RU2272699C2

RU2272699C2 - Multielectrode electric arc welding apparatus

Info

Publication number: RU2272699C2
Application number: RU2003121550/02A
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Казаков (RU); Юрий Васильевич Казаков; Андрей Анатольевич Акимов (RU); Андрей Анатольевич Акимов
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2006-03-27
Also published as: RU2003121550A

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly welding of thin-sheet structures.

SUBSTANCE: apparatus includes non-consumable electrodes mounted in common torch and connected with the same electric current supply unit. Each electrode includes electromagnet with core end arranged in front of working end of electrode. Electromagnets are mounted in common holders and they are connected to electric current source through device for program switching of electric current. Shields made of heat resistant electrically non-conducting magnetically soft ferromagnetic material are placed between electrodes. Said shields may be metallic ones with layer of heat resistant electrically non-conducting magnetically soft ferromagnetic material applied on surfaces of their both sides.

EFFECT: improved stability of welding process due to protection of arc gaps between electrodes against magnetic fields of adjacent electromagnets.

3 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к машиностроению и может быть применено для сварки преимущественно тонколистовых конструкций.The proposed device relates to mechanical engineering and can be used for welding mainly thin-sheet structures.

Известны способ и устройство для дуговой сварки (патент №3114829 США от 17.12.1963 г.). Сварку по этому способу ведут несколькими неплавящимися электродами, которые располагают последовательно вдоль свариваемого стыка. По этому способу сварку ведут несколькими неплавящимися электродами, которые располагают последовательно вдоль свариваемого стыка. Электроды поочередно включают в сварочную цепь. Каждый электрод выполняет сварку одной точки, которые перекрывают друг друга. Для защиты металла сварочной ванны с лицевой и с обратной сторон стыка применяют камеру, заполненную защитным газом. Этот способ позволяет повысить производительность процесса сварки, но устройство для его осуществления имеет сложную конструкцию вследствие того, что на каждый электрод должен быть подведен отдельный силовой кабель, электроды требуется изолировать друг от друга и устройство должно быть снабжено силовым коммутатором сварочного тока. Кроме того, при сварке коротких швов каркасных конструкций, например из прямоугольных труб, устройство по прототипу так же, как и предыдущий аналог, потребует частой перестановки электродов и повторной их настройки на новый стык деталей, что повысит трудоемкость процесса сварки.A known method and device for arc welding (US patent No. 3114829 dated December 17, 1963). Welding by this method is carried out by several non-consumable electrodes, which are arranged sequentially along the welded joint. In this method, welding is carried out by several non-consumable electrodes, which are arranged sequentially along the welded joint. The electrodes are alternately included in the welding circuit. Each electrode performs welding of one point, which overlap each other. To protect the weld pool metal from the front and back of the joint, a chamber filled with protective gas is used. This method allows to increase the productivity of the welding process, but the device for its implementation has a complex structure due to the fact that a separate power cable must be connected to each electrode, the electrodes must be isolated from each other, and the device must be equipped with a power switch for the welding current. In addition, when welding short seams of frame structures, for example, from rectangular pipes, the prototype device, like the previous analogue, will require frequent rearrangement of the electrodes and their repeated adjustment to a new joint of parts, which will increase the complexity of the welding process.

Известно также устройство для дуговой многоэлектродной сварки (патент №2172661 РФ от 21.03.2000 г.), которое принято за прототип. Устройство по прототипу содержит защитную камеру с установленной в ней сварочной головкой, содержащей несколько последовательно установленных неплавящихся электродов, закрепленных в электрододержателях и подключенных к общему источнику питания сварочной дуги. Сварочная головка состоит из нескольких блоков сварочных электродов, электрически соединенных между собой. Блоки закреплены на изолированном от свариваемого изделия хомуте при помощи консолей с возможностью поворота относительно них и снабжены скобами для крепления электродов в общих электрододержателях. Количество блоков выбрано равным количеству швов в стыке деталей, свариваемых головкой. Количество электродов в каждом блоке выбрано в зависимости от длины шва и диаметра точки, свариваемой одним электродом за один цикл. Каждый электрод снабжен соленоидом, торец сердечника которого расположен против рабочего конца электрода. Соленоиды закреплены в общих держателях и подключены к источнику их питания через устройство программной коммутации тока.Also known is a device for multi-electrode arc welding (patent No. 2172661 of the Russian Federation of 03/21/2000), which is taken as a prototype. The prototype device contains a protective chamber with a welding head installed in it, containing several series-mounted non-consumable electrodes fixed in electrode holders and connected to a common power source of the welding arc. The welding head consists of several blocks of welding electrodes that are electrically connected to each other. The blocks are mounted on a clamp isolated from the item being welded using consoles with the possibility of rotation relative to them and equipped with brackets for attaching the electrodes in common electrode holders. The number of blocks is chosen equal to the number of seams in the junction of parts welded by a head. The number of electrodes in each block is selected depending on the length of the seam and the diameter of the point welded by one electrode per cycle. Each electrode is equipped with a solenoid, the end of the core of which is located against the working end of the electrode. Solenoids are fixed in common holders and connected to their power source through a software current switching device.

Такое выполнение многоэлектродного сварочного устройства позволяет упростить его конструкцию и повысить производительность процесса сварки, так как не требует изоляции электродов и блоков друг от друга и отдельных токоподводов к каждому электроду. Однако при сварке устройством по прототипу магнитные поля соседних соленоидов, складываясь, могут воздействовать на дуговой промежуток электрода, соленоид которого выключен. Это обусловлено необходимостью располагать электроды и соленоиды, которые точнее можно назвать электромагнитами, практически вплотную друг к другу. В результате затруднится возбуждение дуги, процесс сварки будет нестабильным.This embodiment of the multi-electrode welding device allows to simplify its design and increase the productivity of the welding process, since it does not require isolation of the electrodes and blocks from each other and separate current leads to each electrode. However, when welding by the prototype device, the magnetic fields of adjacent solenoids, folding, can act on the arc gap of the electrode, the solenoid of which is turned off. This is due to the need to arrange electrodes and solenoids, which can be more accurately called electromagnets, almost close to each other. As a result, excitation of the arc becomes difficult, and the welding process will be unstable.

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение стабильности процесса сварки.The technical result of the proposed device is to increase the stability of the welding process.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что оно содержит неплавящиеся электроды, закрепленные в общей горелке и соединенные с общим токоподводом. Каждый электрод снабжен электромагнитом, торец сердечника которого расположен против рабочего конца электрода. Электромагниты закреплены в общих держателях и подключены к источнику их питания через устройство программной коммутации тока. В отличие от прототипа между электродами установлены экраны, выполненные из теплоустойчивого неэлектропроводного магнитно-мягкого ферромагнетика. По другому варианту экраны выполнены из металла, а на поверхность экранов с обеих сторон нанесен слой теплоустойчивого неэлектропроводного магнитно-мягкого ферромагнетика.The essence of the proposed device lies in the fact that it contains non-consumable electrodes fixed in a common burner and connected to a common current supply. Each electrode is equipped with an electromagnet, the end of the core of which is located against the working end of the electrode. The electromagnets are fixed in common holders and connected to their power source through a software current switching device. Unlike the prototype, screens are made between the electrodes made of a heat-resistant non-conductive magnetically soft ferromagnet. In another embodiment, the screens are made of metal, and a layer of heat-resistant non-conductive magnetically soft ferromagnet is applied to the surface of the screens on both sides.

Такая совокупность признаков предлагаемого устройства по сравнению с прототипом повышает стабильность процесса сварки, поскольку экраны защищают дуговые промежутки между электродами и свариваемым изделием от воздействия магнитных полей электромагнитов, которыми снабжены соседние электроды. Выполнение экранов из теплоустойчивого неэлектропроводного магнитно-мягкого ферромагнетика обеспечивает постоянство экранирующих свойств экранов, работающих в условиях высокой температуры и воздействия магнитных полей, а также исключает возможность разрушения экранов в результате перебрасывания на них сварочной дуги. Изготовление экранов из металла с нанесенным на него с обеих сторон слоем ферромагнетика повысит механическую прочность экранов.This set of features of the proposed device compared to the prototype increases the stability of the welding process, since the screens protect the arc gaps between the electrodes and the welded product from the action of the magnetic fields of the electromagnets with which the adjacent electrodes are equipped. The implementation of the screens from a heat-resistant non-conductive soft magnetic ferromagnet ensures the constancy of the shielding properties of the screens operating in high temperature and magnetic fields, and also eliminates the possibility of destruction of the screens as a result of the transfer of a welding arc to them. The manufacture of screens made of metal with a layer of a ferromagnet applied to it on both sides will increase the mechanical strength of the screens.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана схема устройства с экранами, расположенными между электродами, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - вид Б на фиг.1.The proposed device is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a diagram of a device with screens located between the electrodes, in Fig. 2 is a section A-A in Fig. 1, in Fig. 3 is a view B in Fig. 1.

Устройство для дуговой многоэлектродной сварки состоит из неплавящихся электродов 1, закрепленных в общей горелке и соединенных с общим токоподводом 5, который подключен к источнику питания дуги. Каждый электрод 1 снабжен электромагнитом 2, торец сердечника которого расположен против рабочего конца электрода 1. Электромагниты 2 закреплены в общих держателях и подключены к источнику их питания через коммутатор, предназначенный для программной коммутации тока, питающего обмотки электромагнитов 2. Между электродами 1 установлены экраны 3, выполненные из теплоустойчивого неэлектропроводного магнитно-мягкого ферромагнетика. По другому варианту экраны 3 могут быть выполнены из металла. На поверхность металлических экранов 3 в этом случае с обеих сторон должен быть нанесен слой теплоустойчивого неэлектропроводного магнитно-мягкого ферромагнетика.A device for multi-electrode arc welding consists of non-consumable electrodes 1, mounted in a common torch and connected to a common current supply 5, which is connected to the arc power source. Each electrode 1 is equipped with an electromagnet 2, the end of the core of which is located opposite the working end of the electrode 1. Electromagnets 2 are fixed in common holders and connected to their power source through a switch designed for programmatically switching the current supplying the windings of the electromagnets 2. Shields 3 are installed between the electrodes 1, made of heat-resistant non-conductive magnetically soft ferromagnet. In another embodiment, the screens 3 may be made of metal. In this case, a layer of heat-resistant non-conductive magnetically soft ferromagnet should be deposited on the surface of the metal screens 3 in both cases.

Такое выполнение предлагаемого устройства обеспечивает повышение стабильности процесса зажигания сварочной дуги между электродами 1 и свариваемым изделием 4. Это достигается тем, что экраны 3, замыкая на себя часть магнитного потока от электромагнитов 2, защищают дуговые промежутки между электродами 1 и свариваемым изделием 4 от воздействия магнитных полей от соседних электромагнитов 2. Во время паузы между импульсами сварочного тока перед каждым из электродов 1, на которых не должна зажигаться сварочная дуга, электромагниты 2 включены и генерируют магнитное поле. Это поле от двух соседних электромагнитов 2, воздействуя на дуговой промежуток электрода 1, на котором в данный момент должна загораться дуга, и перед которым электромагнит 2 отключен, может препятствовать зажиганию дуги. Наличие между электродами 1 и, следовательно, электромагнитами 2 ферромагнитных экранов 3 защитит дуговой промежуток электрода 1 от воздействия магнитных полей соседних электромагнитов 2. Это повысит стабильность зажигания дуги и всего процесса сварки в целом.This embodiment of the proposed device provides increased stability of the process of ignition of the welding arc between the electrodes 1 and the welded product 4. This is achieved by the fact that the screens 3, closing a part of the magnetic flux from the electromagnets 2, protect the arc gaps between the electrodes 1 and the welded product 4 from the effects of magnetic fields from adjacent electromagnets 2. During a pause between pulses of the welding current in front of each of the electrodes 1, on which the welding arc should not be ignited, the electromagnets 2 are turned on and generate a magnetic field. This field is from two neighboring electromagnets 2, acting on the arc gap of the electrode 1, on which the arc should be lit at the moment, and before which the electromagnet 2 is disconnected, it can interfere with the ignition of the arc. The presence between the electrodes 1 and, therefore, the electromagnets 2 of the ferromagnetic screens 3 will protect the arc gap of the electrode 1 from the influence of the magnetic fields of the adjacent electromagnets 2. This will increase the stability of the ignition of the arc and the whole welding process as a whole.

Выполнение экранов 3 из теплоустойчивого неэлектропроводного магнитно-мягкого ферромагнетика обеспечит постоянство экранирующих свойств экранов 3, которые могут нагреваться излучением сварочной дуги и подвергаться импульсному воздействию магнитных полей. Экраны 3 не должны быть электропроводными, чтобы исключить вероятность перебрасывания на них сварочной дуги. Это могло бы разрушить экраны 3. В качестве материала для изготовления экранов 3 могут быть использованы, например, ферриты.The implementation of the screens 3 from a heat-resistant non-conductive soft magnetic ferromagnet will ensure the constancy of the shielding properties of the screens 3, which can be heated by the radiation of the welding arc and subjected to pulsed magnetic fields. Screens 3 should not be electrically conductive, in order to exclude the possibility of transfer of a welding arc to them. This could destroy the screens 3. As a material for the manufacture of screens 3 can be used, for example, ferrites.

В случаях, когда необходимо обеспечить повышенную механическую прочность экранов 3, они могут быть изготовлены из металла, например из электротехнической стали. В этом случае на поверхность экранов 3 с обеих сторон должно быть нанесено покрытие из магнитно-мягкого теплоустойчивого неэлектропроводного ферромагнетика. Такое покрытие может быть нанесено, например, путем газотермического напыления порошка одного из ферритов или наклеиванием слоя такого порошка на связующем, в качестве которого могут быть применены стеклоэмали.In cases where it is necessary to provide increased mechanical strength of the screens 3, they can be made of metal, for example, of electrical steel. In this case, the surface of the screens 3 on both sides should be coated with a magnetically soft heat-resistant non-conductive ferromagnet. Such a coating can be applied, for example, by thermal spraying a powder of one of the ferrites or by gluing a layer of such a powder on a binder, which can be used glass enamels.

Предлагаемое устройство для многоэлектродной дуговой сварки работает следующим образом.The proposed device for multi-electrode arc welding works as follows.

Неплавящиеся электроды 1 с электромагнитами 2 располагают по линии свариваемого стыка изделия 4. На все электроды через общий токоподвод 5 подают напряжение от источника питания сварочной дуги. Через коммутатор на все обмотки электромагнитов 2 подают напряжение. Электромагниты 2 генерируют магнитные поля, силовые линии которых направлены в зоне дугового промежутка между электродами 1 и свариваемым изделием 4 поперек осей электродов 1. Это делает невозможным зажигание сварочных дуг. В начале процесса сварки обмотку одного из электромагнитов 2 отключают от источника питания, и магнитное поле в дуговом промежутке соответствующем этому электромагниту 2 электрода, 1 исчезает. Экраны 3 защищают этот дуговой промежуток от воздействия магнитных полей соседних электромагнитов 2. Между данным электродом 1 и изделием 4 возбуждается сварочная дуга. Ее зажигание может быть обеспечено любым известным способом, например искровым разрядом от осциллятора.Non-consumable electrodes 1 with electromagnets 2 are placed along the line of the welded joint of the product 4. All the electrodes through a common current supply 5 are supplied with voltage from the power source of the welding arc. Through the switch to all the windings of the electromagnets 2 supply voltage. Electromagnets 2 generate magnetic fields whose lines of force are directed in the zone of the arc gap between the electrodes 1 and the welded article 4 across the axes of the electrodes 1. This makes it impossible to ignite the welding arcs. At the beginning of the welding process, the winding of one of the electromagnets 2 is disconnected from the power source, and the magnetic field in the arc gap corresponding to this electromagnet 2 of the electrode 1 disappears. Screens 3 protect this arc gap from the action of magnetic fields of neighboring electromagnets 2. A welding arc is excited between this electrode 1 and the product 4. Its ignition can be provided by any known method, for example, by spark discharge from an oscillator.

После выдержки времени, достаточного для расплавления металла и создания сварочной ванны на изделии 4 и для формирования сварной точки нужных размеров, электромагнит 2 против горящей дуги подключают к источнику тока. Возникающее при этом поперечное магнитное поле гасит дугу. Одновременно коммутатор питания электромагнитов 2 по заданной программе отключает от источника тока другой электромагнит 2. Магнитное поле против соответствующего электрода 1 исчезает, возбуждается дуга. Ее стабильное зажигание также обеспечивается защитными экранами 3, предохраняющими дуговой промежуток от воздействия магнитных полей соседних электромагнитов 2.After holding a time sufficient to melt the metal and create a weld pool on the product 4 and to form a weld point of the desired size, the electromagnet 2 is connected to a current source against a burning arc. The resulting transverse magnetic field extinguishes the arc. At the same time, the power switch of the electromagnets 2, according to the specified program, disconnects another electromagnet 2 from the current source. The magnetic field disappears against the corresponding electrode 1, an arc is excited. Its stable ignition is also provided by protective shields 3, which protect the arc gap from the action of magnetic fields of neighboring electromagnets 2.

Процесс продолжается до тех пор, пока дуга, обегая по заданной программе все электроды 1, не произведет сварку всего стыка изделия 4. Защита металла шва от воздуха может осуществляться, например, подачей нейтрального газа через щелевое сопло, установленное над всем стыком или сбоку от него, либо применением специальной камеры с контролируемой атмосферой, как это предусмотрено прототипом.The process continues until the arc, running in accordance with the specified program all the electrodes 1, does not weld the entire joint of the product 4. Protection of the weld metal from air can be achieved, for example, by supplying neutral gas through a slot nozzle installed above or to the side of the entire joint , or using a special camera with a controlled atmosphere, as provided by the prototype.

Выполнение экранов 3 из магнитно-мягкого материала позволяет избежать их остаточной намагниченности, которая могла бы отрицательно повлиять на стабильность зажигания сварочных дуг. Потерю магнитных свойств, следовательно, и экранирующей способности экранов 3 от теплового воздействия дуги можно предотвратить, выбрав теплостойкий материал для их изготовления. Этим требованиям удовлетворяют ферриты. Экраны 3 можно изготовить, например, путем прессования ферритового порошка со стеклоэмалью в качестве связующего. По другому варианту экраны 3 могут быть изготовлены из электротехнической стали, покрытой с обеих сторон ферритовым порошком. Такое покрытие можно нанести, например, газотермическим напылением или наклеить ферритовый порошок на поверхность стали с помощью стеклоэмали.The implementation of the screens 3 of the soft magnetic material avoids their residual magnetization, which could adversely affect the stability of the ignition of the welding arcs. The loss of magnetic properties, therefore, and the shielding ability of the screens 3 from the thermal effects of the arc can be prevented by choosing a heat-resistant material for their manufacture. Ferrites satisfy these requirements. Screens 3 can be made, for example, by pressing a ferrite powder with glass enamel as a binder. In another embodiment, the screens 3 may be made of electrical steel coated on both sides with ferrite powder. Such a coating can be applied, for example, by thermal spraying or glued ferrite powder to the surface of the steel using glass enamel.

Таким образом, предлагаемое устройство для многоэлектродной дуговой сварки обеспечивает технический эффект, заключающийся в повышении стабильности процесса сварки, и может быть изготовлено с помощью известных в технике средств. Следовательно, предлагаемое устройство обладает промышленной применимостью.Thus, the proposed device for multi-electrode arc welding provides a technical effect, which consists in increasing the stability of the welding process, and can be manufactured using means known in the art. Therefore, the proposed device has industrial applicability.

Claims

A device for multi-electrode arc welding, containing non-consumable electrodes fixed in a common torch and connected to a common current supply, each electrode having a solenoid whose core end is opposite the working end of the electrode, and the solenoids are fixed in common holders and connected to their power source via a software device switching current, characterized in that between the electrodes installed screens made of heat-resistant non-conductive magnetically soft ferromagnet or m metal, on the surface of which a layer of heat-resistant non-conductive magnetically soft ferromagnet is deposited on both sides.