Полуавтомат для механизированной сварки плавящимся электродом в любых пространственных положениях
Полезная модель предназначена для выполнения сварки в любых пространственных положениях, но особенно в отличных от нижнего - вертикальном, горизонтальном, потолочном и всех промежуточных. Это достигается благодаря согласованному управлению работой выпрямителя и подающего механизма, а также стабилизации сварочного тока, напряжения и частоты переноса электродного металла. Решение задачи достигается тем, что в полуавтомате для механизированной сварки плавящимся электродом, состоящем из выпрямителя и подающего механизма, в котором выпрямитель содержит трансформатор, основной тиристорный блок, блок низковольтной подпитки, блок высоковольтной подпитки, датчик напряжения, внешний зажим и микропроцессорный регулятор, а подающий механизм содержит входной зажим, привод подачи и газовый клапан, внешний зажим выпрямителя соединен сварочным кабелем с входным зажимом подающего механизма, который гибким шлангом соединен с горелкой, данные соединения образуют силовую цепь питания сварочной дуги, причем в выпрямителе трансформатор тремя силовыми выводами соединен соответственно с блоком высоковольтной подпитки, блоком низковольтной подпитки и основным тиристорным блоком, первый, второй и третий управляющие выходы микропроцессорного регулятора выпрямителя соединены соответственно с управляемыми входами блока высоковольтной подпитки, блока низковольтной подпитки и основного тиристорного блока, выходы блока высоковольтной подпитки, блока низковольтной подпитки и основного тиристорного блока объединены друг с другом и соединены с внешним зажимом выпрямителя, вход датчика напряжения соединен с силовой цепью, а его выход соединен с измерительным входом микропроцессорного
регулятора, и причем в подающем механизме привод подачи соединен механически с гибким шлангом для подачи электродной проволоки, а газовый клапан соединен пневматически с гибким шлангом для подачи защитного газа, дополнительно для согласования управления исполнительными устройствами полуавтомата подающий механизм также содержит микропроцессорный регулятор, причем первый установочный вход микропроцессорного регулятора подающего механизма соединен с управляющей кнопкой горелки, второй установочный вход соединен с блоком задания режимов, первый управляющий выход соединен с управляемым входом микропроцессорного регулятора выпрямителя, второй управляющий выход соединен с входом газового клапана, третий управляющий выход соединен с входом привода подачи, а первый измерительный вход соединен с выходом привода подачи.
Полезная модель относится к области дуговой сварки, в частности к устройствам для сварки сплошной проволокой в активных газах и самозащитной порошковой проволокой открытой дугой. Полуавтомат может использоваться при выполнении швов с частой сменой пространственных положений, например, при сварке неповоротных стыков трубопроводов.
Качество формирования сварного шва в любых пространственных положениях, но особенно в положениях, отличных от нижнего - вертикальном, горизонтальном, потолочном - в значительной степени зависит от сварочных свойств технологического оборудования, при механизированной сварке - от характеристик источника и механизма подачи электродной проволоки. Оборудование должно быстро и по возможности без ошибок отрабатывать внешние и внутренние возмущения, нарушающие нормальное течение процесса, регулярный перенос электродного металла, равномерное образование ванны расплавленного металла и качественное формирование шва. Внешние возмущения могут быть вызваны колебаниями напряжения сети, изменениями профиля и наклона в пространстве свариваемых поверхностей, а также перемещениями горелки сварщиком. Внутренние возмущения обусловлены неравномерным сопротивлением подаче проволоки, а также изменениями активного и индуктивного сопротивлений сварочной цепи. Особенно сильно нарушает сварочный процесс циклический характер переноса электродного металла. Так, при сварке в углекислом газе на низком сварочном напряжении процесс состоит из этапов дугового разряда, когда в основном плавится электрод и образуется на его торце капля, и этапов короткого замыкания каплей на ванну
расплавленного металла, когда за счет теплового и механического воздействия на каплю происходит ее перенос в ванну.
Специальные требования к оборудованию для механизированной сварки плавящимся электродом в пространственных положениях, отличных от нижнего, следующие:
- устойчивость процесса при относительно низком сварочном напряжении от 15 до 25 В;
- точная настройка и высокая стабильность сварочного напряжения с отклонениями не более ±0,3 В;
- точная настройка и высокая стабильность скорости подачи проволоки с отклонениями не более ±0,05 м/мин;
- равномерный мелкокапельный перенос электродного металла со средним диаметром капель не более диаметра электрода.
Известен сварочный аппарат и способ механизированной сварки в углекислом газе с короткими замыканиями дугового промежутка (Патент США №4954691. Method and device for controlling a short circuiting type welding system. Оп. 04.09.1990), в котором обеспечивается программное управление переносом каждой капли электродного металла. Цикл управления переносом организован следующим образом: плавление электрода с образованием капли оптимального размера - снижение тока для обеспечения слияния капли с ванной - увеличение тока короткого замыкания для энергичного отделения капли от электрода - снижение тока для завершения переноса без газодинамического удара - восстановление дугового разряда для образования следующей капли и т.д. Процесс переноса капли электродного металла силами поверхностного натяжения (STT) обладает высокой устойчивостью и регулярностью переноса, что отвечает условиям качественного формирования шва, особенно на вертикальной поверхности.
Недостатком устройства является сложная система управления и трудность настройки, поскольку каждый период цикла длится всего
несколько миллисекунд. Поэтому реализовать процесс STT удается только с помощью инверторного источника, дорогого и не очень надежного.
Известно также устройство, в котором процесс сварки на низких токах, начиная от 25 А, не требует программного управления переносом (Потапьевский А.Г. и др. Сварка в СО 2 с питанием от источников тока с комбинированной внешней характеристикой, Сб. трудов «Импульсные процессы сварки», ИЭС им. Е.О.Патона, 1988, с.68-73). Мелкокапельный регулярный перенос здесь достигается благодаря принудительным коротким замыканиям, которые возникают при настройке напряжения ниже типичных значений. При этом проблема снижения устойчивости решается с помощью блока высоковольтной подпитки, который восстанавливает дуговой разряд после прекращения короткого замыкания каплей. Данный процесс можно отнести к импульсно-дуговой сварке с автокоррекцией по моменту короткого замыкания и его длительности.
Недостатком устройства является отсутствие стабилизации скорости подачи проволоки. Допускается даже питание привода подачи сварочным напряжением, которое в описываемом источнике по своей сущности не может быть постоянным.
Известен сварочный выпрямитель с низковольтной подпиткой, который использует принцип параметрического, то есть непрограммного, повышения устойчивости процесса сварки (Заруба И.И. и др. Новый тип сварочного выпрямителя // Автоматическая сварка, 1995, №5, с.53-57). Блок низковольтной подпитки имеет напряжение холостого хода 14 В. Он вступает в действие только при провалах напряжения основного выпрямительного блока, в частности при коротких замыканиях каплями, и, добавляя свой ток к току основного источника, гарантирует быстрый перенос капли.
Недостатком устройства является отсутствие стабилизации напряжения, которое, как известно, отвечает за стабильность ширины шва. Отсутствует стабилизации тока, а, следовательно, и стабилизация глубины проплавления шва.
Известен шланговый полуавтомат для механизированной сварки, в котором система стабилизации тока основана на принципе саморегулирования дуги (Автоматизация сварочных процессов / Под ред. В.К.Лебедева и В.П.Черныша - К.: Вища школа, 1986, с.242-246). Стабилизация тока при умеренных возмущениях обеспечивается благодаря стабилизации скорости подачи электродной проволоки системой управления с обратной связью по ЭДС якоря коллекторного двигателя. Однако аналоговая система управления эффективно отрабатывает только возмущения по длине дуги, хуже - по напряжению сварочного источника и сопротивлению подаче проволоки, и абсолютно неработоспособна при проскальзывании роликов подающего механизма по проволоке. Недостатками системы являются также трудность настройки тока и отсутствие увязки его с другими параметрами режима, в частности со сварочным напряжением.
Наиболее близким к заявляемому устройству является универсальный источник (Патент РФ №44074. Сварочный тиристорный выпрямитель. Оп. 27.02.2005). Источник содержит основную цепь питания сварочной дуги, выполненную на тиристорном выпрямительном блоке и сглаживающем дросселе, и цепь высоковольтной подпитки, выполненную на диодном выпрямительном блоке с балластным реостатом. Высоковольтная подпитка и сглаживающий дроссель поддерживают горение дуги в интервалах спада тока в тиристорах. Система управления выпрямителя построена на основе микропроцессорного регулятора, что придает выпрямителю при механизированной сварке плавящимся электродом следующие достоинства: высокая стабильность сварочного напряжения, отсутствие длительных провалов сварочного тока и высокое быстродействие, ограничиваемое только периодичностью включения тиристоров. Управление переносом электродного металла в моменты коротких замыканий каплями осуществляется оптимизацией пиковых значений тока короткого замыкания в зависимости от диаметра электродной проволоки и скорости ее подачи.
Однако при относительно регулярном образовании капель такой процесс нельзя считать полностью управляемым, поскольку регулятор воздействует на каплю, уже коснувшуюся ванны, но не инициирует само это касание. Кроме того, стабилизация напряжения при его измерении за несколько периодов образования и переноса капель включает в усреднение и этапы горения дуги, и этапы коротких замыканий. Следовательно, такое управление не гарантирует стабилизации длины дуги и достижения каплями одинаковых размеров к моменту касания с ванной, а поэтому не обеспечивает высокой регулярности переноса и необходимой устойчивости процесса сварки в пространственных положениях, отличных от нижнего. Сварочный тиристорный выпрямитель предназначен для работы в составе полуавтомата, подающий механизм которого содержит привод подачи проволоки и газовый клапан. Микропроцессорный регулятор выпрямителя управляет приводом подачи и газовым клапаном. Однако в микропроцессорном регуляторе выпрямителя не предусмотрена адаптация полуавтомата к специфическим условиям сварки в различных пространственных положениях.
Задачей полезной модели является организация управления сварочным процессом с использованием двух микропроцессорных регуляторов, обеспечивающих согласованную работу тиристорного сварочного выпрямителя и механизма подачи электродной проволоки.
Решение задачи достигается тем, что в полуавтомате для механизированной сварки плавящимся электродом, состоящем из выпрямителя и подающего механизма, в котором выпрямитель содержит трансформатор, основной тиристорный блок, блок низковольтной подпитки, блок высоковольтной подпитки, датчик напряжения, внешний зажим и микропроцессорный регулятор, а подающий механизм содержит входной зажим, привод подачи и газовый клапан, внешний зажим выпрямителя соединен сварочным кабелем с входным зажимом подающего механизма, который гибким шлангом соединен с горелкой, данные соединения образуют
силовую цепь питания сварочной дуги, причем в выпрямителе трансформатор тремя силовыми выводами соединен соответственно с блоком высоковольтной подпитки, блоком низковольтной подпитки и основным тиристорным блоком, первый, второй и третий управляющие выходы микропроцессорного регулятора выпрямителя соединены соответственно с управляемыми входами блока высоковольтной подпитки, блока низковольтной подпитки и основного тиристорного блока, выходы блока высоковольтной подпитки, блока низковольтной подпитки и основного тиристорного блока объединены друг с другом и соединены с внешним зажимом выпрямителя, вход датчика напряжения соединен с силовой цепью, а его выход соединен с измерительным входом микропроцессорного регулятора, и причем в подающем механизме привод подачи соединен механически с гибким шлангом для подачи электродной проволоки, а газовый клапан соединен пневматически с гибким шлангом для подачи защитного газа, дополнительно для согласования управления исполнительными устройствами полуавтомата подающий механизм также содержит микропроцессорный регулятор, причем первый установочный вход микропроцессорного регулятора подающего механизма соединен с управляющей кнопкой горелки, второй установочный вход соединен с блоком задания режимов, первый управляющий выход соединен с управляемым входом микропроцессорного регулятора выпрямителя, второй управляющий выход соединен с входом газового клапана, третий управляющий выход соединен с входом привода подачи, а первый измерительный вход соединен с выходом привода подачи.
Кроме того, в силовую цепь питания дуги введен датчик тока, выход которого соединен со вторым измерительным входом микропроцессорного регулятора подающего механизма. Датчик напряжения соединен с внешним зажимом выпрямителя или входным зажимом подающего механизма.
Для согласования работы отдельных исполнительных устройств полуавтомата (газовый клапан, привод подачи, выпрямитель)
микропроцессорный регулятор подающего механизма выступает в роли ведущего. Он на основе сигналов, полученных от блока задания режимов (сварочного напряжения, скорости подачи, частоты импульсов и временных параметров цикла сварки), формирует цикл включения исполнительных устройств и передает микропроцессорному регулятору выпрямителя как ведомому сигналы задания сварочного напряжения и частоты его импульсов, а также сигнал включения на сварку. Функции по настройке и стабилизации отдельных параметров распределены следующим образом.
Микропроцессорный регулятор подающего механизма обеспечивает:
- программное управление циклом сварки, то есть последовательностью и длительностью включения всех исполнительных устройств (газового клапана, привода подачи и выпрямителя), а также изменением в процессе сварки параметров подачи газа, проволоки и тока;
- стабилизацию скорости подачи электродной проволоки и сварочного тока.
Микропроцессорный регулятор выпрямителя обеспечивает:
- стабилизацию за счет обратных связей как напряжения дуги, так и сварочного напряжения, усредненного за несколько циклов дугового разряда и коротких замыканий каплями;
- параметрическую стабилизацию частоты переноса электродного металла при коротких замыканиях каплями на ванну.
Описание и работа полуавтомата поясняются с помощью следующих иллюстраций:
На фиг.1 представлена функциональная блок-схема полуавтомата.
На фиг.2 даны графики напряжения U и тока I при сварке с короткими замыканиями.
В таблице приведены результаты испытаний полуавтомата.
Полуавтомат представляет собой технологический комплект, содержащий выпрямитель и подающий механизм, каждый с собственным микропроцессорным регулятором. Выпрямитель содержит трансформатор 1,
блок высоковольтной подпитки 5, блок низковольтной подпитки 6, основной тиристорный блок 7 и микропроцессорный регулятор 8. Управляющие выходы 9, 10 и 11 микропроцессорного регулятора 8 соединены соответственно с управляемыми входами основного тиристорного блока 7, блока низковольтной подпитки 6 и блока высоковольтной подпитки 5. Выводы 2, 3, и 4 вторичных обмоток трехфазного понижающего трансформатора 1 соединены соответственно с входами блока высоковольтной подпитки 5, блока низковольтной подпитки 6 и основного тиристорного блока 7. Выходы блока высоковольтной подпитки 5, блока низковольтной подпитки 6 и основного тиристорного блока 7 объединены друг с другом и соединены с внешним зажимом 12 выпрямителя. Внешний зажим 12 сварочным кабелем 13 соединен с входным зажимом 14 подающего механизма. Внешний зажим 12 либо входной зажим 14 через датчик напряжения 15 соединены с измерительным входом 16 микропроцессорного регулятора 8 выпрямителя.
Подающий механизм имеет в своем составе привод подачи 18, содержащий двигатель 19 для подачи проволоки 20 роликами 21, датчик тока 22, газовый клапан 23, блок задания режимов 24, а также микропроцессорный регулятор 25. Горелка 26 гибким шлангом 27 соединена с подающим механизмом, причем от входного зажима 14 к ней подается ток, от привода подачи 18 - проволока, а через газовый клапан 23 - защитный газ. Управляющая кнопка 28 горелки 26 соединена с первым установочным входом 29 микропроцессорного регулятора 25. Выход блока задания режимов 24 соединен со вторым установочным входом 30 микропроцессорного регулятора 25. Второй управляющий выход 31 микропроцессорного регулятора 25 соединен с входом газового клапана 23, третий управляющий выход 33 соединен с входом привода подачи 18, а первый управляющий выход 35 с входом 17 микропроцессорного регулятора 8 выпрямителя. Привод подачи 18 электродной проволоки имеет в качестве основы коллекторный двигатель 19, причем якорные обмотки двигателя
являются входом привода подачи 18, а измерительная цепь ЭДС якоря - выходом, который соединен с первым измерительным входом 32 микропроцессорного регулятора 25. Второй измерительный вход 34 микропроцессорного регулятора 25 соединен с выходом датчика тока 22. Объединенные выходы блока 5 высоковольтной подпитки, блока 6 низковольтной подпитки и основного тиристорного блока 7, внешний зажим 12 выпрямителя, сварочный кабель 13, входной зажим подающего механизма 14, гибкий шланг 27 и горелка 26 образуют силовую цепь питания сварочной дуги. Таким образом, датчик тока 22 измеряет ток в силовой цепи, а датчик напряжения 15 - напряжение в силовой цепи.
Предварительно подают сетевое напряжение на трансформатор 1, в результате чего появляется пониженное трехфазное напряжение на выводах 2, 3 и 4 вторичных обмоток, а также напряжение питания микропроцессорных регуляторов 8 и 25. Затем осуществляют ввод параметров режима сварки. Возможна независимая друг от друга настройка отдельных параметров или синергетическая, то есть взаимоувязанная настройка этих же параметров в соответствии с математической моделью процесса.
При независимой настройке с использованием блока задания режимов 24 на вход 30 микропроцессорного регулятора 25 подают заданные значения сварочного напряжения U св, частоты импульсов fи, скорости подачи электродной проволоки Vп и всех временных интервалов цикла: подачи газа до сварки t 1, установления процесса t2, растяжки дуги t3 и подачи газа после сварки t 4. С выхода 35 микропроцессорного регулятора 25 подающего механизма передаются на вход 17 микропроцессорного регулятора 8 выпрямителя сигналы задания сварочного напряжения U св и частоты импульсов fи. Впоследствии эти настройки могут быть занесены в память микропроцессорного регулятора 25 и использоваться при синергетическом задании режимов.
При синергетической настройке с использованием блока задания режимов 24 сигналами на вход 30 микропроцессорного регулятора 25
подающего механизма задают исходные условия процесса сварки (диаметр электродной проволоки dэ , сила тока Iсв, тип проволоки - сплошная или порошковая, вид защитного газа). По заложенной в памяти микропроцессорного регулятора 25 математической модели он вычисляет и далее использует при настройке ранее названные параметры процесса U св, fи, Vп, а также t1-t4.
Для начала сварки нажимают на управляющую кнопку 28 на горелке 26, в результате чего по сигналу на входе 29 микропроцессорного регулятора 25 подающего механизма начинается выполнение заранее настроенного цикла сварки. При механизированной сварке сплошной проволокой в активном газе цикл состоит из следующих этапов:
- сигналом с выхода 31 включается газовый клапан 23 - идет подача газа до сварки;
- сигналом с выхода 33 пускается двигатель подачи 19 на низкой начальной скорости; сигналом с выхода 35 на вход 17 микропроцессорного регулятора 8 включается выпрямитель, при этом с выходов 11, 10 и 9 запускаются соответственно блок высоковольтной подпитки 5, блок низковольтной подпитки 6 и основной тиристорный блок 7 при повышенном начальном напряжении - возникает режим короткого замыкания, а затем дуговой разряд - по сигналу датчика тока 22 микропроцессорный регулятор 25 увеличивает напряжение на выходе 33, в результате чего двигатель подачи 19 увеличивает скорость подачи проволоки до настроенного значения; микропроцессорный регулятор 8 сигналом на выходе 9 переводит основной тиристорный блок 7 в режим с настроенным сварочным напряжением - завершилось установление процесса;
- идет сварка;
- при переключении кнопкой 28 сигнала на входе 29 микропроцессорный регулятор 25 начинает завершение процесса; сигналом с выхода 33 останавливается двигатель подачи 19, но ток и газ продолжают подаваться в горелку 26 для обеспечения растяжки дуги, предотвращающей
приваривание проволоки к шву; с выходов 11, 10 и 9 микропроцессорного регулятора 8 дается команда на выключение блока высоковольтной подпитки 5, блока низковольтной подпитки 6 и основного тиристорного блока 7 - завершилась растяжка дуги;
- идет подача газа после сварки, затем сигналом на выходе 31 микропроцессорного регулятора 25 выключается газовый клапан 23 - сварка окончена.
Микропроцессорный регулятор 25 подающего механизма выступает в роли ведущего по отношению к микропроцессорному регулятору 8 выпрямителя, за счет чего и достигается согласованное управление сварочным процессом. Кроме того, микропроцессорный регулятор 25 подающего механизма обеспечивает стабилизацию скорости подачи и сварочного тока.
В основе контура стабилизации скорости подачи находится привод подачи 18, содержащий коллекторный двигатель подачи 19, на якорь которого подается выпрямленное напряжение с выхода 33 микропроцессорного регулятора 25. Стабилизация скорости подачи обеспечивается за счет обратной связи по ЭДС якоря двигателя 19, поскольку ЭДС пропорциональна частоте вращения. Сигнал обратной связи подается на 32 микропроцессорного регулятора 25, где сравнивается с сигналом задания. Итогом сравнения является изменение на выходе 33 сигнала, который подается на двигатель подачи 19, восстанавливая частоту вращения до настроенного значения.
Контур стабилизация скорости подачи обеспечивает одновременно и стабилизацию сварочного тока, который в системе саморегулирования дуги прямо пропорционален скорости подачи. Поэтому возможна синергетическая настройка режима с заданием по входу 30 микропроцессорного регулятора 25 значений диаметра проволоки dэ и тока I св, по которым микропроцессорный регулятор 25 вычисляет заданное значение скорости подачи Vп.
Контур стабилизации сварочного тока содержит датчик 22 тока, сигнал с которого поступает на вход микропроцессорного регулятора 25, где сравнивается с сигналом задания из блока задания режимов 24, поступающим на вход 30. Итогом сравнения этих сигналов является изменение сигнала на выходе 33 и изменение частоты вращения двигателя подачи 19 с целью восстановления сварочного тока.
Основной тиристорный блок 7 получает пониженное трехфазное напряжение трансформатора 1 от выхода 4 вторичных обмоток, выпрямляет его, сглаживает и подает на зажим 12 выпрямителя. Настройка и стабилизация сварочного напряжения выполняются с помощью микропроцессорного регулятора 8. С этой целью сигнал задания напряжения на входе 17, полученный с выхода 35 микропроцессорного регулятора 25, сравнивается с фактическим напряжением на входе 16, полученным от датчика напряжения 15. Датчик напряжения 15 может получать сигнал с внешнего зажима 12 выпрямителя, образуя внутреннюю обратную связь по напряжению, или с входного зажима 14 подающего механизма, образуя внешнюю обратную связь по напряжению. Второе соединение предпочтительно при большом расстоянии от выпрямителя до подающего механизма, поскольку учитывает потери напряжения на длинном сварочном кабеле 13. По результату сравнения напряжений задания и обратной связи микропроцессорным регулятором 8 меняется сигнал с выхода 9, подаваемый на управляющие электроды вентилей основного тиристорного блока 7. В результате формируется жесткая вольтамперная характеристика выпрямителя, а при разных сигналах задания - семейство жестких характеристик с напряжением 15-25 В. На фиг.2 показаны типичные осциллограммы сварочных тока I и напряжения U, причем линией 38 изображена кривая тока основного тиристорного блока 7.
Блок высоковольтной подпитки 5 получает пониженное трехфазное напряжение трансформатора 1 с выхода 2 вторичных обмоток, выпрямляет, сглаживает и подает его на внешний зажим 12 в случае необходимости по
команде с выхода 11 микропроцессорного регулятора 8. Блок высоковольтной подпитки 5 имеет крутопадающую вольтамперную характеристику с напряжением холостого хода 80-100 В и током короткого замыкания 10-30 А. Назначение блока - повышение устойчивости горения благодаря питанию дуги током в интервалах между включениями вентилей основного тиристорного блока 7. На фиг.2 показано, как на пульсирующий ток 38 основного тиристорного блока 7 накладываются импульсы тока 39 блока высоковольтной подпитки 5.
Блок низковольтной подпитки 6 получает пониженное трехфазное напряжение трансформатора 1 с выхода 3 вторичных обмоток, выпрямляет, сглаживает и подает его на внешний зажим 12 в случае необходимости по команде с выхода 10 микропроцессорного регулятора 8. Блок имеет жесткую вольтамперную характеристику с напряжением холостого хода 10-20 В и током короткого замыкания 100-300 А. Назначение блока - поддержание тока при коротком замыкании каплей на ванну в дополнение к току основного тиристорного блока 7, что способствует ускорению процесса короткого замыкания и быстрому восстановлению дугового разряда. На фиг.2 показано, как в момент короткого замыкания каплей, после провала до значения 40 тока основного тиристорного блока 7 следует импульс тока 41 блока низковольтной подпитки 6.
В интервалах включенного состояния вентилей основного тиристорного блока 7 ни блок высоковольтной подпитки 5, ни блок низковольтной подпитки 6 дугу не питают, будучи закрыты более высоким напряжением основного тиристорного блока 7.
Согласованное действие двух микропроцессорных регуляторов направлено на стабилизацию следующих параметров режима: ток, напряжение, частота и длительность капельного переноса и имеет целью получение спокойной невозмущенной сварочной ванной, легко управляемой сварщиком в любых пространственных положениях. При этом следует учитывать, что при механизированной сварке плавящимся электродом в
активных газах процесс имеет циклический характер. В нем регулярно перемежаются этапы горения дуги 36 длительностью 7-50 мс и этапы коротких замыканий 37 длительностью 1-10 мс (фиг.2). Поэтому микропроцессорный регулятор 8 обеспечивает как стабилизацию напряжения Uд на этапе горения дуги 36, так и усредненного за несколько этапов дугового разряда и коротких замыканий сварочного напряжения U св. Постоянство собственно напряжения дуги U д способствует устойчивости дугового разряда, а также стабилизации длины дуги и, следовательно, образованию одинаковых мелких капель до очередного переноса их в ванну. Поддержание на постоянном уровне сварочного напряжения Uсв обеспечивает стабилизацию тепловыделения и, следовательно, равномерное плавление электродного и основного металла. Поэтому алгоритмом функционирования микропроцессорного регулятора 8 выпрямителя предусмотрены два вложенных цикла автоматического регулирования напряжения: внутренний - для стабилизации напряжения дуги, внешний - для стабилизации сварочного напряжения. Внутренний цикл по своей длительности Тц1 на порядок короче внешнего длительностью Тц2, а напряжение задания внутреннего цикла Uц1, в статике равное U д, на 2-3 В больше напряжения задания U ц2 для внешнего, в статике равного Uсв . Например, при сварке проволокой диаметром 1,2 мм в углекислом газе могут быть приняты такие настройки: для внутреннего цикла - Тц1=6,4 мс и Uц1 =20 В; для внешнего цикла - Тц1=51,2 мс и Uц2=17 В.
Регулярный перенос электродного металла обеспечивается благодаря программному импульсному изменению тока для стабилизации частоты коротких замыканий каплями, согласованной с естественной частотой образования мелких капель заданного размера. С этой целью микропроцессорным регулятором 8 выпрямителя периодически организуются пропуски во включениях одного из вентилей основного тиристорного блока 7. В результате в кривой тока (фиг.2) возникает провал 40, способствующий слиянию капли с ванной и началу короткого замыкания.
Затем благодаря снижению напряжения основного тиристорного блока 7 в работу вступает блок низковольтной подпитки 6, обеспечивая пиковый импульс 41 тока короткого замыкания, который вместе с импульсом тока следующего вентиля основного тиристорного блока 7 способствует разрыву жидкой перемычки между каплей и электродом и переносу капли в ванну. При регулярном мелкокапельном переносе предотвращается затяжка короткого замыкания и облегчается последующее восстановление дугового разряда, что, в общем, повышает устойчивость сварочного процесса. В симметричной мостовой схеме выпрямления, используемой в основном тиристорном блоке 7, удается обеспечить импульсные воздействия с интервалами между ними длительностью 6,7; 10; 13,3 мс и т.д. с шагом 3,3 мс. Это соответствует частотам 150, 100, 75 Гц и т.д., что обеспечивает образование и перенос капель с диаметром, равным или меньшим диаметра электрода. Такой перенос считается мелкокапельным, особенно полезным при сварке в положениях, отличных от нижнего. Возможна стабилизация частоты переноса, при которой импульсные воздействия обеспечиваются не пропусками во включениях отдельных вентилей, а их задержанными включениями с большим углом управления, что также обеспечивает провал тока дуги и последующий пик тока короткого замыкания. В этом случае изменением угла управления тиристора можно выполнить более точную настройку пикового значения тока короткого замыкания в зависимости от диаметра электрода и других технологических условий.
В подтверждение эффективности полезной модели на технологическом комплекте, состоящем из тиристорного выпрямителя марки ВДУ-306МТ и подающего механизма марки ПДГО-512Т, была выполнена серия экспериментов с оценкой сварочных свойств по методике ГОСТ 25616-83: установление процесса, разбрызгивание металла и формирование шва. Сварка выполнялась на самых низких режимах из предписанных ГОСТом, в том числе в вертикальном положении. В дополнение к указанным свойствам оценивались по методике УГТУ-УПИ и другие, характеризуемые
объективными критериями: минимальные напряжение и ток устойчивого процесса, а также частота и длительность коротких замыканий каплями с характеристиками их регулярности. Результаты испытаний приведены в таблице (фиг.3). Видно, что благодаря согласованному управлению двух микропроцессорных регуляторов обеспечивается стабилизация параметров и достигается высокий уровень сварочных свойств, при снижении установленного напряжения на 1-4 В в сравнении с типичными режимами, обеспечивается надежное установление процесса, ограничивается разбрызгивание металла и достигается высокое качество формирования шва. Диапазон возможных режимов расширился вниз по напряжению на 3-6 В, а по току - в 1,5-3 раза. Обеспечивается регулярный мелкокапельный перенос с размером капель, равным или меньшим диаметра электрода.
1. Полуавтомат для механизированной сварки плавящимся электродом, состоящий из выпрямителя и подающего механизма, в котором выпрямитель содержит трансформатор, основной тиристорный блок, блок низковольтной подпитки, блок высоковольтной подпитки, датчик напряжения, внешний зажим и микропроцессорный регулятор, а подающий механизм содержит входной зажим, привод подачи и газовый клапан, внешний зажим выпрямителя соединен сварочным кабелем с входным зажимом подающего механизма, который гибким шлангом соединен с горелкой, данные соединения образуют силовую цепь питания сварочной дуги, причем в выпрямителе трансформатор тремя силовыми выводами соединен соответственно с блоком высоковольтной подпитки, блоком низковольтной подпитки и основным тиристорным блоком, первый, второй и третий управляющие выходы микропроцессорного регулятора выпрямителя соединены соответственно с управляемыми входами блока высоковольтной подпитки, блока низковольтной подпитки и основного тиристорного блока, выходы блока высоковольтной подпитки, блока низковольтной подпитки и основного тиристорного блока объединены друг с другом и соединены с внешним зажимом выпрямителя, вход датчика напряжения соединен с силовой цепью, а его выход соединен с измерительным входом микропроцессорного регулятора, и причем в подающем механизме привод подачи соединен механически с гибким шлангом для подачи электродной проволоки, а газовый клапан соединен пневматически с гибким шлангом для подачи защитного газа, отличающийся тем, что для согласования управления исполнительными устройствами полуавтомата подающий механизм также содержит микропроцессорный регулятор, причем первый установочный вход микропроцессорного регулятора подающего механизма соединен с управляющей кнопкой горелки, второй установочный вход соединен с блоком задания режимов, первый управляющий выход соединен с управляемым входом микропроцессорного регулятора выпрямителя, второй управляющий выход соединен с входом газового клапана, третий управляющий выход соединен с входом привода подачи, а первый измерительный вход соединен с выходом привода подачи.
2. Полуавтомат по п.1, отличающийся тем, что в силовую цепь питания дуги введен датчик тока, выход которого соединен со вторым измерительным входом микропроцессорного регулятора подающего механизма.
3. Полуавтомат по п.1, отличающийся тем, что вход датчика напряжения соединен с внешним зажимом выпрямителя.
4. Полуавтомат по п.1, отличающийся тем, что вход датчика напряжения соединен с входным зажимом подающего механизма.
