Устройство управления сварочным аппаратом

Полезная модель относится к сварочному производству, а именно к устройству для управления сварочным аппаратом по току, обеспечивающее ограничение установленного значения сварочного тока при выходе электрода за пределы сварочной зоны. Предложенное устройство управления сварочным аппаратом увеличивает устойчивость дуги в зоне сварки и ограничивает длину дуги при прерывании последней, содержит датчик тока, цепь выделения среднего значения тока, регулятор уровня тока, устройство сравнения и управления и схему ограничения установленного значения сварочного тока. Датчик тока устройства через резистивно-емкостную цепь выделения среднего значения сварочного тока соединен с первым входом устройства сравнения и управления. Выход потенциометра регулятора уровня тока дополнительно соединен с выходом сварочного аппарата через схему ограничения установленного значения сварочного тока. Схема состоит из резистивно-емкостного фильтра, соединенного с входом опорного стабилитрона, выход стабилитрона связан с резистором в цепи база - эмиттер транзистора электронного ключа, причем резистор в цепи коллектора транзистора соединен с выходом потенциометра регулятора уровня тока и вторым входом устройства сравнения и управления.

Полезная модель относится к сварочному производству, а именно к устройству для управления сварочным аппаратом по току, обеспечивающее ограничение установленного значения сварочного тока при выходе электрода за пределы сварочной зоны.

Известно, что при дуговой сварке плавящимся электродом источник питания сварочной дуги воспринимает динамическую нагрузку в связи с переходными режимами, когда динамические параметры - сварочный ток дуги (I_Д) и напряжение дуги (U_д) изменяют свою величину, причем в дуге могут происходить периодически повторяющиеся явления (короткое замыкание, возбуждение дуги, переход к режиму устойчивого горения, прерывание дуги по окончании процесса сварки). В частности, при размыкании сварочной цепи рабочее напряжение источника питания (U_И) весьма быстро возрастает до значений, достаточных для возбуждений дуги. I_д возрастает недопустимо быстро, что приводит к сильному разбрызгиванию наплавляемого металла при сварке плавящимся электродом [Акулов А.И. с соавт. Технология и оборудование сварки плавлением. М. «Машиностроение», 1977. - С.127 - 129].

Управление сварочными аппаратами в общем виде можно разделить на три группы, имеющие персональные характерные особенности устойчивости и поведения дуги как в зоне сварки, так и вне ее при удалении электрода от свариваемых изделий:

- управление по току (ручная дуговая сварка, сварка не плавящимся электродом и т.п.), обеспечивающее крутопадающую выходную характеристику, гарантирующую высокую стабильность дуги при значительных колебаниях сварочного электрода относительно поверхности свариваемых изделий;

- управление по напряжению (полуавтоматическая сварка проволокой);

- смешанное управление по току и напряжению (наплавка, сварка спец. электродами и т.п.) [Акулов А.И. с соавт. Технология и оборудование сварки плавлением. М. «Машиностроение», 1977. - С.129 - 133].

Прерывание дуги по окончании процесса сварки в известных конструкциях устройств управления сварочными аппаратами возможно только за счет выведения электрода из зоны сварки, в частности, за счет подъема электрода для прерывания дуги и последующим отведением последнего от свариваемых изделий. Если выполнение действий по прерыванию дуги при значительной протяженности сварочного шва, невысоких требований к виду последнего и отсутствие ограничивающих препятствий в местах выполнения работ не вызывает затруднений, то на коротких швах, при точечной прихватке, в труднодоступных местах, а также повышенному требованию к форме сварного шва, длинная тянущаяся дуга становится существенным недостатком, препятствующим качественному выполнению работ и неоправданному дополнительному расходу электрической энергии.

В качестве аналога выбрано устройство источника питания для дуговой сварки, возбуждения дуги и защиты от перегрузки по току [RU 2066605 С1 В23К 9/00], содержащее, в частности, устройство возбуждения дуги по моменту отрыва электрода и двухступенчатой схемы защиты от перегрузки по току, с помощью которых расширяются технологические возможности, повышается надежность, упрощается конструкция и настройка источника для дуговой сварки, устраняется опасность поражения сварщика электрическим током, уменьшается загрязнение электрода материалом изделия при возбуждении дуги.

К недостаткам конструкции аналога можно отнести то, что в момент касания изделия электродом для возбуждения дуги нужно сначала замкнуть электроды, а затем разомкнуть, что не обеспечивает ограничение установленного значения сварочного тока при выходе электрода за пределы сварочной зоны. Устройство для возбуждения дуги отсчитывает от момента размыкания небольшой промежуток времени и включает силовую схему, которая выдает напряжение холостого хода, пробивающее воздушный зазор между изделием и электродом. Силовая часть источника сварочного тока, состоящая из выпрямителя и импульсного понижающего регулятора, при зажигании сварочной дуги, ток и напряжение которой регулируются схемой управления, работает в непрерывном режиме. Устройство аналога не устраняет эффект разбрызгивания наплавляемого металла при выведении электрода из зоны сварки из-за сложности схемной многоступенчатой последовательной регулировки уменьшения тока до порога срабатывания при постоянном включении и выключении блока ключевых транзисторов.

В качестве прототипа выбран автономный источник питания сварочной дуги для ручной дуговой сварки плавящимися электродами [RU 2336151 С1 В23К 9/10], содержащий асинхронный генератор повышенной частоты тока с обмоткой возбуждения, конденсатор возбуждения, дополнительный конденсатор, согласующий трансформатор, трансформатор тока, регулирующий элемент со схемой управления и задатчиком тока, активное и емкостное сопротивления, причем вторичная обмотка согласующего трансформатора соединена со сварочными электродами через трансформатор тока, выход которого соединен со схемой управления.

К недостаткам конструкции прототипа следует отнести то, что после поступления сигналов на входы блока управления источника питания прототипа по току (с обмотки возбуждения генератора и вторичной обмотки согласующего трансформатора тока), в зависимости от положения задатчика тока формируется только сигнал, изменяющий в схеме управления угол открытия семисторов и ограничивающий ток короткого замыкания при возбуждении дуги (переходе к режиму устойчивого горения). В схеме управления не предусмотрены элементы для формирования сигнала ограничения установленного значения сварочного тока для ограничения длины дуги при выводе электрода из зоны сварки (увеличении напряжения), что снижает качество коротких сварных швов, сварке при точечной прихватке, в труднодоступных местах, а также не удовлетворяет повышенному требованию к форме сварного шва и увеличивает неоправданный расход дополнительной электрической энергии.

Нами впервые предложено устройство управления сварочным аппаратом, увеличивающее устойчивость дуги в зоне сварки и ограничивающее длину дуги при прерывании последней (подъеме электрода из зоны сварки), содержащее датчик тока, цепь выделения среднего значения тока, регулятор уровня тока, устройство сравнения и управления и схему ограничения установленного значения сварочного тока. Датчик тока устройства через резистивно - емкостную цепь выделения среднего значения сварочного тока соединен с первым входом устройства сравнения и управления. Выход потенциометра регулятора уровня тока дополнительно соединен с выходом сварочного аппарата через схему ограничения установленного значения сварочного тока. Схема состоит из резистивно - емкостного фильтра, соединенного с входом опорного стабилитрона, на который поступает сигнал, пропорциональный значению выходного напряжения сварочного аппарата, а выход стабилитрона связан с резистором в цепи база - эмиттер транзистора электронного ключа, причем резистор в цепи коллектора транзистора соединен с выходом потенциометра регулятора уровня тока и вторым входом устройства сравнения и управления, а величины напряжения стабилизации и максимального выходного напряжения сварочного аппарата связаны соотношением U_ст = U_{maх вых}+(5-10)B.

Предложенное устройство изображено схематично на Фиг.1, где:

1 - датчик тока;

2 - цепь выделения среднего значения тока;

3 - регулятор уровня тока;

4 - устройство сравнения и управления;

5 - схема ограничения установленного значения сварочного тока.

Устройство состоит из датчика тока (1), соединенного через цепь выделения среднего значения тока R₅C ₂ (2) с первым входом устройства сравнения и управления (4). Выход сварочного аппарата через входной фильтр R₁ C₁ подключен к входу опорного стабилитрона D₁ схемы ограничения установленного значения сварочного тока (5), а резистор R₂ в цепи база - эмиттер транзистора T ₁ электронного ключа этой схемы соединен с выходом опорного стабилитрона D₁. К выходу потенциометра R₄ регулятора уровня тока (3), соединенного со вторым входом устройства сравнения и управления (4), подключен ограничивающий резистор R₃, находящийся в цепи коллектора транзистора T ₁ электронного ключа схемы ограничения установленного рабочего значения сварочного тока, номинал которого выбран такой величины, чтобы при сбросе сварочного тока, значение величины его оставалось в пределах 5-10% от рабочего.

Устройство работает следующим образом: в ходе сварочного процесса от датчика тока (1), включенного через цепь выделения среднего значения тока (2) на первый вход устройства сравнения и управления (4), поступает сигнал, пропорциональный величине тока дуги. Среднее значение напряжения на выходе аппарата (сварочном электроде) U_cp , подчиняющееся зависимости U_cp=20+0, 041, где U _cp - среднее значение рабочих напряжений сварочного аппарата (В), а I - сварочный ток (А) [Справочник специалиста сварочного производства, том 2, М., Бюро промышл. маркетинга, 2007, С.20], через входной фильтр R₁C₁ поступает на вход стабилитрона D₁ схемы ограничения установленного рабочего значения сварочного тока I (5). Напряжение стабилизации D₁ (U_ст) на 5-10 В выше максимального рабочего выходного напряжения сварочного аппарата (U_{max вых} ) Ucт>U_max, где U_{max вых}=20+0, 04I _max, и схема ограничения установленного значения сварочного тока (5) предложенного устройства не срабатывает. При подъеме электрода из зоны сварки U_cp возрастает до максимального значения, но, при достижении величины U_ст на 5-10 В выше U_{max вых}, срабатывает электронный ключ на транзисторе Т₁ схемы (5), при этом на второй вход устройства сравнения и управления (4) через выход потенциометра R₄ регулятора уровня тока (3) поступает сигнал о превышении напряжением U _{max вых} величины U_ст. с ограничительного резистора R₃ в цепи коллектора транзистора Т₁. Устройство сравнения и управления (4) ограничивает длину сварочной дуги, снижая установленное значение тока дуги до минимума (5-10% от рабочего значения сварочного тока).

Предложенное устройство управления сварочным аппаратом, увеличивающее устойчивость дуги в зоне сварки и ограничивающее длину дуги при прерывании последней (подъеме электрода из зоны сварки), устраняет недостатки прототипа, поскольку при простоте конструкции устройства способствует качественному выполнению работ на коротких швах, при точечной прихватке, в труднодоступных местах и повышенному требованию к форме сварного шва (отсутствии эффекта разбрызгивания наплавляемого металла при выведении электрода из зоны сварки), сокращает расход электр. энергии.

Устройство управления сварочным аппаратом, содержащее датчик тока, устройство сравнения и управления, регулятор уровня тока, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью обеспечения следующего соотношения между величиной напряжения стабилизации U_ст и максимальным выходным напряжением U_{max вых} сварочного аппарата:

U_ст=U_{max вых}+(5-10)В,

при этом выход регулятора уровня тока соединен с выходом сварочного аппарата через схему ограничения установленного значения сварочного тока, состоящую из резистивно-емкостного фильтра, соединенного с входом стабилитрона, выход которого связан с резистором в цепи база - эмиттер транзистора электронного ключа, а резистор в цепи коллектора транзистора электронного ключа соединен с выходом потенциометра регулятора уровня тока.