Способ электродуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка и устройство для его осуществления

 

1. Способ электродуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором осуществляют кратковременное снижение тока к моменту разрыва перемычки, непрерьтно измеряют падение напряжения и.ток на дуговом промежутке, а также формируют опорное напряжение, которое сравнивают с напряжением на дуговом промежутке, о тличающийсй тем, что, с целью уменьшения разбрызгивания электродного металла и повышения стабильности процесса сварки при напряжении на дуговом промежутке , равном опорному, уменьшают сварочный ток до величины тока паузы, повторное возбуждение дуги осуществляют при сварочном токе, равном току короткого замыкания, а в начальной фазе тока короткого замыкания осуществляют его ограничение. 2. Устройство для электродуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, содержащее сварочную головку, подключеннуто к источнику питания через индуктивное сопротивление , тиристорный ключ с принудительной коммутацией и шунтирующее его активное сопротивление, включенные последовательно в сварочную цепь, а также схему управления, содержащую датчик непрерывного контроля размеров перемычки, подключенный параллельно дуговому промежутку, первый (Л выход датчика непрерывного контроля размеров перемычки через линию временной задержки соединен с первым входом тиристорного ключа, причем первый вход блока сравнения соедисо нен с блоком задания величины опор00 ного сигнала, отличающео с еся тем, что, с целью повьппения качества сварного соединения за счет 1C повьшения стабильности процесса и 4 уменьшения разбрызгивания электродного металла, в устройство введены коммутатор и блок формирования управляющих импульсов, при этом вход последнего соединен с выходом блока сравнения, второй вход блока сравнения соединен с выходом ко1 утатора| подключенного параллельно дуговому промежутку, второй выход датчика непрерьгоного контроля размеров перемычки соединен с одним входом ком .мутатора, а другой вход последнего соединен с выходом блока формирова

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„,SU „„930824

4(51) В 23 К 9/09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ц а и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к

К ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТБУ

2. Устройство для электродуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, содержащее сварочную головку, подключенную к источнику питания через индуктивное сопротивление, тиристорный ключ с принудительной коммутацией и шунтирующее его активное сопротивление, включенные последовательно в сварочную цепь, а также схему управления, содержащую датчик непрерывного контроля размеров перемычки, подключенный параллельно дуговому промежутку, первый выход датчика непрерывного контроля размеров перемычки через линию вре- С менной задержки соединен с первым входом тиристорного ключа, причем первый вход блока сравнения соединен с блоком задания величины опорного сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет ® повышения стабильности процесса и уменьшения разбрызгивания электрод- М ного металла, в устройство введены коммутатор и блок формирования управляющих импульсов, при этом вход последнего соединен с выходом блока сравнения, второй вход блока сравнения соединен с выходом коммутатора, 2 подключенного нараллельйо дуговому промежутку, второй выход датчика непрерывного контроля размеров перемычки соединен с одним входом ком,мутатора, а другой вход последнего соединен с выходом блока формирова(21) 293! 975/25-27 (22) 16. 04. 80 (46) 23. 04. 85. Бюл. № 15 (72) А. Ф. Князьков, А. Г.Мазель, P.È.Äåäþõ, 10.Н.Сараев И Н.А.Азаров (71) Томский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного

Знамени политехнический институт имени С.N.Êèðîâà (53) 621.791.75(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 563241, В 23 К 9/00, 25.07.73.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 768108, В 23 К 9/00, 05.07.78.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 408726, В 23 К 9/00р 14 09 71

4. Авторское свидетельство СССР по заявке 2619507/25-27, В 23 К 9/00, 17.05.78. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ

С КОРОТКИ!!И ЗАИЫКАНИЯМИ ДУГОВОГО ПРОМЕЖУТКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ электродуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором осуществляют кратковременное снижение тока к моменту разрыва перемычки, непрерывно измеряют падение напряжения и.ток на дуговом промежутке, а также формируют опорное напряжение, которое сравнивают с напряжением на дуговом промежутке, о т л и ч а в щ и " e я тем, что, с целью уменьшения разбрызгивания электродного металла и .повышения стабильности процесса сварки при напряжении на дуговом промежутке, равном опорному, уменьшают сварочный ток до величины тока паузы, повторное возбуждение дуги осуществляют при сварочном токе, равном току короткого замыкания, а в начальной фазе тока короткого замыкания осуществляют его ограничение.

930824 ния управляющих импульсов, при- динен со вторым входом тиристорчем другой выход последнего сое- НОГО КЛЮЧа, Изобретение относится к сварочному производству.

Известен способ сварки в котором осуществляют кратковременное снижение тока к моменту разрыва перемычки при достижении падения напряжения на ней во время короткого замыкания пороговой величины ()) .

Недостатком данного способа сварки является то, что на интервале

10 горения дуги не осуществляется дозирование энергии, идущей на плавление электродного металла, что ведет к нестабильности процесса. Кроме "oго, в данном способе будет иметь место разбрызгивание электродного металла, в первой фазе короткого замыкания начинает свое увеличение с большой величины тока горения дуги.

Вследствие этого электродинамическая сила, направленная в первой фазе короткого замыкания от меньшего сечения к большему, т.е. от сварочной ванны, будет препятствовать переходу электродного металла.

Известен способ электродуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, при котором осуществляют кратковременное снижение тока к моменту разрыва перемычки, непре- 0 рывно измеряют падение напряжения и ток на дуговом промежутке, а также формируют опорное напряжение, которое сравнивают с напряжением на дуговом промежутке f2), 35

Недостатком этого способа является выброс электродного металла в первой фазе короткого замыкания, а также тем, что в известном способе процесс сварки протекает нестабиль- 40 но.

Известно устройство, обеспечивающее перенос электродного металла при коротких замыканиях дугового промежутка (3) .

Основным недостатком данного устройства являются нестабильность процесса из-за отсутствия возможности дозирования энергий, идущей на пл.—. ление электродного металла, а -,акж . иэ-за отсутствия воэможност.. Осущес твлять последующие принудительные короткие замыкания дл переноса электродного металла.

Кроме того, данное устройство реализуют процессы сварки, в которых имеется возможность повышенного разбрызгивания, так как в устройстве момент разрыва перемычки может совпасть с моментом действия дополнител-=ПО накладываемого импульса во ремя короткого замьгкания.

Известно также устройство для дуговой сварки с короткими эамыканиями, которое "од=-ржит сварочную головку, подключенную к источнику постоянно;c, тока через индуктиг:ное соп.;Отивление,, тиристорный ключ с принудительной коммутацией и шунтирующий его секционированный резистор включенные последовательнО в сварзчную цепь, а также схему управления, состоящую иэ датчика непрерывного контроля разлс-ров перемычки, блока сравления. блока задания и линии гвременной задержки 4 .

Основным недостатком данного устройства является то, что оно не обесгечивает контроль за состоянием дуговог- --п:;:ромежутк- перед началом уменьше:,;я сварочного тока перед коротким замыканием. Кроме того, при параметрическом дозировании энергии плавления электродного металла может иметь место ":àêîé момент, когда короткое замыкание наступит на интервале доэирования.

При этом б дет иметь место повышенное разбрызгивание электродного металла в первой фазе короткого замыкания, что особенно сильно сказывается при ручной дуговой сварке.

Целью Предлагаемого изобретения является повышение качества сварного соединения за счет повышения ста930824 бильности процесса и уменьшения разбрызгивания электродного металла.

Поставленная цель достигается тем, что в способе электродуговой сварки с короткими замыканиями дуго- 5 вого промежутка осуществляют кратковременное снижение тока к моменту разрыва перемычки, непрерывно измеряют падение напряжения и ток на дуго,вом промежутке, а также формируют lO опорное напряжение, которое сравни.вают с напряжением на дуговом промежутке, при напряжении на дуговом промежутке, равном опорному, уменьшают сварочный ток до величины тока 15 паузы, при этом повторное возбуждение дуги осуществляют при сварочном токе, равном току короткого замыкания, а в начальной фазе тока короткого замыкания осуществляют его огра- 20 ничение.

Эта же цель достигается тем, что в устройство для электродуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, содержащее свароч- 25 ную головку, подключенную к источнику питания через индуктивное сопротивление, тиристорный ключ с принудительной коммутацией и шунтирующее его активное сопротивление, вклочен- Zg ные последовательно в сварочную цепь, а также схему управления, содержащую датчик непрерывного контроля размеров перемычки, подключенный нараллельно дуговому промежутку, первый выход датчика непрерывного контроля размеров перемычки через линию временной задержки соединен с первым входом тиристорного ключа, причем первый вход блока сравнения соединен р с блоком задания величины опорного сигнала, введены коммутатор и блок формирования управляющих импульсов, при этом вход последнего соединен с выходом блока сравнения, второй вход 45 блока сравнения соединен с выходом коммутатора, подключенного параллельно дуговому промежутку, второй выход датчика непрерывного контроля размеров перемычки соединен с одним сходом коммутатора, а другой вход последнего соединен с выходом блока формирования управляющих импульсов, причем другой выход последнего соединен со вторым входом тиристорного ключа.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — эпюры тока и напряжения, при ручной дуговой сварке; на фиг.3 — то же, при автоматической сварке.

Способ электродуговой сварки с принудительными короткими замыканиями дугового промежутка путем периодического снижения сварочного тока заключается в том, что формируют опорное напряжение и на интервале горения сравнивают дуговое напряжение с. опорным, по результату сравнения производят уменьшение сварочного тока до величины тока паузы, à его увеличение осуществляют с кратковременным запаздыванием относительно начала короткого замыкания.

Пример l. .Сварку производят электродами УОНИ-13/55 диаметром 4 мм на постоянном токе обратной полярности. Силу тока устанавливают 160 А.

Среднее напряжение дуги 24 В.

С увеличением капли расплавленного металла на торце электрода дуговой промежуток сокращается, что приводит к уменьшению мгновенного значе-. ния напряжения дуги, которое сравнивают с опорным напряжением. Опорное напряжение устанавливают равным 18 В.

При уменьшении напряжения дуги до

18 В сварочный ток ограничивается секционированным резистором от 5 до

40 А, Момент короткого замыкания фиксируют датчиком, Через 50 мкс от начала короткого замыкания увеличивают сварочный ток.

Происходит переход электродного металла в сварочную ванну, В момент окончания короткого замыкания возбуждается дуга, и процесс продолжается.

Пример 2. Производят автоматическую сварку в среде СО проволокой Св08Г2С ф I MN, Ток устанавливают 150 А. Среднее напряжение дуги

23-24 В.

По мере плавления электрода дуговои промежуток увеличивается, что приводит к увеличению мгновенного значения напряжения дуги, которое сравнивают с опорным напряжением.

Опорное напряжение устанавливают равное 29 В. При увеличении напряжения дуги до 29 В сварочный ток ограничивается секционированным резистором от 5 до 30 А. Момент короткого замыкания фиксируют датчиком. Через

100 мкс от начала короткого замыкания увеличивают сварочный ток. Происходит переход электродного металФ 9308 ла в сварочную ванну. В момент окон чания короткого замыкания возбуждается дуга, и процесс радолжается.

Устройство для электродуговой сварки с принудительными короткими замыканиями дугового промежутка содержит сварочную головку 1, подключенную к источнику постоянного тока 2 через индуктивное сопротивление 3, тиристорный ключ с принуди†1О тельной коммутацией 4 и шунтирующее его активное сопротивление 5, включенные последовательно в сварочную цепь, а также схему управления 6, состоящую из датчика непрерывного контроля размеров перемычки 7, подключенного параллельно дуговому промежутку, блока сравнения 8, первый вход которого подключен к выходу блока 9 задания величины опорного сигна- 20 ла, линии временной задержки 10, коммутатор 11, вход которого подключен параллельно дуговому промежутку, а его выход подсоединен к второму входу блока сравнения S, и формователь 25 импульсов 12, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а его выходы подключены ко вторым входам коммутатора 11 и тиристорного ключа 4, причем первый выходной канал датчика непрерывного контроля размеров перемычки 7 подсоединен к перво— му входу тиристорного ключа 4 через линию временной задержки 10, а его второй выходной канал подключен к первому входу коммутатора 11.

Ио входу 13 осуществляется включеННе первого тиристорного ключа 4, по входу 1-4 — второго тиристорного ключа 4, По выходному каналу 15 первого датчика 7 непрерывного контроля размеров перемычки вырабатываются управляющие импульсы по началу короткого замыкания, а по выходному каналу Iб второго датчика 7 - управляющие импульсы.по окончании короткого замыкания. По выходу 17 второго коммутатора 11 осуществляется переключение последнего в такое положение, в котором напряжение с дуги не цоступа- zo ет.на вход блока сравнения 8. Но первому входу 19 блока сравнения 8 поступает дуговое напряжение, по второму входу 20 блока сравнения 8 — опорный сигнал заданного напряжения.

В процессе сварки на интервале горения дуги происходит чнтенсивное расплавление электродного металла.

По мере увеличения количества расплавленного металла на торце электрода дуговой промежуток начнет сокращаться, что приводит к уменьшению дугового напряжения. На данном интерва— ле блок S сравнивает величину дугового напряжения с опорным, определяемым блоком 9. Как только дуговое на— пряжение уменьшается до величины опорного напряжения (см.фиг.2), бл вырабатывает управляющее возд;. йств-... на формирователь импульсов i2, =„="-орый, сработав, обеспеч-вае; выключение тиристорного ключа - . и переключение коммутатора 11 в с ñ; ояние, в котором дуговое на,.:ряжеш е не подается на вход блока сравнения 8. С этого момента в цели протекает ток паузы, величина которого олредсляется параметрами секционироганного резистора 5. При этом капля, находящаяся на торце электрода, стремится занять

nnàñHîå относительно его оси положе..н . Давление на сварочную ванну со

: тороны дуги уменьшается и ванна начинает свое движение к электроду.

Вследствие этих вэаимонаправленных движений происходит короткое замыкание.

Этот момент фиксируется датчиком 7 и по его первому выходному каналу вырабатывается управляющие импульсы на запуск линии временной задержки 10. Длительность работы линии задержки 10 вырабатывается в пределах 25-100 мкс. Зто время необходимо для надежного слияния капли и сварочной ванны такич образом, чтобы плошадь их контакта была больше ллощади сечения линии расплавления электрода. При таком условии электроцинамическея сила направлена от электрода к,.нарочной ванне и способствует ускорению переноса электродного металла. По окончании работы линии временной задержки 10 с ее выхода поступает управляющий импульс на включение тиристорного ключа 4, При этом по цепи протекает ток короткого замыкания.

В момент окончания короткого замьг кания — àò÷êê непрерывного контроля размеров перемычки 7 по своему второму выходному каналу вырабатывает управляющие импульсы на переключение коммутатора II в положение, в котором дуговое напряжение поступает на вход 19 блока сравнения 8, где вели930824 чина его сравнивается с опорным напряжением. По результату сравнения вновь происходит уменьшение сварочного тока до величины тока паузы, и далее весь процесс повторяется ° 5

При ав тома тич ес кой св арке величину опорного напряжения формируют, исходя из максимально возможной длины дуги, Другими словами при автоматической сварке.на интервале горения дуги скорость плавления электрода задается больше скорости его подачи (например, за счет увеличения напряжения холостого хода источника питания). Поэтому длина дугового промежутка будет увеличиваться, а следовательно, будет увеличиваться и дуговое напряжение (см.фиг.З}. При достйжении дуговым напряжением величины, равной опорному, осуществляют уменьшение сварочного тока, т.е. отличие варианта автоматической сварки по данному способу, от варианта ручной сварки заключается в том, что в первом случае величину. опорного напряжения формируют, исходя из максимально возможной длины дуги, а во втором случае, — исходя из минимально возможной.

Таким образом способ и устройство зр для электродуговой сварки с короткими замыканиями дугового промежутка позволяют значительно уменьшить разбрызгивание электродного металла за счет создания нормальных условий для » переноса расплавленной части элек— тродного металла в сварочную ванну в зависимости от состояния дугового промежутка перед уменьшением сварочного тока, а также эа счет введения кратковременной (25-100 мкс) задержки увеличения тока относительно начала короткого замыкания.

Сравнительный анализ способа и устройства по сравнению с известными позволяет выделить их большие преимущества. А именно ведение процесса с обратными связными связями по мгновенным значениям показателей процесса обеспечивает контроль за состоянием дугового промежутка и при его изменении обеспечиваются также условия, которые являются на данном этапе наиболее необходимыми. Например, сокращение дугового промежутка при ручной дуговой сварке до величины опорного напряжения приводит к уменьшению сварочного тока; уменьшение сварочного тока приводит к принудительному короткому замыканию; на интервале короткого замыкания. обеспечивается контроль эа состоянием перемычки и т. д, Все это позволяет превратить вероятный характер коротких замыканий в закономерный, что значительно повышает устойчивость и стабильность процесса сварки, а также уменьшает разбрызгивание электродного металла в первой фазе короткого замыкания.

Применение предлагаемого способа и устройства в производстве позволит значительно расширить область применения процесса сварки с короткими замыканиями дугового промежутка при лучших качественных и количественных показателях.