Установка для плазменной сварки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19 (11) ц) В 23 К 1 О/О Е" Г.2 М ОБРЕТЕНИЯ ЬСТВУ ПИ САНИ я сва(54) УСТАНОВКА ДЗЯ ШАЗМЕНИОЙ СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварке, а именно к установкам для плазменной сварки с аксиальиой подачей плавящегося электрода, и может найти приме" кение в различных отраслях промыш ленности для сварки металлов и цаплавки слоев с особыми свойствами на поверхности различных изделий, Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет расшире ни ее технологических возможностей,я Изобретение относится к технике сварки, в частности к установкам для плазменной сварки с аксиальной пода чей плавящегося электрода, и может быть использовано в различных отрас лях промышленности для сварки металлов, а также для наплавки слоев с особыми свойствами на поверхности различных изделий.Цель изобретенияповышение качества сварного соединения за счет расширения ее технологических возможвлеца блок схемаеццой цаплавкн;работы устацов и в различных плавя можць иУс сост го с алостей ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕ(56) Малаховский В.А Пласварка М, Высшая школа,с62"63Сварка в машиностроениМащиностроение, 1979, с,Дл этого в установку для плазменнойрки, содержащую плазмотрон, два управляемых выпрямителя с блоками их управления, трансформатор, введены импульсный тиристор с блоком его управления и мультивибратор с тумблером, подключенным к его управляюще му входу. Такое построение установки позволяет реализовать различные режимы ее работы - непрерывный, им пульсцый с совпадением по Фазе им пульсов обеих дуг или противогазными импульсами, с дополнительным положением коротких импульсов тока иа дугу плавящегося электрода в момент и. пульса цлц паузе этого тока, сочета ние режима непрерывного горения од цой цз дуг с импульсным режимом горения другой, Это расширяет техцоло гическце возможности установки, От" сутствие цеплавящегося электрода в плазмотроце существеццо уменьшает габариты последнего, сокращает поте ри энергии в плазиотроне,зпФ-лы, 2 ил,На Фигпредстаустановки для плазмна Фиг.2 - днаграммьки для плазменной с ах: возможных режимах горениящегося электрода (а - г) ц возх режимах горения плазменной(д, е).тановка для плазменной сваркиит цз мундштукац соедицецноним изолятора 2, сопло 3 для позащитного газа укреплено на кор4, соединенном с изолятором 2, 1623846сопла 5 ввернуто в корпус 4, плавя"щийся электрод 6 подается черезмундштук 1 к изделию 7, силовойтрансформатор 8 имеет отводы отвторичной обмотки, управляемый выпрямительный блок 9 соединен входомс отводами вторичной обмотки, управляемый выпрямительный блок 10 входомподсоединен к отводам вторичной обмотки силового трансформатора 8, ию.пульсный тиристор 1 входом подключенк вторичной обмотке трансформатора 8с возможностью подключения к различ"ным отводам, выход тиристора 11 соединен с выходом управляеМого выпрямительного блока 9 таким образом, чтополярность выхода тиристора 1 совпадает с полярностью вывода выпрямителя 9, с которым он соединен, управляющий электрод тиристора 11 соединенс выходом схемы 12 управления, входкоторой соединен с переключателем13, управляющий вход управляемого выпрямительного блока 9 соединен с выходом схемы 14 управления, вход последней посредством электронных ключей 15 и 16 соединен с задатчиками7 и 18, управляющий вход управляемого выпрялтельного блока 10 соединенс выходом схемы 19 управления, вход схемы 19 управления соединен с помощью электронных ключей 20 и 21 с за датчиками 22 и 23, одноименные полн" са управляемых выпрямительных блоков Э и 10 подключены кмундштуку 1, вто. 35 рой полюс блока 9 подключен к изде лию 7, а второй полюс блока 10 - к корпусу 4, мультивибратор 24 имеет тумблер 25, позволяющий выключать его таким образом, что при выключен 40 ном мультивибраторе 24 на одном его выходе постоянно имеется выходное напряжение, а на втором выходе напря" жения нет один выход мультпвибратаЭ45 ра 24 подключен к управляющим входам , электронных ключей 16 и 20, а другой выход мультивибратора 24к управ . ляющим входам электронных ключей 5 и 21, выходы мультивибратара 24 подклю чены также к переключателю 13 таким50 образом, что вход схемы 12 управле" ния может быть подключен к любому из выходов мультивибратора 24 либо не подключен ни к одному из них, сопла55 5 выполнено с внутренним каналом в виде двух конусов внутреннего 26 и наружного 28 с цилиндрической шейкой27 между ними Установка для плазменной сварки работает следующим. образамПодается питание на силовой транс фарматор 8, на выходах тиристорных выпрямительных блоков 9 и 10 появляется напряжение, между соплом 5 и плавящимся электродом 6 возбуждается с помощью высокочастотного разряда дуга, Так как внутренний канал сап.з 5 имеет цилиндрическую шейку 27,то возбуждение дуги происходит в зазоре между плавящимся электродом 6 и щей кой 21 канала сопла 5, так как в этом месте зазор наименьший, возбудившаяся дуга выдувается из шейки 27 струей плазмообразузщего газа в коническую часть 28 канала сопла, обращенную основанием к изделию 7Так как эта часть канала сопла коничес кая и расширяется по мере удаления от цилиндрической шейки 27, та дуга, перемещаясь в направлении от цилиндрической шейки 27 к срезу сопла 5, удлиняется, что ведет к увеличе. нию напряжения на ее столбе, Столб ,цуги омывается потоком плазмообра зующега газа, за счет чего формируется плазменная струя, которая для изделия 7 является косвенной, Такое горение дуги обеспечивает ее фикса цию относительно среза сопла 5 на поверхности конуса 28 канала. Плазма образующий гаэ стремится выдуть цугу, в то же время удлинение дуги вызывает повышение мощности на ней .и со гла=но принципу минимума Ытеенбека дуга стремится занять положение как можно ближе к шейке 27 канала сопла 5Согласно принципу минимума Штеенбека иэ всех реализуемых в любой системе. режимов горения дуги устой чивым является такой, при котором напряжение на дуге минимально В слу чае,. если дуга по какой-то причине загорается внутри плазматрона, то она перемещается по внутреннему ко нусу 26 к шейке как за счет потока плазмоабразующего газа, так н согласно принципу минимума Штеенбека, Таким образом, предлагаемая конструкция сопла 5 обеспечивает формирова" ние плазменной струи и обеспечивает стабильное горение дуги в заданном месте, После возбуждения дуги между плавящимся электродом 6 и соплам 5 электродное пятно дуги располагается на плавящемся электроде 6Вследствие этого осуществляется интенсивный на1623846 6 дуги плавящегося электрода. Прц этм 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 5грев электрода 6, кроме того, этот электрод нагревается и плазменной струей, выдуваеиой из сопла 5 плазио образующим газом. Таким образом, в предлагаемой установке дпя плазменной сварки нагрев плавящегося электрода более эффективен, чеи в известной установке, так как празиеццдя дуга для плавящегося электрода 6 лвляется пряиой, а не косвенной, в то же вре ия уменьшается тепловложение в изделие 7, так как плазменная дуга для изделия в предлагаемой установке косвенная, что позволяет вести сварку тонколистового металла, цдплавку и сварку с малой глубиной проппавлецил основного металпа, ицтецсцвцый нагрев плавящегося электрода 6 позвопяет сцц" зи 1 ь ток плазменной дуги, что приводит к снижению тепловых нагрузок цд сопло, повышает его долговечность, упрощает систему охлаждения и позволяет уменьшить габариты плдзмотроцд.Уменьшению габаритов ппазмотроца способствует и отсутствие специального цаплдвляющегося электродд в цем.Силовой. трансформатор 8 понижает напряжение сети до гепцчиц 1 необходимой для сваркиПониженное ндпрлжецс снниается с вторичных обмоток трансформатора 8, имекщих Отводы. дпцчие отводов позволяет регулировать напряжение на входе управляемых выпрлмительных блоков 9 и 10, что улучшает режим цх работыстановится возмож ной рабога с малыми углами отсечки, это позволяет избежать колебаний выходного напряжения, стабилизирует ду гу Силовой управляемый выпрямитель ный блок 9 подает напряжение цд г"дде лие 7 и мундштук 1, через который оцо подводится к ппапящему эпектрду 6Таким образом, этот блок Осуществплет питание дуги плавящегося -пектэодд Ь. Схема 14 управления фарицрует импупьсы управления цд тириеторы блока 9Угол отпирания каждого цз тнристоров блока 9 зависит от напряжения управ" леция, подаваемого ца схему 14 управ" пения через электронные ключи 15 и 16 от задатчиков 17 ц 18 Электронные ключи 15 и 16 управляются иультивибратором 24Таким образом, мультцвибрд тор включает поочередно ключи 15 и 16, следовательно, к схеме управления по очередцо подключаются заддтчики 17 и 18, Это Позволяет производить сварку и наплавку в импульсном режиме горения длительность импульсов и пдуз устацдвливдетсл иультивцбрдтором 24, а ток импульса и ток паузы - задатчиками 17 и 18. При работе в непрерывном режиме задатчцки 17 и 18 устанавливаются в одицдковое положение, кроме того, непрерывный режим работы может быть достигнут отключециеи иупьтцвнбратора 24 с помощью тумблера 25, Такое двойное достижение непрерывного режима позволяет существецно расширить технологические возможности установки, Так, если непрерывный режим достигается отключением мультивцбратора 24 тумблером 25, то ц плазменная дуга горит в непрерывном режиме, если непрерывный режим достигается за счет установки зддатчиков 17 и 18 в одинаковое Положение, то мупьтцвцбратор 24 продолжает работать ц горение плдзиеццой дуги может осуществляться в нмпупьсцом режимемнупьснью тцристор 11 может быть пдключен к любому из ОТВОДОВ гтоф рнчцой обмотки трдцсфоридторд 8, это позволяет В широких предспдх цзмецпть пдрдметры пмпупьсов тока пидяящсгося.Лектрдд, 8 отличие т цмпупьсовтока, Ориируеиых мультццнбрдторпм24, цмпупьсы ткд, пртс кдмгясго чс.рез гнрнстор 11, яцдчительцо более короткие ц предцдзцдчецы для управле"ция и репсои рдсплавцвисгосл иеталлд с коцид плавящегося электрода 6Иицулгсцым тирцстором 11 управляетсхема 12 унгдвлецця, которая обеспечцвдет рс гупнропку пдрдметров импульсов тскд, протекающих через тцристор11, - дпцтепгность ц чдстоту их сле"Довднцл, Схемд 12 упрдвлецця с помощью нерекпючдтеля 13 может быгь подключена к любому из Выходов мультивцбрдторд 24 цпц быть полностью откпкчецпойЭто позволяет подаватьципупьсы в момент импульса бдзовоготока либо в момент паузы, цли це по давать цх совсем, Тдкип образом сушествсцпо расширяются техкэпогцческиевозможности установки ппдзмеццойсварки, Силовой упрдвпясмый выпрямитепьцья блок 10 питается От отводоввторичной обмотки силового трдцсфоридторд 8, что также позволяед выбратьоптцмдпьцый режим его работы в зависимости от параметров режима сваркии прциеняемьх свдрочцых мдтерцдловтаким образом, чтобы угол стечки тиристоров был минимальным - это ста.билизирует горение плазменной дуги,так как в этом случае пульсации выходного напряжения на выходе блока 105минимальны, Блоком 10 управляет схема19 управления, на входе которой через электронные ключи 20 и 21 подключены задатчики 22 и 23, Как и дляблока 9, для блока 10 возможны дваспособа получения непрерывного режима установка задатчиков 22 и 23 водинаковое положение, при этом возможно питание дуги плавящегося электрода импульсным током, и выключениемультивибратора 24 тумблером 25, приэтом токи плазменной дуги и базовыйток дуги плавящегося электрода непрерывные, однако наложение на базовый 20ток дуги плавящегося электрода 6 короткнх импульсов через тиристор 11возможно и в этом случае, так каквозможно переключение переключателем13 схемы 12 управления к открытому 25выходу мультивибратора 24, В остальном работа схемы 19, электронных ключей 20 и 21 и эадатчиков 22 и 23 аналогична работе схемы 14 управления,электронных ключей 15 и 16 и задат 30чиков 17 и 18.К мундштуку 1 подключены одноименные полюса тиристорных выпрямительных блоков 9 и 10, следовательно, ксоплу 5 подключен полюс выпрямительного блока 10 (через корпус 4), одноименный с полюсом блока 9 подключенного к изделию 7Такое включение силовых управляемых выпрямительных блоков 9 и 1 О препятствует возникновению 40дугового разряда между соплом 5 и изделием 7, так как к ним подключеныодноименные полюса, Это облегчаетэксплуатацию установки, снижает тепловложение в сопло Ь и в изделие 7, Изо 45 лятор 2 препятствует замыканию мунд штука 1 на корпус 4, развязывая такимобразом выходы выпрямительных блоков 9 и 10, Подача защитного газа в зонусварки осуществляется через сопло, Питание плазмотрона защитным и плазмообразующим газами, подача и слив охлаждающей воды осуществляются через штуцеры на корпусе 4 плазмотрона.Ток плавящегося электрода может , быть непрерывным (фиг,2 а) в случаях, когда его величина достаточна для обеспечения мелкокапельного или струйного переноса металла через дугу,При сварке тонкого металла иличаплавке ток плавящегося электродауменьшается и для управляемого переноса металла используются короткиеимпульсы (фиг.23), создаваемые импульсным тирыстором,В случаях, когда необходима периодическая кристаллизация сварочнойванны, ток плавящегося электрода может быть импульсным (фиг28). Приэтом могут накладываться на него икороткие импульс, например когда вовремя пауз есть вероятность переходак нежелательному крупнокапельному переносу электродного металла, на сварочный ток накладываются короткиеимпульсы (фиг.2). Короткие импульсытакже могут накладываться и во времяимпульса тока плавящегося электрода,Ток плазменной дуги может бытьнепрерывным (фиг,2 Д) или импульсным(фиг,26). Импульсный режим горенияплазменной дуги позволяет повыситьтемпературу плазменной струи и улучшить эффективность нагрева плавящегося электрода, Во время паузы ток дуги невелик, дуга обдуваетсн потокомплазмообразующего газа и градиент падения напряжения на ее столбе возрастает, так как сужается диаметр столба. Это ведет к уходу дуги в болееузкую часть выходного корпуса каналасопла, ближе к цилиндрнческой шейке,что энергетически более выгодноменьше падение напряжения на дугеПри подаче импульса тока в малом пространстве происходит интенсивное об"жатие дуги, вследствие чего температура плазменной струи повышается,увеличивается степень ионизации плаэмы в ней, Перемещение дуги при импульсе тока к расширяющейся части конусаносит инерционный характер из-за инер.ционности перемещения активных пятенплазменной дуги (особенно катодногопятна)При работе плазменной установки возможны различные сочетаниязаконов изменения токов дугТак, например, сочетание законов изменениятоков дуг на фиг,2 2, е при синхронной подаче импульсов тока (импульсытокавпадают по фазе) позволяетснизить температуру перегрева каплиметаила на конце электрода, что особенно благоприятно при наплавке композиционных сплавов, Во время. импульса тока плазменной дуги растетстепень ионнзации плазмы и плавящий60 50 30 21 28 11030 ся электрод оказывается погруженным в струю плазмы с избыточным количеством носителей заряда, за счет этого снижается градиент падения напряже 5 ния в прнэлектродных областях, а сами активные пятна увеличиваются в размерах (фактически дуга плавящего ся электрода горит в условиях вынужденной иониэации), что снижает концентрацию ввода тепла, уменьшает плотность теплового потока, в резуль тате плавится большее количество электродного металла, однако его температура при этом снижается15Установка опробована при сварке стали 2 Х 18 Н 9 Т толщиной 1,2 мм ца медной подкладке. Сварку осуществляют проволокой Св 12 Х 18 Н 9 Т диамет ром 12 мм при прямой полярности20 обеих дуг в следующем режиме:Ток дуги плавящегосяэлектрода, АТок коротких импульсов, А 430 25Частота короткихимпульсов, ГцДлительность корот"ких импульсов, с 0,008Напряжение базовоготока дуги цлавящегося электрода, В 19Напряжение плазменной дуги, Вв импульсе 35в паузеТок плазменной дуги, Ав импульсев паузе 40Длительность импульса, с 0,4Длительность пауэы, с 0,8Расход аргоца, л/миц 45плаз моо бразующе го 3, 6защитного бСкорость сварки, м/ч 56Сварку ведут в режиме, соответ ствующем Фиг,26,В.Непрерывный неболь шой базовый ток плавящегося электро да обусловлен малой толщиной свари" ваемого металла. Короткие импульсы позволяют осуществлять мелкокапель" ный перенос электродного металла, Им пульсный режим горения плазменной дуги обеспечивает прерывистую кристаллизацию металла в виде отдельных точек, что сокращает время его пре бывания в жидком состоянии и позво ляет уменьшить расход защитного арго да,Наплавку ходовых колес десантной бронемашины осуществляют прессовац цой проволокой, состоящей из, Х:Магний 7Карбид бора 18,4Литий фтористый 6Алюминий Остальное Наплавку ведут по режиму (фиг,2 ед) со следующими параметрами:Диаметр электрода, мм 2,8Ток дуги плавящегосяэлектрода, Ав импульсе 400в паузе 1801 апряжецие дуги плавящегося электрода, Вв импульсе ,32в паузе 21То к ду ги нелл авящегося электрода,Ав импульсе 220в паузе 60Напряжение дуги неллавящегося электрода, Вв импульсе 30в паузе 22Подача импульсОв В фазеРасход аргоца, л/мин:плазмообразующего 3,9защитного 11Скорость цаплавки, м/ч 28Наплавлеццый слой - изцосостойкий композиционный металл, имеющий матрицу из алюминиевоф.магниевого сплава и включения твердого вещест ва - карбида бора.Формула изобретения1Установка для плазменной сварки, содержащая плазматроц, включакг щий мундштук для подачи плавящего электрода, сопло для подачи защитного газа, сопло ц корпус, при этом мундштук для подачи плавящего электр рода соединен с отрицательными выво дами первого и второго управляемых выпрямителей с блоками их управления, входы управляемых выпрямителей соеди иены с вторичной обмоткой трансформа тора, выполненной с дополнительными отводами, положительные выводы первого и второго управляемых выпрямителей подключены соответственно к вьг ходам установки и с корпусом плазма 1 16238461 ф) трона, о т л и ч а ю щ а я с я тем, ра, катод импульсного тнристора сочто, с целью повышения качества свар- единен с мундштуком для подачи плавя- ного соединения и расщирения техно- щего электрода, а анод импульсного логических возможностей, в нее вве- тиристора соединен с вторичной об дены импульсный тиристор с блоком моткой трансформатора5его управления, переключатель, муль"тивибратор и тумблер, подключенный 2Установка по п,1, о т л ик управляющему входу мультивибратора, ч а ю щ а я с я тем, что в корпусе первый выход которого соединен с пер плазмотрона установлено сопло, вы выми входами блоков управления выполненное с каналом в виде двух обпрямителей и с первым контактом пе- ращенных друг к другу вераинами ко реключателя, второй контакт которого нусов, мевду которыми имеется цисоединен с вторыми входами блоков линдрическая веЯка, в корпусе такхе управления выпрямителей и вторым вы 15 установлены сопло для подачи защит ходом мультивибратора, третий кон ного газа и изолятор, в который такт переключателя соединен с входом вставлен мундатук для подачи плавя" блока управления импульсного тиристо щего электрода,1 б 23846 Т Ф Составитель.ГЧайковскийРедактор А,Огар Текред М.Иоргентал КОРРектоР АеОсауленк Подписное 0 Тирам при Г суда оизводственно"издательский комбинат "Патент", г. Умгоро Гагарина, 101 Заказ НИИПИ нного комитета по изобретениям и открьгги 3035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4