Устройство возбуждения дуги

,54 В 23 К ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГННТ СССР ИТЕТРЫТИЯМ и э 1, иЗОБРЕТЕНИЯ ОП ЕТЕЛЬСТВ КОМ КА(54) УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ ДУГИ(57) Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при проектировании, изготовлении и модернизации автоматизированного сварочного оборудованияЦель изобретения - улучшение качества сварного соединения путем повышения стабильности процесса зажигания ический ин од ред.иностроеароч относитсяможет бытьо вании иного сваро обретениеводству ии проектиратизирован льзова низ аци обору п м н чно то дования,Целью изобр шение качества путем повышени са зажигания д ения является улу соединенияности процесспечения возсварочных прон абили о блок элек в. фиг, 1 тройствце ная схема устрической 5 - воз- схем структу г.2 - сх той элек пок аз ан а;наф разверн ратора; а у тва с ой деши е вари и схем можнь прео на фиг. 3трическихвней (ПУ ы эле зователей можности, автоматизации ги и обеспечения возможности авт матизации сварочных процессов. Устройство на основании показаний датчика наличия тока дуги, датчика напряжения на дуге и датчика подачи электрода управляет по заданному алгоритмухарактером подачи электрода, обеспечивая надежное возбуждение дуги, Устройство содержит также соединенные сдатчиками последовательно преобразователи уровня, выходы которых подключены к дешифратору. К последнемуподключен также одновибратор, обес -печивающий начальный пуск двигателяподачи электрода. Дешифратор управляет работой блоков управления реверсом и подачей электрода, для чего еговыходы соединены с входами этих блоков. 5 ил., 1 табл. Устройство состоит (фиг, 1) из трех датчиков: датчика 1 наличия сварочного тока, датчика 2 наличия напряжения на дуговом промежутке и датчика 3,вырабатывающего сигнал при подачеэлектрода в сварочную ванну. В состав устройства входят также ПУ 4-6, од - новибратор 7, дешифратор 8, блок 9управления реверсом двигателя подачи электрода (БУР) и 10 управления механизмом подачи трода (БУП).Датчики 1-3 подключены к соответ- еве ствующим ПУ 4-6, причем выход датчика 1 соединен с входом ПУ 4, выходдатчика 2 - с входом ПУ 5 и выходдатчика 3 - с входом ПУ 6. Выходы ПУ 4-6 подключены к первым .четырем вхо з148993дам дешифратора 8, к пятому входу которого подключен выход одновибрато"ра 7. Инверсные входы одновибратора 7соединены с инверсными выходами ПУ4 и 5.Дешифратор 8 состоит (фиг,2) издвух логических элементов (ЛЭ) 2 И 11и 12, двух ЛЭ 2 И-НЕ 13 и 14 и одногоЛЭ 2 ИЛИ-НЕ 15. Верхний вход ЛЭ 11соединен с прямым выходом первогоПУ 4, а нижний, соединенный также снижним входом ЛЭ 13, подключен к инверсному выходу второго ПУ 5 и нижнему инверсному входу одновибратора 157, верхний вход которого подключен кинверсному выходу первого НУ 4 иверхним входам ЛЭ 13 и 14, инверсныевыходы которых подключены к входамЛЭ 12. Нижний вход ЛЭ 14 соединен с 20инверсным выходом ЛЭ 15, верхний входкоторого подключен к выходу третьегоПУ 6, а нижний - к выходу одновибра -тора 7. Входы БУР 9 и БУП 1 О соответственно подключены к выходам ЛЭ 11 2 Уи 12, являющимся выходами дешифратора 8.В качестве датчика 2 используетсядуговой промежуток при сварке наплавке), Датчиком 1 служит шунт,трансформатор тока или магнитный усилитель, включенный последовательно всварочную цепь, Датчиком 3 может служить оптический, электроконтактный,электромагнитный илИ другой датчик,преобразующий механическое перемеще,ние электрода в электрический сигнал.Например, в качестве такого датчикаможно использовать свободно вращающийся ролик, плотно прижатый к электроду. При перемещении последнего ролик вращается, Вращение ройика преобразуется в электрический сигнал. Вкачестве датчика 3 может быть использован обычный тахогенератор.45ПУ 4-6 необходимы для преобразования сигналов с датчиков 1-3 к нормированному уровню, что необходимо длястабильной работы остальных элементовустройства.Одновибратор 7 необходим для первоначального запуска двигателя подачи электрода при включении сварки.Дешифратор 8 введен в схему устройства для анализа состояния выходных сигналов датчиков 1-3, обработкиих по заложенному алгоритму и выдачи управляющих сигналов блокам БУР 9и БУП 10,Блоки 9 и 10 необходимы для управления работой двигателя подачи электрода,Для нормальной работы цифровых ЛЭ,дешифратора 8 и одновибратора 7 наих входы необходимо подавать сигналырегламентированных логических уровней, а на выходах датчиков 1-3 формируются сигналы с уровнями весьма широкого диалазона. Так, сигнал, снимаемый с шунта (датчик 1), равен поуровню, десяткам милдивольт, а сигнална дуговом промежутке (датчик 2) равен десяткам волдт. При этом уровни указанных сигналов меняются в процессе сварки (наплавки). в широком диапазоне, а для работы устройства уровни сигналов с.датчиков должны принимать только два значения - логической еди ницы при наличии тока дуги, напряжения на ней, перемещения проволоки в сварочную ванну или логического нуля (при отсутствии тока, напряжения или перемещения проволоки). Для выполнения этих условий в схему устрой - ства введены ПУ 4-6. Конструкции этих преобразователей могут быть самой произвольной формы и структуры и выполняться с применением аналоговых микросхем К 140, К 551 и т.п., цифровых микросхем типа К 155, К 176 и т,п., а также транзисторов, резисторов, диодов, стабилитронов. Для примера на фиг.3-5 приведены схемы этих пре.образователей. Преобразователь 4 уровня (фиг.3) служит для формирования сигнала о наличии тока дуги. Для этого сигнал с шунта усиливается операционным усилителем 16 и преобразуется в цифровую форму триггером Нмитта 17, который имеет два выхода прямой и инверсный.Схема ПУ 5 приведена на фиг.4. Напряжейие на дуге ограничивается стабилитроном 18 и преобразуется в циф - ровую форму триггером Нмитта 19.Аналогичный вид имеет схема ПУ 6 при испольЗовании в качестве датчика 3 тахогенератора. При использовании в качестве этого датчика оптичес - кого преобразователя схема ПУ 6 может иметь вид, изображенный на фиг,5. При движении проволоки периодически прерывается свет, падающий на фоторезистор 20, При этом периодически меняется его сопротивление. Это изменение выявляется и усиливается транзисторной схемой, сигнал затем посту55 5 1489пает на триггер Шмитта 21, на выходекоторого формируется последовательность импульсов, которая одновибратором 22 преобразуется в сигнал "1".При отсутствии на входе одновибрато.5ра 22 последовательности импульсовна его выходе формируется "0"Для упрощения в схемах одновибраторов 7 и 22 (соответственно на10фиг.1, 2 и 5) не показаны времязадающие КС-цепи.На фиг.5 транзисторная часть схемы, а также триггер Шмитта 21 могутбыть заменены оптоэлектронными переключателями с встроенными усилителями в микросхемном исполнении, например, серии К 249, К 262 и т.п,Одновибратор 7 и дешифратор 8 могут быть изготовлены с применениемцифровых микросхем, например, серииК 155.БУР 9 и БУП 10 могут быть выполнены на электромагнитных реле, транзисторных или тиристорных коммутаторах, магнитных усилителях и другихэлементах, БУР 9 представляет собойреверсирующее устройство в виде перечисленных выше элементов. Его функции - переключить направление или фа- З 0зу электрического тока в обмоткахэлектродвигателя для изменения направления вращения его якоря (ротора).БУП 10 представляет собой устрой 35ство управления вращением двигателя.Его функции - управлять включением иотключением двигателя, регулироватьскорость вращения его вала. Типичнымпримером такого блока служит унифицированный тиристорный блок управленияработой двигателей сварочных наплавочных) аппаратов, входящий в комплекс автоматов АДФ, А 1401,Аи т.п.Устройство возбуждения дуги должно выполнять следующие функции; обеспечивать реверс подачи электрода вмомент его короткого замыкания на изделие, отключение его подачи при упи 50рании торца в изделие без электричес. кого контакта или в момент выключенияисточника питания. В таблице приведены требуемые условия работы устройства при различных комбинациях состояния сварочной системы источник питания - сварочный аппарат - электрод ("1" обозначены условия наличия сигналов о токе дуги,936 6напряжении и подаче электрода, а также включенное состояние механизмов11реверса и подачи электрода , 0 соответствует отсутствию упомянутыхсигналов и отключенному состоянию мех анизмо в ) .Дл я выполнения указанных вьппе Функций в у ст р ой ст в ов ведены датчик подачи электрода в сварочную ванну ,дешифратор и о дно вибр ато р . Дешифр ат ор необходим для логического анализ а текущей ситуации процесса сваркив соответствии с таблицей и выдачисигналов блокам управления реверсоми подачей электродовОдновибраторвведен для первоначального пуска двиг ат еля подачи электро да .Для сопряжения уровней сигналов сдатчиков с входными сигналами дешифр ат ор а и о дно вибр ат ора между их входами и датчиками установлены пре о бр азо в атели уровня .Устройство работает следующим о бразом ,При нажатии кнопки "Пу с к- с в аркана дуговой промежуток подается напряжение . Если электрод не замкнут наизделие , т о т о к в сварочной цепи будет равен нулю и н а прямом выходеПУ 4 будет " 0 " , а н а инверсном -" 1 " . Н а выходе ПУ 5 - 0 . Фронтом отрицател ьно го импульсас выхода ПУ 5запускается одно ви братор 7 . На е г овыходе на короткое время формируется" 1 " , генерируя логический " 0 " на выходе ЛЭ 1 5 .Проанализируем теперь состояниеЛЭ 1 1 , 1 3 и 1 4 .На верхнем и нижнем входах ЛЭ 1 10 " , поэтому на выходе сформировантакже "0 " и БУР 9 отключен . Д вигатель подачи может вращаться только внаправлении , об е спе чив ающем подачуэлектрода вниз . Н а верхних выводах ( вхо дах ) ЛЭ 1 3 , и 1 4 " 1 " , на нижних входах этих элементов - "О " . Поэтому н а их выходах сформированы " 1 " , которые г ен ерируют такой же сигнал н а выходе ЛЭ 1 2 , разрешая вращение двигателя подачи электрода . При перемещении последнего в сварочную ванну на датчике 3 формирует ся сигнал , поступающий чер ез ПУ 6 на верхний вход ЛЭ 1 5 и поддерживающий . ло гиче ский " 0 " н а е го выходе по окончании действия сигнала на выходе одно вибр ат ор а 7 .Электрод поступает вниз до соприкосновения с изделием.Рассмотрим два случая соприкоснов вения электрода с изделием, В первомслучае обеспечивается электрический контакт торца электрода с изделием,во втором случае из-за наличия шлака на торце электрода, загрязнения изделия такого контакта нет. 1 ОВ первом случае на прямом выходе ПУ 4 появляется "1", а на инверсном -"0", Напряжение при коротком замыкании снижается до нуля и на выходеПУ 5 - "1". Электрод, упираясь в изделие, останавливается и на выходе ПУ 6 - "0"Импульсом тока короткого замыкания запускается по верхнему входу одновибратор 7, при этом на нижнем входе ЛЭ 14 - "0". На обоих входах ЛЭ 11 - "1", поэтому и на его выходе аналогичный сигнал, разрешающий работу БУР 9. Последний в этом случае обеспечивает реверс направленйя вра" щения двигателя подачи электрода,На верхних входах элементов 13 и14 - "О", а на нижнем ЛЭ 13 - "1", Поскольку такой же сигнал и на нижнем входе ЛЭ 14, то на обоих входах и на выходе .ЛЭ 12 - "1". Разрешена работа БУП 10. Двигатель подачи электрода вращается в противоположном направлении относительно первоначального, подавая электрод вверх до возбуждения дуги. При этом на выходе ПУ 5 формируется "0", отключающий через ЛЭ 11 БУР 9, электрод начинает поступать в ванну. Идет процесс сварки наплавки). Поскольку характер сигналов на входах ЛЭ 14 не изменился, а на обоих входах ЛЭ; 13 - "0", то и выходные сигналы этих элементов будут прежними, разрешая работу БУП 10.Во втором случае, когда при касании электрода к изделию не будет обеспечен электрический конатакт, на инверсном выходе ПУ 4 сформируетсяа на выходах ПУ 5 и ПУ 6 - "О".1Поскольку характер напряжения на .дуге и тока не изменился, то одновибратор 7 запущен не будет. Электрод, упершись в изделие торцом, не перемещается. На выходе ЛЭ 15 - "1", На верхних входах ЛЭ 13 и 14 - "1". Поэтому .по выходу ЛЭ 14, на котором "0", запрещается работа ЛЭ 12 и на его выходе формируется "0", Двигатель подачи электрода отключается. Электрод, соприкасаясь, с изделием,в сва- рочную ванну не подается.По нижнему входу ЛЭ 11 отключен и БУР 9,При перемещении сварочного аппарата относительно изделия со скоростью сварки электрод торцом царапает по,верхность изделия до момента обеспечения электрического контакта. В момент обеспечения контакта появляется "0" на верхних входах ЛЭ 13 и 14 и импульсом тока запускается одновибратор 7. Разрешается работа двигателя 1 подачи электрода, последний поступает в сварочную ванну.При отключении сварочного источника на обоих входах ЛЭ 13 формируется "1", а на его выходе - "0", Аналогичньп сигнал будет сформирован при этом и на выходе ЛЭ 12, который запретит работу двигателя подачи электрода через БУП 10.Таким образом, предотвращается поломка механизма подачи электрода, ог- невой части сварочного аппарата, стабилизируется процесс зажигания дуги и повышается качество сварного соединения.Применение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет упростить процессы автоматизации и ротобизации сварочных производств, обеспечить надежное возбуждение Дуги и улучшить качество сварных конструкцийаФормула из обретенияУстройство возбуждения дуги, со-. держащее датчик тока дуги, датчик напряжения на дуге и блоки управления реверсом и работой двигателя подачи электрода, при этом датчик .напряжения на дуге соединен с входами обоих блоков управления, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью улучшения качества сварного соединения путем повышения стабильности процесса зажигания дуги и обеспечения воз . можности автоматизации сварочных процессов, вустройство дополнительно введены датчик подачи электрода в сварочную ванну, три преобразователя уровня, одновибратор и дешифратор, состоящий из двух логических элементов 2 И, двух логических элементов, 2 И-НЕ и одного логического элемента 2 ИЛИ-НЕ, при этом выход датчика токаВключениемеханизмареверсаэле ктродаПодача Характер процессаэлектНапряжение на Включение механизма Ток дуги подачиэлектрода дуге рода О Источник питания включен. Электрод поступаетк изделикИсточник включен. Элект" О О О О О род уперся в изделие.Эле кт риче с ко го конт акт анетИсточник включен. Короткое замыкание электродана изделиеРабочий режимОтключение источника в О О О ОО О момент сварки 9 1489 дуги соединен с входом первого преобразователя уровня, выход датчика напряжения на дуге - с входом второго преобразователя уровня а выход дат,5 чика подачи электрода - с входом тре- тьего преобразователя уровня, прямой выход которого подключен к первому входу логического элемента 2 ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом одновибратора, а выход - с первым входом первого логического элемента 2 И-НЕ, второй вход которого соединен с первыми входами одновибратора и второго логического элемента 2 И-НЕ, а также с инверсным выходом первого преобразователя уровня, пря 936 1 Омой выход которого подключен к первому входу первого логического элемента 2 И, второй вход которого соединен с одноименными вторыми входами одновибратора и второго логического элемент а 2 И-НЕ, а т акже с инверсным выходом второго преобразователя уровня, при этом выход первого логического элемента 2 И подключен к входу блока управления реверсом двигателя подачи электрода, а второй логический элемент 2 И своим выходом подключен к входу блока управления работой двигателя подачи электрода, а входами - к выходам логических элементов 2 И-НЕ.1489936 Фма У Со ст авительТехред Л.Сер актор А.Л ор М.Васильев ин акаэ 3621(18 94 Подписи о изобретениям и открытиям лри ГКНТ С35, Раушская наб д, 4/5 оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Гагарина, 10 Государственного комитета113035, Москва,Нучинскийова Ко