SU1682076A1 - Источник тока дл импульсно-дуговой сварки - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к сварочному производству, в частности к источникам питани  дл  импульсно-дуговой сварки и наплавки металлов в среде защитных газов, под флюсом и открытой дугой с плавной регулировкой частоты следовани , длительности и амплитуды импульсов тока Изобретение может быть использовано в различных област х машиностроени , судостроени , авиационной и автомобильной промышленности. Цель изобретен  - расширение технологических возможностей источника тока дл  импульсно-дуговой сварки Дл  формировани  импульса используетс  принудительна  коммутаци  тиристора . При этом дл  повышени  устойчивости процесса сварки на низких базовых токах в схему, содержащую источник питани , силовой тиристор и схему коммутации , включен индуктивный накопитель Дл  получени  крутых фронтов и расширени  диапазона частоты следовани  импульсов тока последний протекает через часть индуктивного накопител . Кроме того, коммутатор выполнен таким образом, что позвол ет плавно регулировать амплитуду импульсов тока, что дает возможность улучшить технологические свойства источника тока дл  импульсно-дуговой сварки 1 з п. ф-лы, 2 ил. сл С

Description

Изобретение относитс  к области сварочного производства, в частности к источникам питани  дл  электродуговой сварки и наплавки металлов в среде защитных газов, под флюсом и открытой дугой в различных пространственных положени х, и может быть использовано в машиностроении, судостроении, авиастроении , автомобилестроении и других област х промышленности.

Цель изобретени  - расширение технологических возможностей источника тока дл  импульсно-дуговой сварки путем расширени  возможностей и областей регулировани  параметров импульсов, обеспечени  независимого их регулировани  и снижени  расхода материалов на его изготовление .

На фиг.1 изображена принципиальна  электрическа  схема источника тока дл  импульсно-дуговой сварки; на фиг 2 - временные диаграммы, по сн ющие работу предлагаемой схемы источника, и форма сварочного тока, протекающего через дуговой промежуток.

Источник тока дл  импульсно-дуговой сварки содержит силовую часть (СЧ) и блок управлени  (БУ). СЧ источника тока состоит из источника 1 питани  с жесткой внешней характеристикой, тиристора 2, тиристорноо

00

1ЧЭ

о

vj О

го моста, содержащего тиристоры 3-6 и конденсатор 7 в его диагонали, тиристоров 8 и

9,индуктивного накопител  10 энергии с двум  отводами. Выход источника тока соединен с дуговым промежутком 11. БУ содержит компаратор 12, дискриминатор 13, таймер 14, формирователь 15 сигналов управлени .

Анод тиристора 2 соединен с положительным выводом источника 1 питани , а катод - с первым отводом 10-2 индуктивного накопител  10. Таким образом, создана цопь дл  протекани  импульсов тока от положительного вывода источника 1 питани  через тиристор 2, индуктивный накопитель

10,дуговой промежуток 11 к отрицательному выводу источника 1 питани . Аноды тиристоров 3 и 4 также подключены к положительному выводу источника 1 питани , а их катоды - к разным обкладкам конденсатора 7 и анодам тиристоров 5 и 6, катоды которых соединены в общую точку и подключены к второму отводу 10-3 индуктивного накопител  10. Туда же подключен катод тиристора 8, анод которого соединен с отрицательным выводом источника 1 питани , образу  тем самым цепь разр да дл  части обмотки между вторым отводом 10-3 и концом 10-4 индуктивного накопител  10 энергии. Тиристор 9 своим анодом подключен также к отрицательному выводу источника 1 питани , а катодом к началу 10-1 обмотки индуктивного-накопител  10 энергии , образу  тем самым цепь дл  протекани  базового гска. Базовый ток обеспечиваетс  ЭДС самоиндукции, наводимой на всей обмотке индуктивного накопител  10 за счет энергии, запасенной в магнитном поле его во врем  протекани  импульсов тока (участок , фиг.2).

Конденсатор 7 соединен с входами компаратора 12 и дискриминатора 13 БУ дл  определени  уровн  и пол рности напр жени  на нем. Выходы компаратора 12 и дискриминатора 13, а также таймера 14 соединены с входом формировател  15 сигналов управлени , выходы которого соответственно соединены с цеп ми управлени  тиристоров 2-6 и 8, 9.

Таймер 14 предназначен дл  выработки временных сигналов управлени  тиристорами 2-6 в соответствии с установленными на нем задани ми времени периода следовани  импульсов Задание 1 и длительности импульсов Задание т. Компаратор 12 предназначен дл  сравнени  величины напр жени  зар да конденсатора 7 с заданным значением его Задание UC7 и выработки сигналов управлени  дл  открывани  тиристоров 8 и 9, Дискриминатор 13

непрерывно определ ет пол рность зар да конденсатора 7. По совокупности сигналов таймера 14 и дискриминатора 13 определ етс  момент и выдаетс  разрешение на

включение одной или другой пары тиристоров 3. 6 или 4, 5 мостовой схемы. Формирователь сигналов управлени  предназначен дл  усилени  сигналов, поступающих с таймера , компараторов и дискриминатора с

0 целью отпирани  тиристоров.

Источник работает следующим образом .

В установившемс  режиме источник 1 питани  включен, на выходе его имеетс 

5 посто нное напр жение U (фиг.2), в момент времени ti дуга возбуждена, тиристор 9 открыт сигналом блока управлени . По цепи: конец индуктивного накопител  10 энергии - дуговой промежуток 11 - открытый

0 тиристор 9 - начало индуктивного накопител  10 протекает ток базы (1е) в течение времени ti-t2. Все остальные тиристоры закрыты, а конденсатор 7 предварительно зар жен до значени  напр жени  +1)з, за5 данного компаратором 12. Допустим, конденсатор 7 зар жен так, что положительный потенциал находитс  на его верхней обкладке . Таймер 14 блока управлени  отсчитывает в соответствии с установленным на

0 нем Заданием Т период следовани  импульсов тока Т. По истечении времени периода Т таймер 14 выдает сигнал на включение тиристора 2. С выхода формировател  15 сигналов управлени  сигнал 1ут2 в

5 момент времени т.2 поступает в цепь управлени  тиристора 2. Тиристор 2 открываетс  (момент t2, фиг.2). Положительное напр жение источника 1 питани  прикладываетс  к первому отводу 10-2 индуктивного накопи0 тел  10 энергии. Так как индуктивность части обмотки между первым отводом 10-2 и концом 10-4 индуктивного накопител  10 меньше, чем индуктивность между началом и концом (всей обмотки), а запасенна  в

5 магнитном поле индуктивного накопител  10 энерги  мгновенно изменитьс  не может, то ток в части обмотки 10-2... 10-4 с большей скоростью увеличиваетс  от уровн  тока базы 1е до уровн  тока и (момент t2, фиг.2), а в

0 части 10-1... 10-2 ток начинает быстро снижатьс . Скачок тока импульса и пропорционален отношению витков всей обмотки индуктивного накопител  к виткам между первым отводом 10-2 и концом 10-4. При

5 этом к тиристору 9 прикладываетс  обратное напр жение U и тиристор 9 восстанавливаетс  в непровод щее состо ние. На участке ток через дуговой промежуток медленно нарастает под действием напр жени  U и протекает по цепи: положительный вывод источника 1 питани  - тиристор 2 - отвод 10-2 - конец 10-4 - дуговой промежуток 11 - отрицательный вывод источника 1 питани . Скорость нарастани  тока на участке определ етс  отношением индуктивности части обмотки индуктивного накопител  10 между отводами 10-2..,10-4 к сопротивлению дугового промежутка 11 и значением напр жени  U. В это врем  происходит зар д индуктивного накопител  10 энергии.

Таймер 14 в соответствии с установленным на нем заданием ги начина  с момента ta. отсчитывает врем , равное длительности импульсов, ги. По истечении этого времени с таймера 14 на вход формировател  15 сигналов управлени  поступает сигнал на включение пары тиристоров 3, 6 или 4, 5, С дискриминатора 13 на вход формировател  15 сигналов управлени  непрерывно поступает сигнал управлени  иуд о пол рности напр жени  на конденсаторе 1.

В соответствии с этими сигналами в момент времени ta формирователь 15 сигналов управлени  вырабатывает сигнал управлени  1ут3...б (фиг,2), который посылаетс  к той паре тиристоров 3, 6 или 4, 5 тиристорного моста, включение которой приведет к перезар ду конденсатора 7. Допустим, дискриминатор 13 разрешает прохождение сигналов управлени  одновременно на тиристоры 4 и 5. Они открываютс . При этом отрицательный потенциал зар да конденсатора 7 прикладываетс  к аноду тиристора 2 и положительному выводу источника 1 питани , а положительный - к отводу 10-3 обмотки индуктивного накопител  10. Напр жение источника 1 питани  и напр жение Уз зар да конденсатора 7 складываютс , так как они включены и действуют согласно. Суммарное напр жение прикладываетс  к отводу 10-3 обмотки индуктивного накопител  10.

В тот же момент времени ta {фиг.2) к открытому тиристору 2 прикладываетс  обратное напр жение Уз, равное напр жению зар да емкости 7 (фиг.2). От этого напр жени  по цепи: плюс напр жени  из на верхней обкладке конденсатора 7 - открытый тиристор5-отвод 10-3 -отвод 10-2 - катод тиристора 2 - анод тиристора 2 - открытый тиристор 4 - минус напр жени  Уз на нижней обкладке конденсатора 7 протекает обратный ток через тиристор 2. Этим током тиристор 2 начинает восстанавливатьс  в непровод щее состо ние. Включение части обмотки индуктивного накопител  10 энергии , расположенной между его отводами 10-2...10-3, мехлу катодом тиристора 2 и

катодами тиристоров 5 и 6 тиристорной мостовой схемы позвол ет значительно снизить крутизну нарастани  и величину обратного тока разр да емкости 7 через ти- ристор 2. Таким образом повышаетс  надежность его работы в период принудительной коммутации протекающего через него тока и.

Ток предимпульса 1ц, протекающий

0 ранее через тиристор 2, очень быстро перехватываетс  цепью перезар да конденсатора 7, который шунтирует тиристор 2. Совместным действием обратного тока и шунтировани  тиристор 2 надежно восста5 навливаетс  в непровод щее состо ние. По цепи: положительный вывод источника 1 питани  - тиристор 4 - конденсатор 7 - тиристор 5 - часть обмотки между отводами 10-3...10-4 индуктивного накопител  10 0 дуговой промежуток 11 - отрицательный выход источника 1 питани ,начина  с момента t3 (фиг.2), происходит колебательный перезар д конденсатора 7. Через дуговой промежуток протекает ток импульса с

5 амплитудой а. Значени  амплитуды импульса 1а определ ютс  совместным действием напр жений U источника 1 питани  и 11з зар да конденсатора 7, индуктивностью части 10-3... 10-4 обмотки индуктивного нако0 пител  10 и сопротивлением дугового промежутка 11.

Напр жение U, индуктивность указанной части обмотки индуктивного накопител  10 и значение сопротивлени  дугового

5 промежутка дл  конкретных условий сварки  вл ютс  посто нными величинами, а напр жение зар да конденсатора 7 UC7 можно регулировать в широких пределах путем изменени  задани  на компараторе 12 Уз. ИзQ мен   его, можно в широких пределах регулировать амплитуду импульсов тока а независимо от изменений длительности и частоты. Амплитуда импульсов тока  вл етс  одним из основных параметров при им5 пульсно-дуговой сварке плав щимс  электродом. Регулировка амплитуды импульсов тока с помощью изменени  напр жени  зар да конденсатора позвол ет активно управл ть процессом каплеперено0 са, стабилизировать процесс сварки и соответственно свойства сварного соединени . Формирование зар да на конденсаторе 7 происходит следующим образом.

По мере его перезар да напр жение

е на обкладках конденсатора 7 мен ет пол рность . После достижени  на нем уровн  напр жени , равного напр жению U источника 1 питани , перезар д продолжаетс  только за счет энергии, накопленной в части обмотки между отводами 10 3.. 10 4

индуктивного накопител  10. При этом напр жение зар да конденсатора может значительно превысить напр жение U источника 1 питани . На компаратор 12 БУ поступает сигнал напр жени  с конденсатора 7. Туда же поступает напр жение задани  ± Щ. Компаратор 12 сравнивает эти два напр жени  и при достижении на конденсаторе 7 напр жени  UC7, равного по величине напр жению задани  Уз, выдает сигнал на формирователь 15 сигналов управлени  1Ут8,9 на тиристоры 8 и 9 (фиг.2). С включением тиристора 8 протекание тока перезар да конденсатора 7 резко прекращаетс , так как он отключаетс  от указанной части обмотки индуктивного накопител  10, а напр жение на нем стало выше напр жени  источника 1 питани . По этим причинам тиристоры 4 и 5 восстанавливаютс  в непровод щее состо ние.

Ток в дуговом промежутке в этот момент немного меньше чем значение и в момент времени ta. Это уменьшение тока нагрузки вызвано потер ми энергии в сварочном контуре во врем  перезар да конденсатора 7. Чем больше амплитуда импульса la, тем меньше значение тока в момент включени  тиристоров 8 и 9. Ток в дуговом промежутке 11 поддерживаетс  за счет энергии магнитного пол  части обмотки между отводами 10-3,..10-4 индуктивного накопител  10 и протекает че- рез тиристор 8. Одновременно с включением тиристора 8 включаетс  также тиристор 9. Под действием наведенной ЭДСток в части 10-1...10-3 начинает быстро возрастать, а в части 10-3...10-4 быстро спадать от значени  немногим меньше и до значени  le, когда токи в обеих част х обмотки сравн ютс  (момент т.4, фиг.2). Ток базы протекает по цепи: вывод 10-4 обмотки индуктивного накопител  10 - дуговой промежуток 11 - открытый тиристор 9 - начало 10-1 индуктивного накопител  10.

Значение тока базы определ етс  в первую очередь значением тока предимпульса и и соотношением витков части обмотки 10-3...10-4 и всей обмотки индуктивного накопител  10. С повышением амплитуды тока импульсов значение базового тока незначительно уменьшаетс . Тиристор 8 закрываетс  приложенным встречным напр жением. К этому времени тиристоры 4 и 5 тоже наход тс  в непровод щем состо нии. Таким образом , в этот момент времени все тиристоры схемы кроме тиристора 9 закрыты , конденсатор 7 зар жен до напр жени  - Уз; через дуговой промежуток 11 протекает ток базы, таймер 14 блока управлени 

отсчитывает период, следовани  им пульсов тока Т. Далее цикл работы схемы аналогично повтор етс .

По сравнению с известным при использовании предлагаемого источника тока дл  импульсно-дуговой сварки плав щимс  электродом открываетс  возможность независимого плавного регулировани  амплитуды импульсов тока в

широких пределах. При этом сохран ютс  возможности по регулированию длительности и частоты следовани  импульсов тока , но исключаетс  вли ние регулировки их на величину амплитуды импульсов тока

и наоборот.

Каждый из этих параметров при импуль- сно-дуговой сварке плав щимс  электродом оказывает свое преимущественное вли ние на характеристики режима сварки

и свойства сварных соединений. Так, длительность тока базы и его величина определ ют частоту следовани  импульсов и соответственно средний ток сварки. Длительность импульсов тока позвол ет регулировать размер переносимой капли, соответственно управл ть временем пребывани  капли в области высоких температур , химическими реакци ми и выгоранием легирующих элементов.

.Амплитуда импульсов тока оказывает существенное вли ние на перенос металла с торца плав щегос  электрода. В зависимости от величины амплитуды капл  может оторватьс  от торца электрода, может не оторватьс , может оторватьс  в тот или другой момент времени при одних и тех же услови х сварки. Таким образом, получение независимой регулировки параметров позвол ет расширить технологические свойства источника, улучшить качество сварных соединений при импуль- сно-дуговой сварке.

Claims (2)

1. Источник тока дл  импульсно-дуговой сварки, содержащий источник питани , выполненный в виде источника посто нного напр жени , индуктивный накопитель

энергии с отводами, два электронных ключа и блок управлени , выход которого св зан с управл ющими электродами тиристоров, о т- личающийс  тем, что, с целью расширени  технологических возможностей источника тока и снижени  расхода материала на его изготовление, в него введены п ть тиристоров и конденсатор, а два электронных ключа выполнены в виде двух тиристоров , причем конец обмотки индуктивного накопител  энергии соединен через дуговой

промежуток с отрицательным выводом источника питани , с которым соединены также аноды первого и второго тиристоров, катод первого из которых св зан с началом обмотки индуктивного накопител , анод третьего тиристора соединен с положительным выводом источника питани , а катод - с первым отводом индуктивного накопител , при этом аноды четвертого и п того тиристоров также подключены к положительному выводу источника питани , а их катоды - к разным обкладкам конденсатора и анодам шестого и седьмого тиристоров, катоды которых соединены в общую точку и подключены к второму отводу индуктивного накопител  вместе с

0

5

катодом второго тиристора, причем вход блока управлени  подключен к обкладкам конденсатора.

2. Источник тока по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем. что блок управлени  содержит компаратор, дискриминатор, формирователь сигналов управлени  и таймер, причем таймер своим выходом соединен с входом формировател  сигналов управлени , туда же подсоединены выходы дискриминаторов и компаратора, входы которых соединены между собой параллельно и подключены к обкладкам конденсатора, а выходы формировател  сигналов управлени  соединены соответственно с управл ющими электродами тиристоров.

Задание Ти /4

6У