RU2489240C1

RU2489240C1 - Device for arc welding

Info

Publication number: RU2489240C1
Application number: RU2012103224/02A
Authority: RU
Inventors: Павел Владимирович Порываев
Original assignee: Павел Владимирович Порываев
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-08-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electric arc welding in GTAW process. Proposed device comprises torch with liquid cooling system, oscillator and welding circuit provided with throttle or HF transformer with its winding composed of conductor with two coolant channels. Said channels are connected to torch liquid cooling system to allow coolant flow to torch in one channel and therefore in another channel. Note here that coolant feed to torch and coolant flows from torch to grounded parts of welding system from winding zero-potential end that renders said device insensitive to coolant dielectric properties.

EFFECT: device insensitive to coolant dielectric properties.

2 dwg

Description

Изобретение относится к электросварке в среде защитного газа неплавящимся электродом, а более конкретно - к устройствам с жидкостным охлаждением горелки.The invention relates to electric welding in a shielding gas medium with a non-consumable electrode, and more particularly, to devices with liquid cooling of the burner.

Известны возбудители-стабилизаторы дуги, в которых используется высокочастотный трансформатор, вторичная обмотка которого устанавливается в разрыв сварочной цепи между источником сварочного тока и горелкой. При этом проводник вторичной обмотки трансформатора представляет из себя либо одинарную трубку из проводника по которой перемещается охлаждающая жидкость в одном направлении, либо шину или кабель, рассчитанные на ток источника. Примером могут служить такие возбудители стабилизаторы, как ВСД-01УЗ [Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие / Под ред. В.В. Смирнова. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. ББК 31.26 ИБ №2463, стр.242-245]. В таких установках охлаждающая жидкость одновременно контактирует со сварочным электродом и с заземленными частями сварочной системы. При использовании охлаждающей жидкости с низкими диэлектрическими свойствами возникающее шунтирование не дает возможность возбуждать и стабилизировать дугу [Справочное издание. Эксплуатация сварочного оборудования. Справочник рабочего. Александров А.Г., Заруба И.И., Пиньковский И.В. Изд. "Будивэльнык", 252053, Киев, ИБ №2743, стр.183].Arc stabilizing exciters are known in which a high-frequency transformer is used, the secondary winding of which is installed in the gap of the welding circuit between the welding current source and the torch. The conductor of the secondary winding of the transformer is either a single tube from the conductor along which the cooling fluid moves in one direction, or a bus or cable designed for the source current. An example is stabilizer pathogens such as VSD-01UZ [Equipment for arc welding: Reference manual / Ed. V.V. Smirnova. L .: Energoatomizdat. Leningra. Department, 1986. BBK 31.26 IS No. 2463, pp. 242-245]. In such installations, the coolant is simultaneously in contact with the welding electrode and with the grounded parts of the welding system. When using a coolant with low dielectric properties, the arising bypass does not make it possible to excite and stabilize the arc [Reference publication. Operation of welding equipment. Reference worker. Aleksandrov A.G., Zaruba I.I., Pinkovsky I.V. Ed. "Budivelnyk", 252053, Kiev, IS No. 2743, p. 183].

Известна сварочная установка УДГ-301 [Оборудование для дуговой сварки: Справочное пособие / Под ред. В.В. Смирнова. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. ББК 31.26 ИБ №2463, стр.245], в которых система охлаждения разомкнута. Питание этой установки охлаждающей жидкостью производится от водопроводной системы. Охлаждающая жидкость проходит через дроссель, проводник обмотки которого выполнен медной или алюминиевой трубкой, далее поступает в трубку с проводником (обеспечивающим горелку сварочным током) и попадает в горелку, а по второй трубке, которая соединена с горелкой, сброс отработанной охлаждающей жидкости осуществляется в канализационную систему. Устройство УДГ-301 состоит из источника питания и возбудителя-стабилизатора, в электрическую цепь которого входит дроссель колебательного контура, предназначенный для возбуждения дуги между неплавящимся электродом и изделием бесконтактным способом. Недостатком являются высокие требования к диэлектрическим свойствам охлаждающей жидкости. Согласно паспорту на установку охлаждающая вода должна удовлетворять следующим требованиям: жесткость не более 3,566 мг/экв; электрическое сопротивление не менее 2 кОм/см². Конструкция дросселя известной установки не позволяет сделать систему охлаждения менее требовательную к охлаждающей жидкости, так как при использовании охлаждающей жидкости с диэлектрическими свойствами, не удовлетворяющими паспортным требованиям, произойдет шунтирование колебательного контура и, как следствие, снижение энергии высокочастотных импульсов. Указанное шунтирование сильно снизит энергию поджигающих импульсов до такой степени, что разжечь дугу бесконтактным способом не представится возможным. С учетом применения воды в качестве охлаждающей жидкости установка УДГ-301 не сможет работать при температуре ниже кристаллизации воды. В замкнутой системе охлаждения для этого устройства придется использовать охлаждающую жидкость с высокими диэлектрическими свойствами, такие как дистиллированная вода или смесь дистиллированной воды с чистым этиленгликолем (для работы при температурах ниже 0 градусов по Цельсию). Применение таких охлаждающих жидкостей усложняет обслуживание сварочного оборудования.Known welding installation UDG-301 [Equipment for arc welding: Reference manual / Ed. V.V. Smirnova. L .: Energoatomizdat. Leningra. Otdenie, 1986. BBK 31.26 IS No. 2463, p. 245], in which the cooling system is open. This unit is supplied with coolant from the water supply system. The coolant passes through a throttle, the winding conductor of which is made of a copper or aluminum tube, then enters the tube with a conductor (providing the torch with a welding current) and enters the torch, and the spent coolant is discharged through the second tube, which is connected to the torch, into the sewer system . The UDG-301 device consists of a power source and a stabilizer exciter, the electric circuit of which includes an oscillating circuit inductor, designed to excite an arc between a non-consumable electrode and the product in a non-contact manner. The disadvantage is the high requirements for the dielectric properties of the coolant. According to the installation passport, the cooling water must satisfy the following requirements: hardness not more than 3,566 mg / equiv; electrical resistance of at least 2 kOhm / cm ² . The design of the throttle of the known installation does not make the cooling system less demanding on the coolant, since when using coolant with dielectric properties that do not meet the passport requirements, the oscillation circuit will be bypassed and, as a result, the energy of high-frequency pulses will be reduced. The specified bypass will greatly reduce the energy of the ignition pulses to such an extent that it is not possible to ignite the arc in a non-contact way. Given the use of water as a coolant, the UDG-301 installation will not be able to operate at temperatures below crystallization of water. In a closed cooling system, this device will have to use a coolant with high dielectric properties, such as distilled water or a mixture of distilled water with pure ethylene glycol (for operation at temperatures below 0 degrees Celsius). The use of such coolants complicates the maintenance of welding equipment.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для дуговой сварки с наложением высокочастотных импульсов на сварочную цепь для возбуждения и стабилизации дуги, нечувствительного к диэлектрическим свойствам охлаждающей жидкости. При этом охлаждающая система может быть как открытой (охлаждающая жидкость подается из внешней системы, а отработав в системе охлаждения сливаться в канализацию), так и замкнутой (охлаждающая жидкость по замкнутому контуру циркулирует внутри установки). Изобретение позволяет применять любую охлаждающую жидкость как с высокими, так и с низкими диэлектрическими свойствами.The objective of the invention is to provide a device for arc welding with the imposition of high-frequency pulses on the welding circuit to excite and stabilize the arc, insensitive to the dielectric properties of the coolant. In this case, the cooling system can be either open (the cooling liquid is supplied from the external system, and having worked in the cooling system, merge into the sewer) or closed (the cooling liquid circulates in a closed circuit inside the unit). The invention allows the use of any coolant with both high and low dielectric properties.

В предлагаемом изобретении поставленная цель достигается тем, что проводник обмотки развязывающего дросселя или проводник вторичной обмотки высокочастотного трансформатора, включенной в сварочную цепь и используемой для наложения высокочастотных импульсов на сварочную цепь, снабжен двумя каналами для протекания охлаждающей жидкости. При этом по одному из каналов проводника обмотки охлаждающая жидкость движется по направлению к горелке, а по другому каналу - в противоположном направлении.In the present invention, the goal is achieved in that the decoupling inductor winding conductor or the secondary winding conductor of a high-frequency transformer included in the welding circuit and used to apply high-frequency pulses to the welding circuit is equipped with two channels for the flow of coolant. At the same time, through one of the channels of the winding conductor, the coolant moves towards the burner, and along the other channel in the opposite direction.

Технический результат состоит в том, что поскольку в предлагаемом устройстве истекание охлаждающей жидкости на заземленные части сварочной системы происходит из непотенциального (по высокой частоте) конца обмотки, диэлектрические свойства охлаждающей жидкости не оказывают влияния на энергию разжигающих и стабилизирующих дугу импульсов.The technical result is that since in the proposed device, the flow of coolant to the grounded parts of the welding system occurs from a non-potential (high frequency) end of the winding, the dielectric properties of the coolant do not affect the energy of the pulses firing and stabilizing the arc.

На фиг.1 приведен пример устройства для дуговой сварки с наложением высокочастотных импульсов на сварочную цепь последовательного типа по предлагаемому изобретению.Figure 1 shows an example of a device for arc welding with the imposition of high-frequency pulses on a series-type welding circuit according to the invention.

На фиг.2 приведен пример устройства для дуговой сварки с наложения высокочастотных импульсов на сварочную цепь параллельного типа по предлагаемому изобретению.Figure 2 shows an example of a device for arc welding with the imposition of high-frequency pulses on the welding circuit of the parallel type according to the invention.

Устройство содержит источник сварочного тока 1, осциллятор 1, дроссель 3, горелку 4 и систему охлаждения 5. Система охлаждения 5, в свою очередь состоит из насоса 6, теплообменника 7, расширительного бачка 8 и соединительных шлангов.The device comprises a welding current source 1, an oscillator 1, an inductor 3, a torch 4, and a cooling system 5. The cooling system 5, in turn, consists of a pump 6, a heat exchanger 7, an expansion tank 8, and connecting hoses.

Конструкция проводника обмотки дросселя 3 снабжена двумя каналами для движения охлаждающей жидкости по нему одновременно как в прямом, так и в обратном направлении. При такой конструкции проводника обмотки дросселя или проводника обмотки высокочастотного трансформатора подача охлаждающей жидкости к горелке и ее истекание на заземленные части сварочной системы происходит из непотенциального (по высокой частоте) конца обмотки. Это обстоятельство делает устройство для дуговой сварки нечувствительным к диэлектрическим свойствам охлаждающей жидкости. Даже при использовании охлаждающей жидкости с низкими диэлектрическими свойствами удается избежать шунтирования осциллятора 2 и снижения энергии высокочастотных импульсов. Дроссель 3 может быть использован как дополнительный теплообменник в случае замкнутой системы охлаждения при обдувании его воздухом. С одной стороны к дросселю 3 подсоединяются через шланги вход и выход горелки 4 для подачи и отвода охлаждающей жидкость, а также проводник одним концом подсоединенный к токоведущим частям горелки 4, а другим концом - к дросселю 3. Проводник обеспечивает горелку 4 сварочным током, поджигающим и стабилизирующим дугу импульсом. С другой стороны один из отводов дросселя 3 подсоединяется через шланг к выходу насоса 6 (замкнутая система охлаждения), вход насоса 6 подсоединяется к выходу расширительного бачка 8, вход расширительного бачка 8 подсоединяется к выходу теплообменника 7, а вход теплообменника 7 подсоединяется ко второму отводу дросселя 3. Тем самым обеспечивается замкнутость системы охлаждения.The design of the conductor of the winding of the inductor 3 is equipped with two channels for the movement of the coolant along it simultaneously in both forward and reverse directions. With this design, the inductor winding conductor or the high-frequency transformer winding conductor, the coolant flows to the torch and flows to the grounded parts of the welding system from the non-potential (in high frequency) end of the winding. This fact makes the device for arc welding insensitive to the dielectric properties of the coolant. Even when using a coolant with low dielectric properties, it is possible to avoid shunting of the oscillator 2 and reducing the energy of high-frequency pulses. The throttle 3 can be used as an additional heat exchanger in the case of a closed cooling system when blowing it with air. On the one hand, the inlet and outlet of the burner 4 are connected to the inductor 3 through hoses for supplying and discharging coolant, as well as the conductor connected to the live parts of the burner 4 at one end and the inductor 3 at the other end. The conductor provides the burner 4 with a welding current that ignites and arc stabilizing pulse. On the other hand, one of the branches of the inductor 3 is connected through a hose to the outlet of the pump 6 (closed cooling system), the input of the pump 6 is connected to the output of the expansion tank 8, the input of the expansion tank 8 is connected to the output of the heat exchanger 7, and the input of the heat exchanger 7 is connected to the second outlet of the inductor 3. This ensures that the cooling system is closed.

К дросселю 3 также подсоединяются источник сварочного тока 1, питающий сварочную дугу. Дроссель является составной частью осциллятора-стабилизатора сварочной дуги, а также фильтром защищающим установку от пробоя токами высокой частоты, и установлен в разрыв сварочной цепи между горелкой и источником питания.The inductor 3 also connects the welding current source 1, which feeds the welding arc. The inductor is a component of the oscillator-stabilizer of the welding arc, as well as a filter that protects the installation from breakdown by high-frequency currents, and is installed in the gap of the welding circuit between the torch and the power source.

Предлагаемая конструкция дросселя позволяет эффективно производить наложение высокочастотного и высоковольтного импульса на сварочную цепь без потерь энергии поджигающего и стабилизирующего сварочную дугу импульса.The proposed design of the inductor allows you to effectively impose a high-frequency and high-voltage pulse on the welding circuit without energy loss igniting and stabilizing the welding arc pulse.

Для экспериментальной проверки был изготовлен и испытан возбудитель-стабилизатор с применением индуктивности содержащей две спаянные между собой медные трубки и завитые винтом. С одной стороны к дросселю подключались трубка подачи охлаждающей жидкости к горелке и трубка отвода отработанной охлаждающей жидкости от горелки, а также токоведущие части горелки. С другой стороны дросселя подключались насос, расширительный бачок, теплообменник и источник питания. Охлаждающая жидкость оказывалась в замкнутом контуре, по которому циркулировала. В качестве охлаждающей жидкости были использованы жидкости с различными диэлектрическими свойствами и разной проводимостью 1. Вода дистиллированная. 2. Раствор 50% гликоля и 50% воды дистиллированной. 3. Антифриз. 4. 10% раствор хлорида натрия в воде. Возбудитель-стабилизатор вырабатывал высокочастотные импульсы 1 Дж. Энергия импульса во всех случаях практически не изменялась.For experimental verification, a stabilizer exciter was manufactured and tested using inductance containing two copper tubes welded together and curled with a screw. On one side, a coolant supply pipe to the burner and a waste coolant drain pipe from the burner, as well as live parts of the burner, were connected to the throttle. On the other side of the throttle, a pump, an expansion tank, a heat exchanger and a power source were connected. The coolant was in a closed circuit, which circulated. As a coolant, liquids with different dielectric properties and different conductivities were used 1. Distilled water. 2. A solution of 50% glycol and 50% distilled water. 3. Antifreeze. 4. 10% solution of sodium chloride in water. The causative agent-stabilizer produced high-frequency pulses of 1 J. The pulse energy in all cases remained practically unchanged.

Claims

A device for arc welding containing a torch with a liquid cooling system, a welding circuit and an oscillator, characterized in that the welding circuit is equipped with a choke or high-frequency transformer, the winding of which is made in the form of a conductor with two channels for the passage of coolant connected to the liquid cooling system of the burner with the possibility of simultaneous flow of coolant through one of the channels to the burner, and on the other in the opposite direction.