Способ нагрева металлов электрической дугой

928676 Союз СоветскикСоциапистическикРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУдю делаи кзвбретений к еткрытиВ(53) УДКб 21. 78. .013 (088.8) Дата опубликованияописания 17.05.82 А .Н, Коротун, С.П. Гинкул, В.Н. Дубинин, Е.П, Молчанов и О.В. Васильев У Краматорский научно-исследовательский и проектно технологический институт машиностроения(54) СПОСОБ НАГРЕВА МЕТАЛЛОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГО 11 Изобретение относится к технологиимашиностроения и может быть использовано при сварке, плазменной резке иплазменно-механической обработке,плавлении металла электрическойдугой в электрических печах, электроконтактной обработке и других подобных процессах, в которых нагрев ме"талла осуществляют электрическойдугой,Известен способ нагрева металловэлектрической дугой 1 1.Электрическая дуга, являющаясттисточником высокой температуры,достигающей 4500 С в плазменнойдуге 20000-30000 С), весьма быстроразупрочняет участок металла в зонедуги, что позволяет производитьсварку, плавление металла или егоподогрев под последующую механичес"кую обработку,Ток дуги является самопроизвольнопульсирующим током с частотой пульсаций от нескольких сотен до нескольких тысяч гц-источником пульсирующего электромагнитного поля.Это поле возбуждает вихревые токив металле, дополнительно подогреваю.щие его, при этом температура подогрева пропорциональна амплитудесамопроизвольной пульсации тока, Хотяпроизводительность нагрева дугойсравнительно высокая, однако больтфшой расход электроэнергии и необ"ходимость ее экономии, предопределяют необходимость дальнейшей интенсиФикации процесса,т 5Цель изобретения - интенсификацияпроцесса нагрева.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу нагреваметаллов электрической дугой предварительно определяют частоту самопроизвольной пульсации тока в дуге при его максимальной амплитудеи на дугу дополнительно йодают токс указанной частотой.3 92867Способ осуществляется следующим %образом,Частоту пульсации тока в дугес максимальной амплитудой определяют путем подключения в рабочуюзону, например осциллографа и просмотра всего диапазона амплитудночастотных характеристик.Частотудополнительно подаваемого тока,назначаемую равной частоте само 1 Опроизвольной пульсации тока в дуге,регулируют по приборам на источникедополнительного тока Кроме того,ее возможно проконтролировать такжес помощью того же осциллографа,Такую регулировку производят для каждого вновь нагреваемого материала.Для повторяющихся материалов данныедля процесса можно выбрать из таблиц, что гораздо быстрее и дешевле. 2Настройку процесса можно такиепроизвести и при контроле косвеннымметодом. Для этого изменяют частотудополнительно подаваемого тока иследят за изменением средней величины щрабочего тока в его ивточнике. Принастройке на резонанс, когда значительная часть работы нагрева и разупрочнения выполняется резонансноусиленным пульсирующим током, величина рабочего тока снижается. Такимобразом, наименьшая средняя величинарабочего тока как раз и соответствует резонансу токов.Предложенный способ может быть35осуществлен и без дополнительногоисточника питания. Осуществляют такой процесс путем введения зоны дуги в автоколебательный контур, например, состоящий из емкости и индуктивности, При настройке контура на частоту тока процесса ток в контуререзонансно усиливается, его воздействие на процесс аналогично описанному.Однако в этом случае использоватьдополнительный источник высокочастотного тока не требуется, что обеспечивает дополнительную экономию электроэнергии.При реализации обоих вариантовпредложенного способа высокочастотный- 50ток в источник питания не поступает,что обеспечивается наличием в существующих источниках электрических запорных вентилей.На фиг.1 изображена схема электри 55ческой цепи с источником высокочастотного тока; на фиг,2 - то же, савтоколебательным контуром. 6 4Электрическая цепь содержит нагреваемый металл 1, электрод 2, источник пульсирующего тока 4, электрическую дугу 5, катушку индуктивности6, конденсаторы 7 и 8.В процессе работы источник пульсирующего тока 4 настраивают на частоту тока в дуге с максимальной амп.литудой, Пульсирующий ток проходитпо цепи 1-2-4. Вследствие резонансного усиления токов и магнитныхполей в зоне дуги производительностьнагрева металлов возрастает, а расход мощности источника 3 уменьшается. При этом, чем больше мощностьисточника 4, тем больший наблюдаемый эффект нагрева и меньше расходэнергии от источника 3, Пульсирующий ток по цепи источника питания 3не проходит, что обусловлено наличием в существующих источниках электрическихзапорных вентилей,Цепь по схеме на фиг.1 особогорасчета не требует, так как в обычноиспользуемые схемы добавляется только необходимость резонансной настройки источника пульсирующего тока 4.При использовании схемы по фиг.2в процессе работы автоколебательныйконтурсостоящий из индуктивности6 и емкости 7, оказываетсл запитанным пульсирующим током процесса.Контур настраивают на частоту самопроизвольной пульсации тока с максимальной амплитудой, чем обеспечивают максимальное резонансное усилениетоков и полей в зоне дуги, При этомобеспечивается повышение производительности разупрочнения в несколько раз за счет использования энергиисамого процесса, в результате чегои достигаетсл экономия электроэнергии. Высокочастотный ток проходитпо цепи 1-3-6-7-2-5 и в источникпитания 3 не проходит за счет наличия в нем электрических запорныхвентилей,Настройка контуров в обоих варивнтах производится приведенными вышеметодами,Выполнение способа по схеме нафиг.1 при сварке стальной конструкции из стали Ст 3 сп, Толщина свариваемых листов 6 мм, Оов М -образныйс разделкой кромок под углом 30.Сварка полуавтоматическая полуавтоматом ПДТ 504, Диаметр электроднойпроволоки 2 мм, Марка проволокиСвГ 2 С. Источник питания для9286 25 Формула изобретения 5сварки - сварочный выпрямительВДУ, Источник пульсирующеготока генератор с диапазоном регулирования 20-400 Гц.Режимы сварки: 3 =300 А, 0 =28 В.Измеренные с помощью осциллографаНамплитуды колебаний токав дуге в частотном диапазоне 05000 Гц показывает, цто максимальная 1 оамплитуда находится на частоте 126 Гц,После включения генератора пульсирующего тока регулируют частоту токадо 126 Гц, При совпадении частотвеличина тока на выпрямителе снижается до Э =210 А. Снижение величинытока на выпрямителе позволяет дляопределения момента резонанса обойтись без осциллографа, Для этого из.меняют частоту тока в генераторе щопульсирующего тока в пределах всегодиапазона и оставляют ту частоту,которой соответствует минимальноезначение рабочего тока дуги в источнике питания,Скорость сварки без подключениягенератора 26 м/ч.После подключения генератора,имеющего Е =126 Гц, Э =0,02 А, 0 ==10 В, скорость сварки 39,2 м/ц. ЗоИнтенсивность процесса сварки возрастает таким образом, цто повышениепроизводительности повышается примерно в 1,5 раза. При этом расходуе-мая мощность тока уменьшается примерно на 30:0.При тех же условиях и на том жеоборудовании осуществляют и процесссварки по схеме на фиг.2.Настройку автоколебательного кон отура производят изменением емкостиконденсатора 7,Контроль собственной частоты кон 9тура производят тем же осциллографом Н 115 76 6При настройке контура на частоту 127 Гц, т.е, при резонансе токов, сила тока на выпрямителе уменьшается до 260 А (было 300 А) .Скорость сварки, увеличивается с 26 м/ч до 29,2 м/ч, т.е. интенсивность процесса возрастает примерно на 303. Расходуемая мощность уменьшается примерно на 20.Настройку контуров по обеим схемам можно автоматизировать, например, введением обратной связи по минимальной величине тока в источнике 3.Таким образом, использование резонансных явлений в предложенном способе обеспечивает существенное повышение производительности и эконо-. мию электроэнергии, Такое же повыше. ние производительности обеспечивается и в других способах нагрева с раз. упрочнением металлов электрической дугой: плазменной резке и плазменномеханической обработке, плавлении металла дугой в электрических печах, электроконтактной обработке и тому подобных процессах. Способ нагрева металлов электри" цеской дугой, о т и и ч а ю ц и йс я тем, что, с целью интенсификации процесса, предварительно определяют частоту самопроизвольной пульсации тока в дуге при его максимальной амплитуде и на дугу дополнительно подают ток с укаэанной цастотой,Источники информации,приняуе во внимание при экспертизе11, Сварка .в машиностроении, Спра"вочник под ред. Н.А. ОльшанскогоТ.1. И., 1978, с.16 прототип),928676 аказ 32 7/77Тираж 5 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Иосква, 3-35, Рвуписн митета ССС ткрытиикая наб.,4/5 Филиал ППП Патент , г. Ужгород, ул, Проектная Составитель А. ГавриловРедактор Т, Веселова Техред И. Гайду 1:орректор Е. Рошк