a gas reducer 5, a gas flow meter 6, an electro-pneumatic valve 7 and a throttling element 8 connected to each other and with a welding torch 2 by gas supply elements 9. The throttling element 8 is connected in parallel with the electro-pneumatic valve 7. The winding of the electro-pneumatic valve 7 is connected to the source 10 of its power through the indicator 3 of the burning of the arc.

В качестве индикатора 3 горения дуги может быть использована любая известная схема, позволяющая получить сигнал о возбуждении дуги и о прекращении ее горения, например схема на электромагнитных реле, как это показано на фиг. 1. В качестве индикатора 3 горения дуги может быть использован трансформатор, первичная обмотка 11 которого включена последовательно во вторичную цепь источника 1 питания дуги, а вторичная обмотка 12 подключена к обмотке электропневмоклапана 7 (фиг. 2). В последнем случае вторичная обмотка 12 трансформатора заменяет источник 10 питания обмотки электропневмоклапана 7. As an indicator 3 of arc burning, any known circuit can be used, which allows to receive a signal about the excitation of the arc and the cessation of its burning, for example, a circuit on electromagnetic relays, as shown in FIG. 1. A transformer can be used as an indicator 3 of arc burning, the primary winding 11 of which is connected in series to the secondary circuit of the arc power source 1, and the secondary winding 12 is connected to the winding of the electro-pneumatic valve 7 (Fig. 2). In the latter case, the secondary winding 12 of the transformer replaces the power supply 10 of the winding of the electro-pneumatic valve 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

При включении источника 1 питания дуги между электродом горелки 2 и свариваемым изделием 13 возникнет электрическое напряжение холостого хода источника 1 (40...80 В). Это напряжение окажется приложенным к цепям питания обмоток реле 1P и 2P, входящих в состав индикатора 3 горения дуги. Однако реле 2P при этом не сработает, так как будет происходить зарядка конденсатора C через переменный резистор R2, ограничивающий ток зарядки, и через нормально закрытый контакт 1P1. В то же время возбудится обмотка реле 1P, питающаяся через ограничительный резистор R1. При этом нормально закрытый контакт 1P1 разомкнется, предохраняя реле 2P от срабатывания. В это время защитный газ из баллона 4 через редуктор 5 и измеритель 6 расхода газа (например, ротаметр) будет идти, минуя закрытый электропневмоклапан 7, через дросселирующий элемент 8, которым предварительно установлен расход газа, минимально необходимый для того, чтобы не допустить попадания воздуха в газовую магистраль через сопло горелки 2. В момент возбуждения сварочной дуги между электродом горелки 2 и свариваемым изделием 13 напряжение сварочной цепи уменьшится до величины падения напряжения на дуге (10...20 В). При таком напряжении ток в цепи питания реле 1P, ограниченный резистором R1, будет меньше тока срабатывания этого реле. Реле 1P выключится и замкнет свой нормально закрытый контакт 1P1. В результате сработает реле 2P и, замкнув свой нормально открытый контакт 2P1, подключит обмотку электропневмоклапана 7 к его источнику питания 10. Электропневмоклапан 7 откроется и в сварочную горелку 2 поступит газ с величиной расхода, требуемой для данного режима сварки. Начнется процесс сварки. После окончания сварки данного стыка деталей изделия 13 дуга будет погашена, сварочная цепь вновь окажется под напряжением холостого хода источника 1 питания дуги, реле 1P возбудится и разомкнет контакт 1P1, разорвав цепь обмотки реле 2P. Однако реле 2P сразу отключиться не сможет, так как через его обмотку будет происходить разрядка конденсатора C. Это обеспечит продувку остывающего сварного шва на изделии 13 защитным газом. После разрядки конденсатора C реле 2P выключится и своим нормально открытым контактом 2P1 отключит электропневмоклапан 7 от источника 10 его питания. Электропневмоклапан 7 закроет подачу газа, газ в сварочную горелку 2 будет вновь идти только через дросселирующий элемент 8, который обеспечит расход газа, минимально необходимый для предупреждения подсоса воздуха через сопло сварочной горелки 2. После переноса горелки 2 на другой стык деталей изделия 13 весь этот цикл повторится при наложении другого шва. When you turn on the source of supply 1 of the arc between the electrode of the burner 2 and the welded product 13 there will be an electric open circuit voltage of the source 1 (40 ... 80 V). This voltage will be applied to the power supply circuits of the relay windings 1P and 2P, which are part of the indicator 3 of arc burning. However, the 2P relay will not work in this case, as the capacitor C will be charged through the variable resistor R2, which limits the charging current, and through the normally closed contact 1P1. At the same time, the coil of relay 1P is energized, powered through the terminating resistor R1. In this case, the normally closed contact 1P1 will open, protecting the 2P relay from tripping. At this time, the shielding gas from the cylinder 4 through the reducer 5 and the gas flow meter 6 (for example, a rotameter) will go bypassing the closed electro-pneumatic valve 7 through the throttling element 8, which pre-sets the gas flow rate, which is minimally necessary to prevent air ingress to the gas line through the nozzle of the torch 2. At the moment of excitation of the welding arc between the electrode of the torch 2 and the item to be welded 13, the voltage of the welding circuit will decrease to the voltage drop across the arc (10 ... 20 V). At this voltage, the current in the power supply circuit of relay 1P, limited by resistor R1, will be less than the trip current of this relay. Relay 1P will turn off and close its normally closed contact 1P1. As a result, the relay 2P will operate and, having closed its normally open contact 2P1, it will connect the winding of the electro-pneumatic valve 7 to its power source 10. The electro-pneumatic valve 7 will open and gas will be supplied to the welding torch 2 with the flow rate required for this welding mode. The welding process begins. After the end of welding of this junction of the parts of the product 13, the arc will be extinguished, the welding circuit will again be under the open circuit voltage of the arc power source 1, the relay 1P will be energized and open the contact 1P1, breaking the coil circuit of the relay 2P. However, relay 2P will not be able to switch off immediately, since capacitor C will discharge through its winding. This will ensure that the cooling weld on product 13 is purged with shielding gas. After the capacitor C is discharged, the relay 2P will turn off and its normally open contact 2P1 will disconnect the electro-pneumatic valve 7 from its power supply 10. The electro-pneumatic valve 7 will close the gas supply, the gas in the welding torch 2 will only again go through the throttling element 8, which will provide the gas flow that is minimally necessary to prevent air leakage through the nozzle of the welding torch 2. After transferring the torch 2 to another joint of the product parts 13 this whole cycle will be repeated when another seam is applied.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает экономию защитного газа при перерывах в горении дуги, автоматически переключая расход газа с рабочего на минимально необходимый для предупреждения подсоса воздуха через сопло сварочной горелки. Этим обеспечивается также повышение качества в начале наложения последующего шва, так как при перерывах в горении дуги защитные свойства газа не ухудшаются. Thus, the proposed device provides savings of protective gas during interruptions in the burning of the arc, automatically switching the gas flow from the working to the minimum necessary to prevent air leakage through the nozzle of the welding torch. This also ensures an increase in quality at the beginning of the subsequent seam application, since during interruptions in the arc burning the protective properties of the gas do not deteriorate.

При использовании трансформатора в качестве индикатора 3 горения дуги (фиг. 2) слежение за наличием или отсутствием дуги осуществляется не по напряжению, как это было описано выше, а по току во вторичной цепи источника 1 питания сварочной дуги. После включения источника 1 и появления в его вторичной цепи напряжения холостого хода индикатор 3 горения дуги не сработает, в сварочную горелку 2 газ будет подаваться через дросселирующий элемент 8. В момент зажигания дуги между электродом горелки 2 и свариваемым изделием 13 во вторичной цепи источника 1 питания дуги потечет сварочный ток. Первичная обмотка 11 трансформатора возбудится, на его вторичной обмотке 12 возникнет напряжение, оно вызовет ток в обмотке электропневмоклапана 7, который сработает и откроет проходящую через него газовую магистраль. Таким образом вторичная обмотка 12 применена в качестве источника питания обмотки электропневмоклпана 7. В сварочную горелку 2 поступит газ с величиной расхода, требуемой для сварки данного стыка деталей изделия 13. После обрыва дуги обмотки 11 и 12 трансформатора обесточатся, электропневмоклапан 7 выключится и перекроет проходящую через него газовую магистраль. Газ в сварочную горелку 2 будет вновь поступать через дросселирующий элемент 8 с расходом, минимально необходимым для того, чтобы не допустить попадания воздуха через сопло сварочной горелки 2 в газовую магистраль. When using a transformer as an indicator 3 of arc burning (Fig. 2), the presence or absence of an arc is monitored not by voltage, as described above, but by current in the secondary circuit of the welding arc power source 1. After the source 1 is turned on and the no-load voltage appears in its secondary circuit, the arc burning indicator 3 will not work, gas will be supplied to the welding torch 2 through the throttling element 8. At the moment of ignition of the arc between the electrode of the torch 2 and the item to be welded 13 in the secondary circuit of the power source 1 welding current will flow. The primary winding 11 of the transformer will be excited, voltage will appear on its secondary winding 12, it will cause current in the winding of the electro-pneumatic valve 7, which will operate and open the gas line passing through it. Thus, the secondary winding 12 is used as a power source for the winding of the electro-pneumatic valve 7. Gas will be supplied to the welding torch 2 with the flow rate required for welding this junction of the parts of the product 13. After the arc breaks, the transformer windings 11 and 12 will be de-energized, the electro-pneumatic valve 7 will turn off and shut off passing through him the gas main. Gas in the welding torch 2 will again flow through the throttling element 8 with a flow rate minimally necessary in order to prevent air from entering through the nozzle of the welding torch 2 into the gas line.

Вариант использования трансформатора в качестве индикатора горения дуги по сравнению с известными вариантами упрощает устройство и повышает надежность его работы, так как уменьшается количество его элементов и отсутствуют контакты. The option of using a transformer as an indicator of arc burning in comparison with the known options simplifies the device and increases the reliability of its operation, as the number of its elements decreases and there are no contacts.

Предлагаемое устройство может быть осуществлено с помощью известных в технике средств, так как может быть собрано из известных и широко применяемых в промышленных установках элементов. The proposed device can be implemented using methods known in the art, as it can be assembled from elements known and widely used in industrial plants.

Поскольку предлагаемое устройство обеспечивает технический эффект и может быть изготовлено и применено с помощью известных в технике средств, оно обладает промышленной применимостью. Since the proposed device provides a technical effect and can be manufactured and applied using means known in the art, it has industrial applicability.

Claims

1. A device for shielded gas arc welding, containing a power source for the welding arc, a welding torch, an arc burning indicator and gas supply elements connected to each other by a protective gas cylinder, a gas flow meter, an electro-pneumatic valve with a winding, a throttling element and a power supply for the solenoid coil winding, characterized in that the throttling element is connected in parallel with the electro-pneumatic valve, the winding of which is connected to its power source through the arc burning indicator.

2. A device for shielded gas arc welding, comprising a welding arc power source, a welding torch, an arc burning indicator and gas supply elements connected to each other by a protective gas cylinder, a gas flow meter, an electro-pneumatic valve with a winding, a throttling element and a power source of a solenoid valve winding, different in that the throttle element is connected in parallel with the electro-pneumatic valve, the arc burning indicator is made in the form of the primary winding of the transformer, which is connected to the but the secondary source of arc power supply circuit and coil power source electropneumatic valve is designed as a transformer secondary winding.