Устройство для управления электродуговой сваркой

СОЮЗ СОВЕТСНИХШВвлаесиииРЕСПУБЛИК эаэ В 23 К 9/10 ТЕНИЯ ЬСТВУ ГОСУДАРС НЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ И ОТКРЫТИЙ ОПИСЫВАНИЕ. ИЗ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ(72) Б,В.Худяков, С,А.Кресняков, В,А.Шереметьев и А.Д.Гололобов (71) Челябинский политехнический ин,ститут им. Ленинского комсомола и Уральский филиал Государственного научно-исследовательского института автомобильного транспорта (53) 621.791.75(088,8)(56). 1. Авторское свидетельство СССР У 791487, кл. В 23 К 9/16, 1978.2. Авторское свидетвльство СССР В 747646, кл. В 23 К 9/10, 1978 (прототип) .(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКОЙ, содержащее выпрямитель, выход которого связан с входами двух пороговых элементов, задатчик и последовательно включенные блок сравнения, релейный элемент, схему совпадения, первый формирователь импульсов, тиристорный преобразователь, выход которого связан со сварочной горелкой и через блок обратной связи с первым входом блока 80.2 802 сравнения, причем выход первого порогового элемента связан с вторым входом схемы совпадения, а выход второго порогового, элемента связан с вторым входом формирователя импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью расширения технологических возможностей устройства, оно дополнительно снабжено сумматором, переключателем режимов работы, генератором импульсов, двумя блоками временной задержки, вторым формирователем импульсов и третьим пороговым элементом, выход которого подключен к входам блоков временной задержки, выходы которых соединены с вхо-Е дами второго формирователя импульсов, один из входов переключателя режимов работы подключен к выходу второго формирователя импульсов, а другой его вход к выходу генератора д импульсов, при этом выходы переключателя режимов работы и источника напря жения задания подключены,к;входам счкматора напряжения, выход которого соединен с вторым уходом блока срав кения.11238 Изобретение относится к сварочнойтехнике, в частности к устройствзмуправления электродуговой сваркойтонколистовых конструкций.Известно устройство для дуговой 5сварки с короткими замыканиями дугового промежутка, содержащее сварочный выпрямитель, индуктивность, сопротивление, конденсатор, коммутируюший и вспомогательный тиристоры, схе 1 Ому управления, датчик непрерывногоконтроля размеров перемычки жидкогометалла, сварочную головку, дополнительную индуктивность, дополнительныйтиристор и схему управления дополнительным тиристором Г 13.Недостатком известного устройстваявляется ограничение амплитуды токакороткого замыкания за счет включе 20ния балластного сопротивления, накотором неоправданно теряется мощность. Кроме того, схемное исполнениене позволяет использовать устройстводля полуавтоматической сварки тонколистных конструкций, где необходимоосуществлять коммутацию тока в началекороткого замыкания. Устройство неможет быть использовано для ручнойэлектродуговой сварки,Известно устройство для управления тиристорным преобразователем, содержащее блок обратной связи, формирователь импульсов, релейный элемент,задатчик и блок сравнения, выход которого соединен со входом релейного З 5элемента, о 4 ин из входов блока срав.нения подключен к задатчику, а другойего вход - к выходу блока обратнойсвязи, вход блока обратной связиподключен к выходу тиристорного преобразователя,управляющие входы которого. подключены к выходам формирователя импульсов. Устройство снабженосхемой совпадения, выпрямителем напряжения сети и двумя пороговыми эле ментами. Устройство за счет автоматического регулирования и ограничения минимального и максимального углов зажигания тиристоров преобразователя позволяет достичь устойчивой Жработы преобразователя при изменениинагрузки от холостого хода до короткого замыкания в диапазоне угловрегулирования 0 - (160-170 ф и обеспечивает высокую точность регулировгния тока в заданныхпределах Г 23.Однако устройство предназначенодля ручной электродуговой сварки штуч 02 2ными электродами и не может быть использовано для импульсно-дуговой сварки как штучным, так и плавящимсяэлектродами в защитных газах,Бель изобретения - расширениетехнологических возможностей устРойства.Поставленная цель достигаФтсятем, что устройство для управленияэлектродуговой сваркой, содержащеевыпрямитель, выход которого Связанс входом двух пороговых элементов,задатчик и последовательно включенные блок сравнения, релейный элемент,схему совпадения, первый формирователь импульсов, тиристорный преобразователь, выход которого связан сосварочной горелкой и через блок обратной связи с первым входом блокасравнения, причем выход первого порогового элемента связан с вторым .входом схемы совпадения, а выход второго порогового элемента связан свторым входом формирователя импульсов, дополнительно снабжено сумматором, переключателем режимов работы,генератором импульсов, вторым формирователем импульсов, двумя блокамивременной задержки и третьим пороговым элементом, выход которого подключен к входам блоков временной задержки, выходы которых соединены свходами второго формирователя импульсов, один из входов переключателя режимов работы подключен к выходу второго формирователя импульсов, а другой его вход " к выходу генератораимпульсов, при этом выходы переключателя режимов работы и источника напряжения задания подключены к входамсумматора напряжения, выход которогосоединен с вторым входом блока сравнения.На фиг.1 приведена функциональнаясхема устройства для управления тиристорным преобразователем, на фиг.2-4 -временные диаграммы, характеризующиеработу устройства при различных режимах.Устройство для управления электродуговой сваркой содержит блок .1 сравнения, релейный элемент 2, схему3 совпадения, первый формирователь 41123 горелку 11, пороговый элемент 12, блоки 13 и 14 временной задержки, втброй формирователь 15 импульсов, генератор 16 импульсов, переключатель 17 режимов работы и сумматор 18 напряжений. Один из входов блока 1 сравнения подключен к выходу блока 6,обратной связи, вход которого соединен с выходом тиристорного преобразователя 5, управляющий входы которого подключе ны к выходам формирователя 4 импульсов. Пороговый элемент 8 своим выходом подключен к одному из входов схемы 3 совпадения, к другому входу которой подсоединен выход релейного элемента 2, Выходы схемы 3 совпадения и порогового элемента 10 подключены к входу формирователя 4 импульсовКо входам пороговых элементов 8 и 10 подсоединены выпрямитель 9 напряжения 20 сети. Выход порогового элемента по напряжению на дуге подключен ко входам блоков 13 и 14 временной задержки, выходы которых соединены со входами формирователя 15 импульсов. Один 25 из входов переключателя 17 режимов работы подсоединен к выходу формирователя 15 импульсов, другой его вход - к выходу генератора 16 импульсов. Выходы переключателя 17 режимов работы и источника 7 напряжения задания подключены ко входу сумматора 18 напряжений, выход которого соединен со входом блока 1 сравнения.Блок 1 сравнения предназначен для 35 сравнения мгновенного значения напряжения обратной связи О , пропорционального сварочному току, и напряжения задания 0 с выхода сумматора 8 напряжений. 40 Релейный элемент 2 служит для преобразования разности напряжений обратной связи О и напряжения заданияос0 в последовательность импульсов 45 с частотой и скважностью, определяемой величиной и Формой сигнала обратной связи с выхода блока 6 обратной связиСхема 3 совпадения предназначена 50 для автоматического перехода с релейного режима управления тиристорным преобразователем 5 на фазовый режим,Первый формирователь 4 импульсов 55 служит для формирования управляющих импульсов на тиристоры преобразователя 5. 80 4Пороговые элементы 8 и 10 формируют прямоугольные импульсы при превышении выпрямленного двухполупе-риодного напряжения, поступающего свыхода выпрямителя 9 напряжения, сети,фиксированного порогового напряжениякаждого из пороговых элементов.8и 10.Выпрямитель 9 напряжения сетипозволяет синхронизировать во времени работу пороговых элементов 8и 10, а также тиристорного преобразо- .вателя 5.Пороговый элемент 12 вырабатываетпрямоугольные импульсы при превышеииинапряжения на дуге 11 фиксированногопорогового напряжений, определяя начало и конец коротких замыканийдугового промежутка.коротких замыканий дугового промежутка.Блок 13 временной задержки служитдля задержки информации о началекоротких замыканий и запуска формирователя 15 импульсов.Блок 14 временной задержки предназначен для задержки информации оконце коротких замыканий и запиранияформирователя 15 импульсов,Второй формирователь 15 импульсовслужит для формирования прямоугольных импульсов напряжения задания 01Генератор 16 импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы напряжениязадания Ои регулируемой длительностичастоты и амплитуды.Переключатель 17 режимов работыслужит для перехода. от одного видасварки, реализуемого устройством, надругой в соответствии с требованиями"технологии.Сумматор 18 напряжения предназначен для суммирования напряжения задания 0 с выхода эадатчика 7 с напряжением 0 от второго формирователя15 импульсов или с напряжением задания О, с выхода генератора 16 импульсов,Устройство работает следующим образом.В положении 1 переключателя 17 режимов работы устройство реализует процесс ручной электродуговой сварки стационарной дугой, При этом на сумматор 18 напряжения и блок 1 сравнения подается только постоянное по величине напряжение О от задатчи" ка 7. В зависимости от соотношения1123802 5величины напряжения О на выходеблока 6 обратной связи и напряжениязадания О на выходе сумматора 18напряжений устройство управления тиристорным преобразователем может работагь в релейном (Оо ( О ) или в фазовом ( О ) О ) режимах. В процессевозбуждения дуги и при нарастаниисварочного тока до установившегосязначения устройство работает в релей-Оном режиме. При У ( 0 релейныйэлемент 2 "Выключен", т,е. на еговыходе имеется постоянное напряжение, при Оо ) О релейный элемент,Ос2 "Включен", т.е. на его выходе нетнапряжения (фиг,2),Ппи разомкнутой сварочной цепинапряжение обратной связи О навыходе блока 6 обратной связи равнонулю, релейный элемент 2 находитсяв состоянии Выключено а постоянноенапряжение с его выхода поступает наодин из входов схемы 3 совпадения.Одновременно с выпрямителя 9 напряжения сети поступает двухполупериодное выпрямленное напряжение сети навходы пороговых элементов 8 и 10, име-,ющих фиксированные значения пороговыхнапряжений О и Ов соответственно."1 2На выходах пороговых элементов по- ЗОявляются прямоугольные импульсы, длительность которых определяется вели-чинами пороговых напряжений. Длительность импульсов на .выходе пороговогоэлемента 8 близка к полупериоду 35напряжения сети и соответствует ве-.личине порогового напряжения ОвЭти импульсы поступают на один извходов схемы 3 совпадения, на другойвход которой подается постоянное напряжение с выхода релейного элемен та 2, и проходят на вход формирователя4 импульсов. Одновременно на вход формирователя 4 импульсов подаются пря-моугольные импульсы с выхода порогового элемента 10, длительность которыхменьше длительности импульсов, поступающих с выхода порогового элемента 8. В соответствии с импульсами, поступающими с выхода пороговых элеменО тов 8 и 10, формирователь 4 импульсов подает на управляющие электроды тиристоров преобразователя 5 импульсы, огра. ничивающие минимальный и максимальный углы открывания тиристоров. При этом по переднему фронту импульсов, пришедших с выхода порогового элемента 8, формируются импульсы управления, ограничивающие минимальный угол зажигания тиристоров. При поступлении этих импульсов на управляющие электроды тиристоров преобразователя 5 на его выходы появляется практически полное выпрямленное напряжение,По заднему фронту прямоугольных им 4 пульсов, пришедших с выхода порогового элемента 10,формируются запускающие импульсы, ограничивающие максимальный угол открывания тиристоров 1 в пределах 160-70 ф для достижения устойчивой работы преобразователя при изменении нагрузки вплоть до короткого замыкания. При возбуждении дуги касанием электродом свариваемых иэделий в сварочной цепи начинает протекать сварочный ток, На выходе блока 6 обратной связи появляется напряжение О пропорциональное мгновенному значению сварочного тока. По мере увеличения сварочного тока в переходном режиме увеличивается и напряжение обратной связи О , которое в блоке 1 сравнивается с напряжением задания О, поступаюшим с выхода сумматора 18 напряжений, Разность между мгновенными значениями напряжения обратной связи и напряжения задания подается на релейный элемент 2, и далее схема работает как описано до тех пор, пока сварочный ток не достигнет установившегося значения, т,е. в течение ,2-3 периодов питающего напряжения.При О 3,0 устройство переходит в режим. фазового управления преобразователем 5 (фиг.3) В установившемся режиме релейный элемент 2 периодически переключается с частотой пульсаций сварочного тока.В моменты равенства напряжений обратной связи О и Ц на выходе релейного элемента 2 формируются прямоугольные импульсы, которые поступают на один из входов схемы 3 совпадения. На другой вход схемы 3 совпадения поступают прямоугольные импульсы с выхода порогового элемента 8. В результате совпадения импульсов, поступивших на оба входа схемы 3 совпадения, на ее выход проходят импульсы с выхода релейного элемента 2, Эти импульсы поступают на вход формирователя 4 импульсов, который формирует запускающие импульсы, подаваемые на управляющие электроды тиристоров преобразователя 5. При этом устанавливается угол зажигания тиристоров, соответствующий заданию по току. Случайное изменение сварочного тока, например в сторону уменьшения вызывает уменьшение напряжения обрат.ной связи Оо . Момент равенства О = О и появление импульсов на выходе3релейного элемента 2 наступает раньше, чем приводит к уменьшению угла открывания тиристоров и увеличению1 О напряжения на выходе тиристорного преобразователя 5. При этом сварочный ток практически за 2-3 периода питающего напряжения вновь достигает заданной величины. В фазовом режиме15 также; как и в релейном режиме, на тиристори поступают запускающие импульсы, сформированные формирователем импульсов 4 по заднему фронту импульсов пришедших с выхода порогоЭ20 вого элемента 10, причем эти запускающие импульсы ограничивают максимальный угол зажигания тиристоров в пределах 160-170В положении П переключателя 17 режимов работы устройство реализует процессы ручной дуговой и полуавтоматической сварки с наложением на заданный постоянный ток дуги импульсов ,тока фиксированной величины, начало и конец которых определяется, со 30 ответственно, началом и концом коротких замыканий дугового промежутка.Процесс сварки с короткими замыканиями.дугового промежутка харак 35 теризуется чередованием периодов горения дуги, в течение которых происходит плавление электрода, и коротких замыканий, во время которых осущестгляется перенос расплавленного металла в шов. При этом напряжение на дуговом промежутке меняется, соответственно от напряжения дуги практически до нуля, Пороговый элемент 12 переключается в соответ 45 ствии с изменением напряжения на дуге (фиг.4).В начале короткого замыкания (момент т, ) по заднему фронту импульсов с выхода порогового элемента 12 запускается блок 13 временной эадерж 50 ки, при этом на выходе формирователя 15 импульсов напряжение равно нулю, На один из входов блока 1 сравнения подается постоянное напряжение задания ОЭ от сумматора 18 напряжений, определяемое источником 7 напряжения задания.В соответствии с величиной ОЭ в сварочной цепи протекает сварочный ток. За период короткого замыкания капля расплавленного металла перетекает в шов под действием сил поверхностного натяжения и собственного веса. Происходит разрыв перемычки жидкого металла и возбуждение дуги (момент 1). При этом по переднему фронту импульса с порогового элемента 12 запускается блок 14 временной задержки.По окончании временной задержки, формируемой блоком 13, запускается формирователь 15 импульсов, от которого напряжение задания ОЭ через переключатель 17 режимов работы поступает на вход сумматора 18 напряжений, где складывается с постоянным напряжением задания О от источниЭка 7 напряжения задания, Суммарное напРЯжение О = Оэ + Оз с сУмматоРа 18 напряжений подается "на один из входов блока 1 сравнения (момент С 3), С этого момента в сварочной цепи протекает сварочный ток, соответствующий напряжению задания О. За время наложения импульса тока происходит интенсивное плавление электрода.,По окончании временной задержки, формируемой блоком 14 (момент 1), . напряжение на выходе формирователя 15 импульсов падает до нуля. При этом .на один из входов блока 1 сравненияподается напряжение Оэ от сумматора 18 напряжений. Ток в дуге падает до значения, соответствующего напряжению задания О . В момент времени 13 дуговой промежуток закорачивается каплей расплавленного металла, и цикл работы устройства повторяется,В установившемся режиме, в моменты времени, когда ток дуги соответствует напряжениям задания О или О =Э= 03 + О , устройство работает в фазовом режиме. В переходные моменты времени ( 1 Э и 1 ) устройство может работать как в фазовом, так и в релейном режимах в зависимости от величины напряжения задания Ц . Релейнофазовое управление углами открытия тиристоров преобразователя описано.Значения напряжений задания ОЭ и ОЭ и временных задержек, форга 1 руеЭмых блоками -13 и 14, устанавливаются в зависимости от технологических условий сварки.В положении Ш переключателя 17 режимов работы устройство реализует процессы ручной дуговой и полуавтома 1123802 30тической сварки с наложением на заданный постоянный ток дуги импульсов тока фиксированной частоты, длительности и амплитудыНри этом на один из входов блока 1 сравнения от суммато ра 18 напряжений подается напряжение, форма которого определяется напряжением задания Ц , поступающим на вход сумматора 18 напряжений от источника 7 напряжения задания, и по- о следовательностью импульсов напряжения Фиксированной частоты, длительности и амплитуды, подаваемой через переключатель 17 режимов работы генераторам 16 импульсов.15 В установившемся режиме, когда ток дуги соответствует напряжениям задания О или О = О + О устроиство работает в Фазовом режиме.Припереходео от напряжения задания "О к напря 3жению О и наоборот устройство может работать в Фазовом или в релейном режимах в зависимости от величины на:.:ряжения задания ОИЗ25 Значения напряжений задания 03 э О, длительности 1 и частотыследования набираются в зависимости от технологических условий сварки.Предлагаемое устройство для управления тиристорным преобразователем дает возможность использовать. преобразователь при ручной дуговой сварке стационарной и импульсной дугой, а также при полуавтоматической импульсно-дуговой сварке. В зависимости от,технологических требований, конструктивных особенностей и типа свариваемых изделий устройство реализует наиболее выгодный процесс сварки. Применение устройства при сварке тонколистовых конструкций (особенно при ремонте кузовов автомобилей) позволяет повысить производительность труда по сравнению с дуговой сваркой, производить качественные сварочные соединения конструкций иэ металла толщиной 0,5-0,2 мм без прожогов, снизить потери металла на разбрызги ванне и.расход электроэнергии.