Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для импульсно-дуговой сварки с подогревом электродной проволоки

Изобретение относится к области электродуговой сварки плавящимся электродом сплошного сечения, порошковыми проволоками, самозащитными проволоками в среде активных и инертных газах, а также их смесях (Аг+CO₂, СО₂+О₂, Аг+СО₂+О₂) на обратной и прямой полярности. Изобретение может быть использовано при изготовлении металлоконструкций в различных областях техники.

За прототип принято устройство для сварки [А.С. 2429112 (от 21.12.2009 опублик. 20.09.2011)], содержащее источник постоянного тока, фильтрующий конденсатор, подключенный к выходам источника питания, зарядную цепь, состоящую из коммутирующего конденсатора, зарядного дросселя и зарядного тиристора, коммутирующий конденсатор, соединенный верхней обкладкой с плюсом источника питания, а нижней обкладкой через зарядный дроссель с анодом зарядного тиристора, который катодом соединен с минусом источника питания, вспомогательный тиристор, соединенный катодом с нижней обкладкой коммутирующего конденсатора и зарядным дросселем, а анодом - с анодом силового тиристора, коммутирующий дроссель, соединенный одним концом с плюсом источника питания, а другим концом - с анодами силового и вспомогательного тиристора, отличающееся наличием второго контактного наконечника, соединенного с плюсом источника постоянного тока, через который сварочный ток в паузе передается на электродную проволоку, и участок электродной проволоки между контактными наконечниками, подключенный параллельно коммутирующему дросселю, силовому тиристору и дросселю.

Суть изобретения заключается в том, что в устройстве для импульсно-дуговой сварки ток паузы ограничен дополнительным участком электродной проволоки, который при протекании тока паузы разогревается за счет тепла, выделяемого по закону Джоуля-Ленца.

Недостатками устройства является: схемотехническое решение на основе тиристоров, что значительно усложняет управление коммутацией и увеличивает громоздкость оборудования; неизменяемый участок электродной проволоки между контактными наконечниками и отсутствие обратной связи по температуре подогрева, что не позволяет в полной степени автоматизировать процесс поддержания заданной температуры вылета, а также повышает сложность в подборе режимов и снижает стабильность процесса при внешних возмущениях.

Задача - создание устройства, обладающего высокими регулировочными характеристиками и легкостью настройки параметров, расширяющего области применения источников питания для дуговой сварки.

Поставленная задача достигается за счет использования устройства, содержащего источник постоянного тока, два транзисторных ключа с изолированным затвором и цепями защиты, блок управления, дроссель, два контактных наконечника, датчик температуры и исполнительный механизм перемещения контактного наконечника.

Реализация режима «горячего старта» возможна при изменении расстояния между контактными наконечниками и изменении параметров режима импульсно-дуговой сварки.

Изобретение поясняется чертежом.

На интервале паузы ток протекает от "+" источника питания через транзисторный ключ - дроссель - контактный наконечник 2 - участок электродной проволоки между контактным наконечником 1 и 2 далее через дугу на изделие и "-" источника питания. Меняя параметры сигналов управления (например: при изменении скважности ШИМ-сигнала), можно задавать средний ток в паузе, регулировать или изменять его значение по какому-либо закону или зависимости. При протекании тока по данному контуру происходит разогрев участка проволоки между контактным наконечником 2 и дугой за счет тепла, выделяемого по закону Джоуля-Ленца.

Во время паузы происходит оплавление электрода и формирование капли. В ходе формирования капли за счет движения проволоки и выравнивания капли на торце электрода происходит уменьшение длины дуги, и, как следствие, изменяется напряжение на дуге U_d, которое отслеживается блоком управления. Когда сформированная капля займет соосное положение, напряжение U_d достигнет порогового значения, блок управления подаст сигнал на открытие силового транзистора VT1.

Для формирования тока паузы блок управления открывает транзисторный ключ VT1, посылая на него ШИМ-сигнал, и ток I_б протекает по цепи - контактный наконечник 2 - участок проволоки - контактный наконечник 1 - дуга - изделие. Падение напряжения на участке проволоки и небольшая скважность ШИМ-сигнала обуславливают протекание базового тока небольшой величины. При изменении скважности ШИМ-сигнала меняется и сила базового тока I_б. Участок проволоки при этом разогревается, и требуется ввести меньшее количество тепла через дугу для его расплавления. Дроссель служит для сглаживания ШИМ-сигнала в постоянное значение силы тока.

Установлено, что коэффициент расплавления зависит от температуры нагрева сварочной проволоки перед ее входом в контактный наконечник 1. Для регулирования коэффициента расплавления в контактный наконечник установлена термопара Т. При отклонении температуры от установленного значения блок управления посылает сигнал на исполнительный механизм М, который изменяет расстояние между контактными наконечниками L на величину AL, что приводит к восстановлению заданного значения температуры, а, следовательно, и коэффициента расплавления.

Базовый ток I_б служит для формирования капли. В ходе формирования капли изменяется напряжение на дуге U_d, которое отслеживается блоком управления. Когда сформированная капля займет соосное положение, напряжение U_d достигнет порогового значения, что приведет к подаче сигнала о необходимости наложения импульса.

При подаче сигнала на транзисторный ключ VT1 он открывается, и ток I_имп протекает через контактный наконечник 1. Длительность импульса невелика, т.к. импульс служит только для отрыва и переноса капли в сварочную ванну.

Средний ток и параметры наложения импульсов задаются изменением программы в памяти микроконтроллера посредством любого удобного интерфейса.

Для защиты транзисторов от индуктивных всплесков напряжения при коммутационных процессах в схеме использованы конденсаторы С1 и С2. Для защиты источника питания применяются обратные диоды VD1 и VD2, направляющие индуктивные всплески напряжения на дугу.

Данное устройство было апробировано при наплавке валиков на стальные пластины. Применение данного устройства позволило повысить коэффициент расплавления электродного металла до 40 г/А⋅ч, что привело к увеличению соотношения высоты наплавленного валика к его ширине, а также снижению доли основного металла в наплавленном слое до 10%. Применение устройства позволяет расширить возможности формирования последующих наплавленных валиков. Также данное устройство было апробировано при прототипировании, что позволило улучшить формирование стенок и снизить деформации при неизменной скорости.