RU2069613C1

RU2069613C1 - Arc welding method and arc supply source

Info

Publication number: RU2069613C1
Application number: RU95101112A
Authority: RU
Inventors: Владимир Олегович Бушма
Original assignee: Владимир Олегович Бушма
Priority date: 1995-01-26
Filing date: 1995-01-26
Publication date: 1996-11-27
Also published as: RU95101112A

Abstract

FIELD: arc welding with fixed consumable electrodes; welding of long cut workpieces of thickness exceeding 25 mm. SUBSTANCE: method comes to placing consumable electrode in clearance between workpieces to be welded. Electrode is made in form of plate with dielectric coating applied to both opposite sides of plate electrode. Then electrode and workpieces are connected to different poles of supply source and arc is struck between end of electrode pointed to root of weld and workpieces and welding is carried out. Welding arc is supplied from power source with combination external volt-ampere characteristics, arc being started at gradually drooping section of curve with subsequent change to steeply drooping section of curve in range of nominal welding currents. At distance between arc and root of weld exceeding 15 - 20 mm, welding is carried out at gradually rising section of supply source external characteristic curve. Consumable electrode is connected to corresponding pole of supply source in several points arranged at equal distance 1 from each other lengthwise the electrode, with 1 satisfying the condition l≅v_w•τ where v_w-welding speed, τ - time required for heating consumable electrode material by welding current to preset temperature depending on temperature dependence of electric strength of dielectric coating material. In process of movement of arc relative to electrode melt-off front, slope of gradually drooping or gradually rising sections of supply source curve is changed steplessly or by steps. Supply source has transformer-thyristor converter, welding current and voltage transmitters, feedback signal shaping unit, control signal shaping unit, setter and amplitude control discriminator. Circuit makes it possible to change slope of supply source external characteristic curve in process of welding. EFFECT: enlarged operating capabilities. 7 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к сварочной технике и может быть использовано при дуговой сварке неподвижным плавящимся электродом длинномерных изделий большой толщины более 25 мм. The invention relates to welding equipment and can be used in arc welding with a fixed melting electrode of long products of large thickness of more than 25 mm

Из предшествующего уровня техники известен способ дуговой сварки плавящимся электродом (авторское свидетельство СССР N 1148741, кл. B 23 K 9/171, 1978), согласно которому питание сварочной дуги осуществляют от источника питания, имеющего в диапазоне рабочих режимов сварки крутопадающую внешнюю вольтамперную характеристику, а при снижении напряжения на дуге на 15-20% ниже заданного рабочего диапазона питание дуги осуществляют от источника с пологопадающей или жесткой внешней характеристикой. A method of arc welding with a consumable electrode is known from the prior art (USSR author's certificate N 1148741, class B 23 K 9/171, 1978), according to which the welding arc is supplied from a power source that has a steeply falling external current-voltage characteristic in the range of welding operating modes, and when the voltage on the arc is reduced by 15-20% below the specified operating range, the arc is supplied from a source with a dipping or hard external characteristic.

Недостаток этого способа заключается в том, что он не может быть использован для выполнения сварных соединений в труднодоступных местах, поскольку необходимо обеспечить перемещение плавящегося электрода относительно свариваемых изделий. Кроме того, известный способ характеризуется низкой производительностью. The disadvantage of this method is that it cannot be used to perform welded joints in hard to reach places, since it is necessary to ensure the movement of the melting electrode relative to the welded products. In addition, the known method is characterized by low productivity.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ дуговой сварки неподвижным плавящимся электродом (И.В. Зуев и др. Сварка плавлением по способу МЭИ, сварочное производство, 1988, N 8, с. 48), включающий установку в зазоре между свариваемыми изделиями плавящегося электрода, выполненного в виде пластины с нанесенным на обе ее противоположные поверхности диэлектрическим покрытием, подключение электрода и изделий к различным полюсам источника питания, зажигание дуги между торцом электрода, обращенным к корню шва, и изделиями и сварку. Closest to the claimed method according to the technical essence is the method of arc welding with a fixed melting electrode (I.V. Zuev and others. Fusion welding according to the MEI method, welding production, 1988, No. 8, p. 48), including installation in the gap between the welded products a melting electrode made in the form of a plate with a dielectric coating applied to both its opposite surfaces, connecting the electrode and products to different poles of the power source, igniting the arc between the end of the electrode facing the root of the seam, and items and welding.

Из предшествующего уровня техники известен также и источник питания для дуговой сварки плавящимся электродом (авторское свидетельство СССР N 181212, кл. B 23 K 9/06, 1965), содержащий силовой трансформатор, блок регулирования, дроссель насыщения с обмотками управления, рабочие обмотки которого включены параллельно между собой и последовательно с вентилями силового полупроводникового выпрямителя, и два источника опорного напряжения, причем первый источник опорного напряжения через переключатель полярности соединен с первой обмоткой управления дросселя насыщения, а вторая обмотка управления дросселя насыщения подключена к подвижным контактам двухполюсного переключателя, первая пара неподвижных контактов которого соединена со вторым источником опорного напряжения, а вторая пара неподвижных контактов переключателя соединена с выходными клеммами блока регулирования, на входе которого установлен датчик сварочного тока. Первая обмотка управления дросселя насыщения служит обмоткой смещения при пологопадающих внешних характеристиках источника питания и обмоткой предварительного намагничивания при крутопадающих характеристиках. Вторая обмотка управления дросселя насыщения является управляющей при пологопадающих внешних характеристиках, а при крутопадающих характеристиках является элементом цепи обратной связи по току сварки. A power source for an arc welding with a consumable electrode (USSR author's certificate N 181212, class B 23 K 9/06, 1965) is also known from the prior art. It contains a power transformer, a control unit, a saturation inductor with control windings, the working windings of which are included in parallel with each other and in series with the valves of the power semiconductor rectifier, and two sources of reference voltage, and the first source of reference voltage through the polarity switch is connected to the first control winding Rosell saturation, and the second saturable reactor control winding is connected to the movable contacts of the bipolar switch, the first pair of fixed contacts of which is connected to a second reference voltage, and a second pair of stationary switch contacts connected to output terminals of a control unit, which is installed at the entrance of the welding current detector. The first control winding of the saturable inductor serves as a bias winding with slightly damping external characteristics of the power source and a pre-magnetization winding with steeply dipping characteristics. The second control winding of the saturation inductor is a control winding with sloping external characteristics, and with steeply falling characteristics it is an element of the feedback circuit for the welding current.

Недостаток известного способа дуговой сварки неподвижным плавящимся электродом заключается в том, что при сварке изделий большой толщины он не обеспечивает получения бездефектного сварного шва при питании сварочной дуги от известного источника питания, имеющего либо пологопадающую, либо штыковую внешнюю вольтамперную характеристику вследствие неравномерного выделения энергии при перемещении дуги относительно фронта плавления неподвижного электрода. Действительно, в процессе сварки неподвижным плавящимся электродом дуга совершает возвратно-поступательное перемещение по торцу электрода от корня шва до его верха и обратно. При этом длина дуги периодически меняется от минимального значения у корня шва до максимального значения вблизи верха шва. (Здесь следует отметить, что речь идет о сварке, при которой горение дуги происходит на распределенную сварочную ванну, так как только в этом случае можно исключить дефекты в виде пор в сварном шве). Изменение длины дуги в процессе сварки приводит к изменению напряжения на ней, а следовательно и к изменению погонной энергии, расходуемой источником питания с пологопадающей внешней характеристикой, так как с увеличением падения напряжения на дуге сварочный ток уменьшается. Если же в процессе сварки обеспечить стабилизацию величины сварочного тока, используя источник питания со штыковой внешней характеристикой, то процесс дуговой сварки неподвижным плавящимся электродом будет неустойчивым при коротких дугах, а именно вблизи корня шва. Дело в том, что при штыковых внешних характеристиках источника питания падение напряжения на короткой дуге (вблизи корня шва) может уменьшиться до нуля при неизменной величине сварочного тока. The disadvantage of this method of arc welding with a fixed melting electrode is that when welding products of large thickness, it does not provide a defect-free weld when feeding the welding arc from a known power source that has either a dipping or bayonet external current-voltage characteristic due to uneven energy release when moving the arc relative to the melting front of the stationary electrode. Indeed, in the process of welding with a fixed melting electrode, the arc makes a reciprocating movement along the end of the electrode from the root of the seam to its top and back. The length of the arc periodically varies from the minimum value at the root of the seam to the maximum value near the top of the seam. (Here it should be noted that we are talking about welding, in which the arc burns to a distributed weld pool, since only in this case it is possible to exclude defects in the form of pores in the weld). Changing the length of the arc during welding leads to a change in the voltage on it, and therefore to a change in the linear energy consumed by the power source with a damping external characteristic, since the welding current decreases with an increase in the voltage drop across the arc. If, during the welding process, stabilization of the welding current is achieved using a power source with a bayonet external characteristic, then the process of arc welding with a stationary melting electrode will be unstable with short arcs, namely, near the root of the weld. The fact is that with the bayonet external characteristics of the power source, the voltage drop in a short arc (near the root of the seam) can decrease to zero with a constant value of the welding current.

Кроме того, при дуговой сварке деталей толщиной более 20 мм неподвижным плавящимся электродом с использованием источника питания с пологопадающей или крутопадающей внешней характеристикой в сварных швах верхняя часть неподвижного электрода остается непроплавленной из-за шунтирования дуги жидкой фазой металла. Физически это связано с тем, что по мере перемещения дуги вверх по электроду давление паров и газов в дуговом канале вблизи корня шва уменьшается. В результате чего расплавленный металл в нижней части распределенной сварочной ванны подтекает под неподвижный плавящийся электрод, происходит шунтирование дуги, находящейся в верхней части сварного шва, и возбуждение дуги у корня шва. Таким образом в рабочем диапазоне сварочных токов (600-1200) А при толщинах неподвижного плавящегося электрода 2-6 мм дуга не поднимается по торцу электрода более чем на 20 мм. In addition, during arc welding of parts with a thickness of more than 20 mm by a stationary consumable electrode using a power source with a dipping or steeply dipping external characteristic in the welds, the upper part of the stationary electrode remains unmelted due to the shunting of the arc by the liquid phase of the metal. Physically, this is due to the fact that as the arc moves up the electrode, the vapor and gas pressure in the arc channel near the root of the seam decreases. As a result, the molten metal in the lower part of the distributed weld pool leaks under the stationary melting electrode, the arc located in the upper part of the weld is bypassed, and the arc is excited at the root of the weld. Thus, in the working range of welding currents (600-1200) A, when the thickness of the stationary melting electrode is 2-6 mm, the arc does not rise at the electrode end by more than 20 mm.

Известный способ не может быть использован для сварки изделий большой длины, так как в процессе сварки участок электрода между токоподводом и дугой успевает разогреться до температуры, при которой материал диэлектрического покрытия теряет электрическую прочность. В результате нарушения электрической изоляции между электродами и изделиями процесс сварки прекращается. При этом максимальная длина свариваемых изделий равна 150-250 мм. The known method cannot be used for welding products of large length, since during the welding process, the electrode section between the current lead and the arc manages to warm up to a temperature at which the dielectric coating material loses dielectric strength. As a result of a violation of the electrical insulation between the electrodes and the products, the welding process is terminated. In this case, the maximum length of the welded products is 150-250 mm.

Увеличение толщины диэлектрического покрытия плавящегося электрода позволяет, в принципе, уменьшить влияние нагрева на электрическую прочность покрытия. Однако в этом случае из-за большой разницы между объемом зазора между изделиями и объемом металла в плавящемся электроде качество шва будет низким вследствие нехватки металла. An increase in the thickness of the dielectric coating of the consumable electrode allows, in principle, to reduce the effect of heating on the electric strength of the coating. However, in this case, due to the large difference between the volume of the gap between the products and the volume of metal in the consumable electrode, the quality of the weld will be low due to a lack of metal.

Известен также источник питания для дуговой сварки с комбинированной внешней вольтамперной характеристикой (авторское свидетельство СССР N 1423313, кл. B 23 K 9/06, 1987), содержащий трансформаторно-тиристорный преобразователь энергии, датчики тока и напряжения сварки, задатчик, блок формирования сигнала обратной связи, блок формирования управляющего сигнала и блок ограничения максимального тока, причем датчики тока и напряжения сварки подключены соответственно к первому и второму входам блока формирования сигнала обратной связи, третий вход которого соединен с задатчиком, а выход через первый диод соединен с входом блока формирования управляющего сигнала, выход которого соединен с управляющим входом трансформаторно-тиристорного преобразователя энергии. Вход блока ограничения максимального тока соединен с датчиком тока, а выход через второй диод соединен с входом блока формирования управляющего сигнала. Блок формирования сигнала обратной связи выполнен в виде коммутатора с двумя входами и двумя выходами, двух идентичных узлов регулирования передаточных коэффициентов и сумматор-усилитель с четырьмя входами, выход которого является выходом блока формирования сигнала обратной связи. Входы коммутатора являются соответственно первым и вторым входами блока формирования сигнала обратной связи, при этом первый выход коммутатора соединен с первым входом сумматора усилителя, а второй выход коммутатора соединен с входом первого узла регулирования передаточных характеристик, выход которого соединен с третьим входом сумматора-усилителя. Вход второго узла регулирования передаточных характеристик является третьим входом блока формирования сигнала обратной связи и соединен со вторым входом сумматора-усилителя, четвертый вход которого соединен с выходом второго узла регулирования передаточных характеристик. Кроме того, первый и второй узлы регулирования передаточных коэффициентов снабжены средствами синхронного регулирования передаточных коэффициентов. При включении известного источника питания перед возбуждением дуги устанавливают выходную характеристику, оптимальную для возбуждения дуги (например, падающую). После возбуждения дуги вручную или автоматически по сигналам от ЭВМ устанавливают выходную характеристику источника, необходимую для конкретного технологического процесса (например, пологопадающую при сварке плавящимся электродом). В конце же сварочного цикла осуществляют переход к другой характеристике, оптимальной для окончания процесса, например, при сварке работами к возрастающей. Also known is a power source for arc welding with a combined external current-voltage characteristic (USSR author's certificate N 1423313, class B 23 K 9/06, 1987), containing a transistor-thyristor energy converter, welding current and voltage sensors, a setter, a feedback signal generating unit communication unit for generating a control signal and a unit for limiting the maximum current, wherein the current and voltage sensors of the welding are connected respectively to the first and second inputs of the feedback signal generating unit, the third input of which is connected to the master, and the output through the first diode is connected to the input of the control signal generating unit, the output of which is connected to the control input of the transformer-thyristor energy converter. The input of the maximum current limiting unit is connected to the current sensor, and the output through the second diode is connected to the input of the control signal generating unit. The feedback signal generating unit is made in the form of a switch with two inputs and two outputs, two identical nodes for regulating gear ratios and an adder-amplifier with four inputs, the output of which is the output of the feedback signal generating unit. The inputs of the switch are respectively the first and second inputs of the feedback signal generating unit, while the first output of the switch is connected to the first input of the adder of the amplifier, and the second output of the switch is connected to the input of the first node for regulating the transfer characteristics, the output of which is connected to the third input of the adder-amplifier. The input of the second control unit of the transfer characteristics is the third input of the feedback signal generating unit and is connected to the second input of the adder-amplifier, the fourth input of which is connected to the output of the second control unit of the transfer characteristics. In addition, the first and second nodes of the regulation of gear ratios are equipped with means for synchronous regulation of gear ratios. When you turn on a known power source before arc excitation, the output characteristic is set that is optimal for arc excitation (for example, incident). After arc excitation, manually or automatically by signals from a computer, the output characteristic of the source is established, which is necessary for a specific technological process (for example, dipping during welding by a consumable electrode). At the end of the welding cycle, a transition is made to another characteristic that is optimal for the end of the process, for example, when welding is increasing.

Недостаток этого источника питания заключается в том, что использование его при осуществлении известного способа дуговой сварки неподвижным плавящимся электродом не обеспечивает получения бездефектных швов при сварке изделий большой толщины, поскольку в данном источнике питания отсутствуют средства, обеспечивающие синхронизацию периодического изменения длины дуги в процессе сварки с изменением наклона выходной вольтамперной характеристики источника питания. Иными словами, отсутствует возможность синхронно с перемещением дуги по торцу электрода осуществлять изменение подводимой к дуге энергии, обеспечивающей стабильность процесса сварки. The disadvantage of this power source is that its use in the implementation of the known method of arc welding with a stationary consumable electrode does not provide defect-free seams when welding products of large thickness, since this power source does not have means that synchronize the periodic change in the length of the arc during welding with a change tilt output current-voltage characteristics of the power source. In other words, there is no possibility to synchronize with the movement of the arc along the end of the electrode to change the energy supplied to the arc, which ensures the stability of the welding process.

Цель изобретения разработать способ дуговой сварки неподвижным плавящимся электродом и источник питания для его осуществления с такой зависимостью режимных параметров питания дуги от ее длины (пространственного положения относительно торца электрода), которая обеспечила бы стабильность процесса сварки деталей большой толщины (более 20 мм) и длины, а следовательно и качество сварочного соединения. При этом конструктивное выполнение источника питания обеспечило бы синхронное с перемещением дуги по торцу электрода изменение режимных параметров питания дуги. The purpose of the invention is to develop a method of arc welding with a fixed consumable electrode and a power source for its implementation with such a dependence of the operating parameters of the arc power on its length (spatial position relative to the end of the electrode), which would ensure the stability of the welding process of parts of large thickness (more than 20 mm) and length, and consequently the quality of the weld joint. At the same time, the constructive implementation of the power source would ensure a change in the operating parameters of the arc power synchronous with the movement of the arc along the end of the electrode.

Цель достигается тем, что в способе дуговой сварки, включающем установку в зазоре между свариваемыми изделиями плавящегося электрода, выполненного в виде пластины с нанесенным на обе ее противоположные поверхности диэлектрическим покрытием, подключение электрода и изделий к различным полюсам источника питания, зажигание дуги между торцом электрода, обращенным к корню шва, и изделиями и сварку, согласно изобретению, питание сварочной дуги осуществляют от источника питания с комбинированной выходной вольтамперной характеристикой, причем зажигают сварочную дугу на пологопадающем участке выходной характеристики источника питания с последующим переходом в диапазоне номинальных сварочных токов на крутопадающий участок выходной характеристики, а при удалении дуги от корня шва на расстояние, большее 15-20 мм, сварку ведут на пологовозрастающем участке выходной характеристики источника питания. The goal is achieved by the fact that in the method of arc welding, including installing in the gap between the products to be welded, a melting electrode made in the form of a plate with a dielectric coating deposited on both its opposite surfaces, connecting the electrode and products to different poles of the power source, igniting the arc between the end of the electrode, facing the root of the seam, and products and welding, according to the invention, the welding arc is supplied from a power source with a combined output current-voltage characteristic, they light a welding arc in a dipping section of the output characteristic of the power source with a subsequent transition in the range of nominal welding currents to a steeply falling section of the output characteristic, and when the arc is removed from the root of the seam to a distance greater than 15-20 mm, welding is carried out in a half-growing section of the output characteristic of the power source .

Выгодно в процессе перемещения дуги относительно фронта плавления электрода плавно или ступенчато изменять наклон пологопадающего и пологовозрастающего участков выходной характеристики источника питания. Целесообразно плавящийся электрод подключать к соответствующему полюсу источника питания в нескольких точках, расположенных на одинаковом расстоянии l друг от друга по длине электрода, при этом l должно удовлетворять условию:
l ≅ V_св•τ
где V_св скорость сварки, м/с;
τ время, необходимое для нагрева сварочным током материала плавящегося электрода до заданной предельной температуры, с.In the process of moving the arc relative to the melting front of the electrode, it is advantageous to smoothly or stepwise change the slope of the dipping and growing regions of the output characteristic of the power source. It is advisable to connect the melting electrode to the corresponding pole of the power source at several points located at the same distance l from each other along the length of the electrode, while l must satisfy the condition:
l ≅ V _St. • τ
where V _St. welding speed, m / s;
τ the time required for heating the material of the consumable electrode with a welding current to a predetermined limit temperature, s.

Ширину же плавящегося электрода выбирают из условия:

где h ширина плавящегося электрода, м;
H толщина свариваемых изделий, м;
Δ толщина диэлектрического покрытия, м;
d толщина плавящегося электрода, м.The width of the melting electrode is selected from the condition:

where h is the width of the consumable electrode, m;
H is the thickness of the welded products, m;
Δ thickness of the dielectric coating, m;
d the thickness of the consumable electrode, m

Цель достигается тем, что источник питания для дуговой сварки, содержащий управляемый транформаторно-тиристорный преобразователь энергии, датчики тока и напряжения сварки, управляемый блок формирования сигнала обратной связи, блок формирования управляющего сигнала и задатчик, причем датчики тока и напряжения сварки и задатчик подключены соответственно к первому, второму и третьему входам управляемого блока формирования сигнала обратной связи, а выход блока формирования управляющего сигнала соединен с управляющим входом преобразователя энергии, согласно изобретению, дополнительно содержит многоканальный амплитудный дискриминатор, вход которого соединен с датчиком напряжения сварки, а каждый его выход соединен с соответствующим управляющим входом блока формирования сигнала обратной связи, выход которого соединен с входом блока формирования управляющего сигнала. The goal is achieved in that the power source for arc welding, containing a controlled transistor-thyristor energy converter, current and voltage sensors of welding, a controlled feedback signal generating unit, a control signal generating unit and a setter, the welding current and voltage sensors and the setter being connected respectively to the first, second and third inputs of the controlled feedback signal generating unit, and the output of the control signal generating unit is connected to the control input of the transform The energy generator according to the invention further comprises a multi-channel amplitude discriminator, the input of which is connected to the welding voltage sensor, and each of its outputs is connected to the corresponding control input of the feedback signal generating unit, the output of which is connected to the input of the control signal generating unit.

В предпочтительном варианте амплитудный дискриминатор выполнен двухканальным, а управляемый блок формирования сигнала обратной связи выполнен в виде трех усилителей с регулируемым коэффициентом усиления, двух вычитающих каскадов, первого нормально-разомкнутого управляемого ключа и второго нормально-замкнутого управляемого ключа, причем вход первого усилителя, соединенные между собой входы второго и третьего усилителей и неинвертирующий вход первого вычитающего каскада являются соответственно первым, вторым и третьим входами управляемого блока формирования сигнала обратной связи, выходом которого является выход второго вычитающего каскада, а управляющими входами управляющие входы первого и второго ключей, выходы которых соединены с инвертирующим входом второго вычитающего каскада, неинвертирующий вход которого соединен с выходом первого усилителя, выход второго усилителя соединен с входом первого управляемого ключа, а выход третьего усилителя с инвертирующим входом первого вычитающего каскада, выход которого соединен с входом второго управляемого ключа. In a preferred embodiment, the amplitude discriminator is made of two channels, and the controlled feedback signal generating unit is made in the form of three amplifiers with adjustable gain, two subtracting stages, the first normally open controlled key and the second normally closed controlled key, the input of the first amplifier connected between the inputs of the second and third amplifiers and the non-inverting input of the first subtracting stage are respectively the first, second and third inputs of the control a feedback feedback signal generating unit, the output of which is the output of the second subtracting stage, and the control inputs are the control inputs of the first and second keys, the outputs of which are connected to the inverting input of the second subtracting stage, the non-inverting input of which is connected to the output of the first amplifier, the output of the second amplifier is connected to the input the first managed key, and the output of the third amplifier with an inverting input of the first subtracting stage, the output of which is connected to the input of the second managed key.

Предложенный способ дуговой сварки неподвижным плавящимся электродом обеспечивает получение бездефектного сварного шва при сварке деталей большой толщины за счет того, что при перемещении дуги по участку торца неподвижного электрода, примыкающего к корню шва, питание дуги осуществляется от источника с пологопадающей внешней характеристикой, т.е. в режиме, обеспечивающем устойчивость процесса дуговой сварки при коротких дугах. При повышении напряжения дуги до заданной величины (зависящей от параметров свариваемых деталей) изменяется и режим ее питания: при дальнейшем перемещении дуги вверх ток дуги поддерживается постоянным. Это обеспечивает увеличение подводимой к дуге электрической мощности при монотонном увеличении ее длины. При повышении напряжения дуги выше заданного значения, что соответствует расстоянию от корня шва до дуги порядка 15-20 мм, режим питания дуги опять изменяется. Теперь он соответствует режиму питания дуги от источника с возрастающей внешней вольтамперной характеристикой, что обеспечивает поддержание давления газовой среды в дуговом канале вблизи корня шва на уровне, исключающем шунтирование длинной дуги расплавленным металлом. The proposed method of arc welding with a stationary consumable electrode provides a defect-free weld when welding parts of large thickness due to the fact that when moving the arc along the portion of the end of the stationary electrode adjacent to the root of the seam, the arc is supplied from a source with a dipping external characteristic, i.e. in a mode that ensures the stability of the arc welding process with short arcs. When the arc voltage is increased to a predetermined value (depending on the parameters of the parts being welded), the mode of its supply also changes: as the arc moves further upward, the arc current is kept constant. This provides an increase in the electric power supplied to the arc with a monotonic increase in its length. When the arc voltage rises above a predetermined value, which corresponds to a distance of about 15–20 mm from the root of the seam to the arc, the arc power mode changes again. Now it corresponds to the mode of arc supply from a source with an increasing external current-voltage characteristic, which ensures that the pressure of the gaseous medium in the arc channel near the root of the seam is at a level that excludes shunting of the long arc by molten metal.

При этом предлагаемый источник питания с комбинированной внешней характеристикой (пологопадающей в диапазоне низких напряжений и повышенных токов, крутопадающей (штыковой) в диапазоне рабочих токов и возрастающей в диапазоне высоких напряжений и повышенных токов) позволяет использовать падение напряжения на дуге в качестве параметра, характеризующего мгновенное пространственное положение дуги, и осуществлять синхронно с перемещением дуги по торцу электрода изменение выходной характеристики, а следовательно и подводимой к ней энергии, обеспечивающей стабильность процесса сварки и высокое качество сварного шва. Moreover, the proposed power source with a combined external characteristic (sloping in the low voltage and high current range, steeply (bayonet) in the working current range and increasing in the high voltage and high current range) allows you to use the voltage drop across the arc as a parameter characterizing the instantaneous spatial the position of the arc, and simultaneously with the movement of the arc along the end of the electrode, carry out a change in the output characteristic, and therefore the energy supplied to it and ensuring stability of the welding process and high quality of the weld.

Подключение неподвижного плавящегося электрода к соответствующему полюсу источника питания в нескольких точках, расположенных на определенном расстоянии друг от друга по длине электрода, позволяет снизить температуру разогрева электрода током сварки за счет шунтирования электрода токоподводами. Это обеспечивает получение бездефектного шва при сварке деталей большой длины. Connecting a fixed melting electrode to the corresponding pole of the power source at several points located at a certain distance from each other along the length of the electrode allows to reduce the temperature of the electrode heating by the welding current due to shunting of the electrode by current leads. This ensures a defect-free weld when welding parts of large length.

Выполнение же неподвижного плавящегося электрода высотой большей, чем толщина свариваемых изделий, позволяет избежать дефектов, вызванных нехваткой металла электрода. The implementation of a stationary melting electrode with a height greater than the thickness of the welded products, avoids defects caused by the lack of metal electrode.

На фиг.1 приведена схема осуществления предполагаемого способа; на фиг.2 блок-схема источника питания для дуговой сварки неподвижным плавящимся электродом; на фиг.3 блок-схема двухканального амплитудного дискриминатора; на фиг. 4 функциональная схема управляемого блока формирования сигнала обратной связи; на фиг.5 внешняя статическая вольтамперная характеристика источника питания; на фиг. 6 зависимость профиля оплавления неподвижного электрода в зависимости от внешней характеристики источника питания. Figure 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method; figure 2 is a block diagram of a power source for arc welding with a stationary consumable electrode; figure 3 is a block diagram of a two-channel amplitude discriminator; in FIG. 4 is a functional diagram of a controlled feedback signal generating unit; figure 5 external static current-voltage characteristic of the power source; in FIG. 6 the dependence of the fusion profile of a stationary electrode depending on the external characteristics of the power source.

Соединяемые изделия 1 и 2 толщиной Н (фиг.1) расположены с зазором друг относительно друга. В зазоре между соединяемыми изделиями 1 и 2 установлен плавящийся электрод 3 толщиной -δ, на обе противоположные поверхности которого нанесены диэлектрические покрытия 4 толщиной -Δ. Снизу к изделиям 1 и 2 прижата подкладка 5. Неподвижный плавящийся электрод 3 снабжен токоподводами 6, расположенными на одинаковом расстоянии l друг от друга по всей его длине, а изделия 1 и 2 электрически соединены между собой. При этом изделия 1 и 2 подсоединены к одному полюсу источника питания, а электрод 3 к другому, как показано на чертеже. Кроме того на фиг.1 показаны электрическая дуга 7 и расплавленный металл 8. The connected products 1 and 2 of thickness H (Fig. 1) are located with a gap relative to each other. In the gap between the connected products 1 and 2, a melting electrode 3 of thickness -δ is installed, on both opposite surfaces of which dielectric coatings 4 of thickness -Δ are applied. The lining 5 is pressed down to the products 1 and 2. The fixed melting electrode 3 is provided with current leads 6 located at the same distance l from each other along its entire length, and the products 1 and 2 are electrically interconnected. In this case, the products 1 and 2 are connected to one pole of the power source, and the electrode 3 to the other, as shown in the drawing. In addition, figure 1 shows an electric arc 7 and molten metal 8.

Источник питания для дуговой сварки неподвижным плавящимся электродом содержит управляемый трансформаторно-тиристорный преобразователь 9 энергии, датчик 10 тока, датчик 11 напряжения, линейный дроссель 12, выходные клеммы 13, блок 14 формирования управляющего сигнала, управляемый блок 15 формирования сигнала обратной связи, амплитудный дискриминатор 16 и задатчик 17. The power source for arc welding with a fixed melting electrode contains a controlled transformer-thyristor energy converter 9, a current sensor 10, a voltage sensor 11, a linear inductor 12, output terminals 13, a control signal generating unit 14, a controlled feedback signal generating unit 15, an amplitude discriminator 16 and setpoint 17.

Управляемый трансформаторно-тиристорный преобразователь 9 энергии содержит трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками, подключенные к силовым тиристорам, при этом выход преобразователя 9 энергии, вход датчика 10 тока и линейный дроссель 12 соединены последовательно и подключены к выходным клеммам 13, параллельно которым подключен вход датчика 11 напряжения. Вход 18 синхронизации блока 14 формирования управляющего сигнала соединен с сетевым входом преобразователя 9 энергии, управляющий вход которого соединен с выходом блока 14. Первый вход 19 управляемого блока 15 формирования сигнала обратной связи соединен с выходом датчика 10 тока, второй вход 20 с выходом датчика 11 напряжения, третий вход 21 с выходом задатчика 17. Выход датчика 11 напряжения соединен также с входом 22 двухканального амплитудного дискриминатора 16, выходы 23 и 24 которого подключены соответственно к управляющим входам 25 и 26 управляемого блока 15 формирования сигнала обратной связи, выход 27 которого соединен с входом блока 14 формирования управляющего сигнала. The controlled transistor-thyristor energy converter 9 contains a transformer with one primary and two secondary windings connected to power thyristors, while the output of the energy converter 9, the input of the current sensor 10 and the linear inductor 12 are connected in series and connected to the output terminals 13, in parallel to which the input is connected voltage sensor 11. The synchronization input 18 of the control signal generating unit 14 is connected to the network input of the energy converter 9, the control input of which is connected to the output of the unit 14. The first input 19 of the controlled feedback signal generating unit 15 is connected to the output of the current sensor 10, and the second input 20 to the output of the voltage sensor 11 , the third input 21 with the output of the master 17. The output of the voltage sensor 11 is also connected to the input 22 of the two-channel amplitude discriminator 16, the outputs 23 and 24 of which are connected to the control inputs 25 and 26, respectively of the forming unit 15 the feedback signal, whose output 27 is connected to an input unit 14 forming the control signal.

Двухканальный амплитудный дискриминатор 16 (фиг.3) включает первый регулируемый источник 28 напряжения, второй регулируемый источник 29 напряжения, компаратор 30 нижнего уровня и компаратор 31 верхнего уровня, при этом выход первого регулируемого источника 28 напряжения соединен с первым входом компаратора 30 нижнего уровня, выход второго регулируемого источника 29 напряжения соединен с первым входом компаратора 31 верхнего уровня, вторые входы компараторов 30 и 31 соединены с входом 22 дискриминатора 16. Выход компаратора 30 и выход компаратора 31 являются соответственно выходами 23 и 24 двухканального амплитудного дискриминатора 16. Здесь следует отметить, что число каналов амплитудного дискриминатора 16 зависит от числа точек перегиба (числа участков с различным наклоном) на выходной вольтамперной характеристике источника питания, а число точек перегиба зависит от целого ряда факторов, а именно: от номенклатуры соединяемых деталей, вида соединения, материала деталей, электрода и покрытия и т.п. Блок-схема многоканального амплитудного дискриминатора является хорошо известной из технической литературы (Физический энциклопедический словарь, 1960, т.1, М. Советская энциклопедия, с. 54). The two-channel amplitude discriminator 16 (Fig. 3) includes a first adjustable voltage source 28, a second adjustable voltage source 29, a lower level comparator 30 and a high level comparator 31, while the output of the first adjustable voltage source 28 is connected to the first input of the lower level comparator 30, the output the second regulated voltage source 29 is connected to the first input of the upper level comparator 31, the second inputs of the comparators 30 and 31 are connected to the input 22 of the discriminator 16. The output of the comparator 30 and the output of the comparator 31 jav respectively, the outputs of the two-channel amplitude discriminator 16. Here it should be noted that the number of channels of the amplitude discriminator 16 depends on the number of inflection points (the number of sections with different slopes) on the output current-voltage characteristic of the power source, and the number of inflection points depends on a number of factors, namely, from the nomenclature of the parts to be connected, the type of connection, the material of the parts, the electrode and coating, etc. The block diagram of a multi-channel amplitude discriminator is well known from the technical literature (Physical Encyclopedic Dictionary, 1960, v. 1, M. Soviet Encyclopedia, p. 54).

Управляемый блок 15 (фиг.4) формирования сигнала обратной связи содержит первый 32, второй 33 и третий 34 усилители с регулируемым коэффициентом усиления, первый 35 и второй 36 вычитающие каскады, первый нормально-разомкнутый управляемый ключ 37 и второй нормально-замкнутый управляемый ключ 38. Вход первого усилителя 32 с регулируемым коэффициентом усиления соединен с первым входом 19 управляемого блока 15 формирования сигнала обратной связи, входы второго 33 и третьего 34 усилителей с регулируемым коэффициентом усиления соединены между собой и подключены ко второму входу 20 блока 15, а неинвертирующий вход первого вычитающего каскада 35 соединен с третьим входом 21 блока 15. Выход первого усилителя 32 с регулируемым коэффициентом усиления соединен с неинвертирующим входом второго вычитающего каскада 36, выход которого соединен с выходом 27 блока 15. Выход второго усилителя 33 с регулируемым коэффициентом усиления соединен с входом первого управляемого ключа 37, а выход третьего усилителя 34 соединен с инвертирующим входом первого вычитающего каскада 35, выход которого соединен с входом второго управляемого ключа 38, управляющий вход которого соединен с управляющим входом 25 блока 15. Управляющий вход 26 блока 15 соединен с управляющим входом ключа 37, при этом выходы ключей 37 и 38 соединены с инвертирующим входом второго вычитающего каскада 36. The controlled feedback signal generation block 15 (Fig. 4) contains the first 32, second 33 and third 34 amplifiers with adjustable gain, the first 35 and second 36 subtracting stages, the first normally open controlled key 37 and the second normally closed controlled key 38 The input of the first variable gain amplifier 32 is connected to the first input 19 of the controlled feedback signal generating unit 15, the inputs of the second and third variable gain amplifiers 34 and 34 are interconnected and sub are directed to the second input 20 of block 15, and the non-inverting input of the first subtracting stage 35 is connected to the third input 21 of block 15. The output of the first amplifier 32 with adjustable gain is connected to the non-inverting input of the second subtracting stage 36, the output of which is connected to the output 27 of block 15. Output the second amplifier 33 with an adjustable gain is connected to the input of the first controlled key 37, and the output of the third amplifier 34 is connected to the inverting input of the first subtracting stage 35, the output of which is connected to the input of the second controllable switch 38, a control input coupled to the control input 15. The control unit 25, input unit 26, 15 is connected to the control input of switch 37, which outputs are keys 37 and 38 are connected to the inverting input of the second subtractor stage 36.

Внешняя статическая вольтамперная характеристика источника питания (фиг. 5) содержит участок 39 пологопадающей характеристики, участок 40 крутопадающей (штыковой) характеристики и участок 41 возрастающей характеристики. Эта характеристика является оптимальной для сварки изделий большой толщины (более 20 мм) неподвижным плавящимся электродом в случае линейных швов. The external static current-voltage characteristic of the power source (Fig. 5) contains a sloping characteristic section 39, a steeply falling (bayonet) section 40 and an increasing characteristic section 41. This characteristic is optimal for welding products of large thickness (more than 20 mm) with a stationary melting electrode in the case of linear welds.

Зависимость профиля оплавления неподвижного плавящегося электрода 3 от вида внешней вольтамперной характеристики источника питания представлена на фиг. 6, где 42 и 43 профили оплавления электрода 3 при различных пологопадающих внешних характеристиках источника питания, 44 профиль оплавления электрода 3 при питании дуги от источника с комбинированной внешней характеристикой: штыковой в диапазоне рабочих токов и пологопадающей в диапазоне низких напряжений и повышенных токов, 45 профиль оплавления электрода 3 при питании дуги от предложенного источника питания. The dependence of the fusion profile of the stationary consumable electrode 3 on the type of external current-voltage characteristics of the power source is shown in FIG. 6, where 42 and 43 are the fusion profiles of the electrode 3 at various slightly dipping external characteristics of the power source, 44 are the fusion profiles of the electrode 3 when feeding the arc from a source with a combined external characteristic: bayonet in the range of operating currents and dipping in the range of low voltages and high currents, 45 profile reflow of the electrode 3 when feeding the arc from the proposed power source.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Соединяемые изделия 1 и 2 устанавливают с зазором друг относительно друга. В зазоре размещают плавящийся электрод 3. Для исключения возникновения дуги между боковыми поверхностями электрода 3 и изделиями 1 и 2 на боковые поверхности электрода 3 наносят диэлектрические покрытия 4. Плавящийся электрод 3 имеет, как правило, толщину d (2-6) мм, а в качестве диэлектрического покрытия используют: мелко помолотый флюс толщиной (0,8-1,2) мм, флюсовую ленту толщиной (0,2-0,3) мм или фторопластовую ленту толщиной (0,25-0,3) мм. Для полного заполнения стыка свариваемых деталей металлом необходимо, чтобы ширина h неподвижного плавящегося электрода 3 была больше толщины Н свариваемых изделий. При этом должно выполняться следующее условие:

где Δ толщина диэлектрических покрытий, d толщина электрода 3.The connected products 1 and 2 are installed with a gap relative to each other. In the gap, a melting electrode 3 is placed. To exclude the appearance of an arc between the side surfaces of the electrode 3 and products 1 and 2, dielectric coatings 4 are applied to the side surfaces of the electrode 3. The melting electrode 3 has, as a rule, a thickness d (2-6) mm, and as a dielectric coating use: finely ground flux with a thickness of (0.8-1.2) mm, flux tape with a thickness of (0.2-0.3) mm or a fluoroplastic tape with a thickness of (0.25-0.3) mm. To completely fill the joint of welded parts with metal, it is necessary that the width h of the stationary melting electrode 3 be greater than the thickness H of the welded products. In this case, the following condition must be fulfilled:

where Δ is the thickness of the dielectric coatings, d is the thickness of the electrode 3.

После установки подкладки 5 осуществляют подключение электрода 3 и электрически соединенных между собой изделий 1 и 2 к клеммам 13 источника питания, при этом электрод 3 подсоединяют к одному полюсу источника, а изделия 1 и 2 к другому полюсу. After installing the lining 5, the electrode 3 and the products 1 and 2 electrically interconnected are connected to the terminals 13 of the power source, while the electrode 3 is connected to one pole of the source, and the products 1 and 2 to the other pole.

Вдоль всей длины электрода 3 на одинаковом расстоянии l друг от друга размещают токоподводы 6, причем l должно удовлетворять соотношению l ≅ V_св•τ, где V_св скорость сварки, τ время, необходимое для нагрева сварочным током материала электрода 3 до заданной предельной температуры, зависящей от материала диэлектрических покрытий 4. Здесь следует отметить, что поскольку скорость сварки в способе с неподвижным плавящимся электродом велика, поэтому тепло сварочной дуги не влияет на тепловое состояние электрода 3.Current leads 6 are placed along the entire length of the electrode 3 at the same distance l from each other, and l must satisfy the relation l ≅ V _sv • τ, where V _{sv is} the welding speed, τ is the time required to heat the material of the electrode 3 with the welding current to the specified temperature limit, depending on the material of the dielectric coatings 4. It should be noted here that since the welding speed in the method with a stationary melting electrode is high, therefore, the heat of the welding arc does not affect the thermal state of the electrode 3.

Далее в зависимости от толщины и теплофизических свойств материала свариваемых изделий устанавливают значения коэффициентов передачи усилителей 32, 33 и 34 таким образом, чтобы для изделий толщиной 6-12 мм из аустенитной стали, низколегированной и малоуглеродистой стали наклон участка 39 выходной характеристики источника был равен: (0,05-0,1) В/А, а наклон участка 41 был равен (0,09-0,12) В/А. Для деталей толщиной (12-20) мм наклон участка 39 выходной характеристики должен быть равен: (0,07-0,08) В/А, а участка 41: (0,07-0,09) В/А. Для более толстых деталей (20-30) мм наклон участка 39 должен быть равен: (0,05-0,07) В/А, а участка 41: (0,07-0,09) В/А. При толщинах более 30 мм наклоны участков 39 и 41 выходной характеристики источника соответственно равны: ±(0,05-0,07) В/А. Затем регулировкой выходного напряжения регулируемых источников напряжения 28 и 29 устанавливают значения напряжений на дуге, при которых должен осуществляться переход с одного участка выходной характеристики на другой, при этом величина U₁ слабо зависит от толщины свариваемых деталей и лежит в диапазоне 20-25 В. Величина же U₂ с ростом толщины свариваемых деталей монотонно уменьшается: с 40 В при толщине деталей 6-12 мм до 32 В при толщине деталей 20-30 мм. Величину сварочного тока I_o устанавливают в диапазоне 750-900 А.Next, depending on the thickness and thermophysical properties of the material of the welded products, the transmission coefficients of the amplifiers 32, 33 and 34 are set so that for products 6-12 mm thick made of austenitic steel, low alloy and low carbon steel, the slope of section 39 of the source output characteristic was equal to: ( 0.05-0.1) B / A, and the slope of section 41 was equal to (0.09-0.12) B / A. For parts with a thickness of (12-20) mm, the slope of section 39 of the output characteristic should be equal to: (0.07-0.08) V / A, and section 41: (0.07-0.09) V / A. For thicker parts (20-30) mm, the slope of section 39 should be equal to: (0.05-0.07) V / A, and section 41: (0.07-0.09) V / A. With thicknesses greater than 30 mm, the slopes of sections 39 and 41 of the output characteristic of the source are respectively equal to ± (0.05-0.07) V / A. Then, by adjusting the output voltage of the regulated voltage sources 28 and 29, the voltage values on the arc are set at which the transition from one section of the output characteristic to another should be carried out, while the value of U ₁ weakly depends on the thickness of the parts being welded and lies in the range of 20-25 V. U _2, with an increase in the thickness of the parts to be welded, monotonously decreases: from 40 V for parts 6-12 mm thick to 32 V for parts 20-30 mm thick. The value of the welding current I _o set in the range of 750-900 A.

Процесс сварки изделий 1 и 2 начинают с возбуждения электрической дуги между нижней поверхностью электрода 3 и изделиями 1 и 2. Для этого между изолированным электродом 3 и изделиями 1 и 2 устанавливают, например, металлическую перегораемую вставку и включают источник питания, который работает следующим образом. The welding process of products 1 and 2 begins with the excitation of an electric arc between the lower surface of the electrode 3 and products 1 and 2. For this, between the insulated electrode 3 and products 1 and 2, for example, a metal burnable insert is installed and a power source is turned on, which operates as follows.

Управляемый трансформаторно-тиристорный преобразователь 9 энергии преобразует энергию электрической сети в сварочное напряжение и ток, величина которых зависит от сигналов, подаваемых на его управляющий вход с выхода блока 14 формирования управляющего сигнала. На вход блока 14 формирования управляющего сигнала с выхода 27 управляемого блока 15 формирования сигнала обратной связи подается сигнал разности сигнала обратной связи по току и сигнала обратной связи по напряжению. Глубина обратной связи по току регулируется путем изменения коэффициента усиления усилителя 32. Глубина обратной связи по напряжению регулируется путем изменения коэффициентов усиления усилителей 33 и 34 и выходного напряжения задатчика 17. Вид же обратной связи (по току или по току и напряжению) зависит от того, в каком положении находятся управляемый нормально-замкнутый ключ 38 и управляемый нормально-разомкнутый ключ 37. Управление ключами 37 и 38 осуществляется по сигналам, поступающим на управляющие входы 25 и 26 управляемого блока 15 формирования сигнала обратной связи соответственно с выходов 23 и 24 двухканального амплитудного дискриминатора 16, который содержит компаратор 30 нижнего уровня и компаратор 31 верхнего уровня напряжения, подаваемого на его вход 22 с выхода датчика напряжения 11. A controlled transformer-thyristor energy converter 9 converts the energy of the electric network into welding voltage and current, the value of which depends on the signals supplied to its control input from the output of the control signal generating unit 14. To the input of the control signal generating unit 14 from the output 27 of the controlled feedback signal generating unit 15, a difference signal of the current feedback signal and the voltage feedback signal is supplied. The current feedback depth is adjusted by changing the gain of the amplifier 32. The voltage feedback depth is adjusted by changing the amplification factors of the amplifiers 33 and 34 and the output voltage of the setter 17. The type of feedback (current or current and voltage and voltage) depends on in what position are the controlled normally-closed key 38 and the controlled normally-open key 37. The keys 37 and 38 are controlled by the signals received at the control inputs 25 and 26 of the controlled block 15 formed anija feedback signal respectively to the outputs 23 and 24 of the two-channel amplitude discriminator 16, which includes a comparator 30, and the lower level comparator 31 of upper voltage level supplied to its input 22 from voltage sensor 11 output.

При зажигании электрической дуги она имеет минимальную длину, а следовательно напряжение на выходе датчика 11 напряжения будет много меньше U₁ и на выходе 23 компаратора 30 нижнего уровня и выходе 24 компаратора 31 верхнего уровня сигналы будут равны нулю. Следовательно, управляемый ключ 38 будет находиться в замкнутом положении, а управляемый ключ 37 в разомкнутом положении, а на выходе 27 управляемого блока 15 формирования сигнала обратной связи будет иметь место первый комплексный сигнал обратной связи по току и напряжению:

где

комплексный сигнал обратной связи, соответствующий участку 39 выходной характеристики источника питания;
U_т сигнал на выходе датчика 10 тока;
U_з сигнал на выходе задатчика 17;
U_н сигнал на выходе датчика 11 напряжения;
K₁ коэффициент передачи усилителя 32;
K₃ коэффициент передачи усилителя 34.When igniting an electric arc, it has a minimum length, and therefore the voltage at the output of the voltage sensor 11 will be much less than U ₁ and at the output 23 of the lower level comparator 30 and the output 24 of the upper level comparator 31, the signals will be zero. Therefore, the controlled key 38 will be in the closed position, and the controlled key 37 in the open position, and at the output 27 of the controlled feedback signal generating unit 15, the first complex feedback signal for current and voltage will take place:

Where

a complex feedback signal corresponding to section 39 of the output characteristic of the power source;
U _t signal at the output of the current sensor 10;
U _{s the} signal at the output of the setter 17;
U _{n the} output signal of the voltage sensor 11;
K _{1 the} gain of the amplifier 32;
K ₃ gain of the amplifier 34.

Из (1) следует, что чем меньше напряжение U_н, тем глубже величина обратной связи по напряжению, так как большая величина вычитается из сигнала обратной связи по току K₁U_т. Иными словами, чем меньше напряжение на дуге, тем больше угол открытия тиристоров в преобразователе 9 энергии, а следовательно и ток электрической дуги. Поэтому при пуске предложенного источника питания величина выходного тока будет значительно превышать ток уставки (I_o), в результате металлическая вставка между электродом и деталями практически мгновенно (≈ 10^-2 с) испарится, а между нижней поверхностью электрода 3 и деталями 1 и 2 возникнет электрическая дуга. Расплавленный металл с электрода 3 переносится вниз, образуя распределенную сварочную ванну 8, удерживаемую от вытекания из стыка с помощью подкладки 5. Замыкания жидкой фазы и нижнего конца электрода 3 не происходит из-за наличия давления паров в дуговом канале, которое пропорционально квадрату сварочного тока.From (1) it follows that the lower the voltage U _n , the deeper the voltage feedback value, since a large value is subtracted from the current feedback signal K ₁ U _t . In other words, the smaller the voltage across the arc, the larger the opening angle of the thyristors in the energy converter 9, and therefore the current of the electric arc. Therefore, when starting the proposed power source, the output current will significantly exceed the set current (I _o ), as a result, the metal insert between the electrode and parts almost instantly (≈ 10 ^-2 s) evaporates, and between the lower surface of the electrode 3 and parts 1 and 2 arise electric arc. The molten metal from the electrode 3 is transferred downward, forming a distributed weld pool 8, which is kept from flowing out from the butt with the help of the backing 5. The closure of the liquid phase and the lower end of the electrode 3 does not occur due to the vapor pressure in the arc channel, which is proportional to the square of the welding current.

По мере расплавления электрода происходит перемещение дуги 7 вверх по торцу электрода 3, при этом горение дуги 7 происходит на распределенную сварочную ванну 8. При перемещении дуги вверх от корня шва происходит увеличение ее длины, а следовательно и увеличение падения напряжения на ней. В момент времени, когда напряжение на дуге превысит величину U₁, на выходе 23 компаратора 30 нижнего уровня появится сигнал, под действием которого управляемый ключ 38 разомкнется и на выходе 27 управляемого блока 15 формирования сигнала обратной связи будет иметь место сигнал обратной связи по току:
U_ос= U $\binom{т}{ос}$ = K₁U_т (2)
В результате жесткой обратной связи по току на выходе источника питания поддерживается неизменным величина сварочного тока (участок 40 выходной характеристики).As the electrode melts, the arc 7 moves upward along the end of the electrode 3, while the arc 7 burns to the distributed weld pool 8. When the arc moves upward from the root of the seam, its length increases and, consequently, the voltage drop across it increases. At the time when the arc voltage exceeds U ₁ , a signal appears at the output 23 of the lower level comparator 30, under the influence of which the controlled key 38 opens and the current feedback signal takes place at the output 27 of the controlled feedback signal generating unit 15:
U _OS = U $\binom{t}{os}$ = K ₁ U _t (2)
As a result of tight current feedback at the output of the power source, the magnitude of the welding current is maintained unchanged (portion 40 of the output characteristic).

При дальнейшем перемещении электрической дуги по торцу электрода ее длина продолжает увеличиваться, а следовательно увеличивается и падение напряжения на ней. В момент времени, когда напряжение на дуге превысит величину U₂, на выходе 24 компаратора 31 верхнего уровня появится сигнал, под действием которого сработает управляемый ключ 37, а на выходе 27 управляемого блока 15 формирования сигнала обратной связи будет иметь место второй комплексный сигнал обратной связи по току и напряжению:

где

комплексный сигнал обратной связи, соответствующий участку 41 выходной характеристики источника питания;
U_т сигнал на выходе датчика 10 тока;
U_н сигнал на выходе датчика 11 напряжения;
K₁ коэффициент передачи усилителя 32;
K₂ коэффициент передачи усилителя 33.With further movement of the electric arc along the end of the electrode, its length continues to increase, and therefore the voltage drop across it also increases. At a point in time when the arc voltage exceeds U ₂ , a signal will appear at the output 24 of the upper level comparator 31, under the action of which the controlled key 37 will work, and the second complex feedback signal will take place at the output 27 of the controlled feedback signal generating unit 15 current and voltage:

Where

a complex feedback signal corresponding to section 41 of the output characteristic of the power source;
U _t signal at the output of the current sensor 10;
U _{n the} output signal of the voltage sensor 11;
K _{1 the} gain of the amplifier 32;
K _{2 the} gain of the amplifier 33.

Из (3) следует, что чем больше напряжение U_н, тем глубже величина обратной связи по напряжению, а значит больше угол открытия силовых тиристоров в преобразователе 9 энергии, а следовательно ток электрической дуги. Загиб верхнего участка 41 выходной характеристики обусловлен ограничением по мощности преобразователя 9 энергии.From (3) it follows that the greater the voltage U _n , the deeper the feedback voltage, and therefore the greater the opening angle of the power thyristors in the energy converter 9, and therefore the current of the electric arc. The bend of the upper portion 41 of the output characteristic is due to the power limit of the energy converter 9.

Наличие возрастающего участка 41 на выходной характеристике источника питания обеспечивает поддержание величины давления газовой среды в дуговом канале вблизи корня шва на уровне, достаточном для удержания жидкой фазы. Иными словами позволяет за счет увеличения тока дуги исключить подтекание жидкой фазы под электрод, приводящее к шунтированию дуги, находящейся вверху шва. The presence of an increasing section 41 at the output characteristic of the power source ensures that the pressure of the gaseous medium in the arc channel near the root of the seam is maintained at a level sufficient to hold the liquid phase. In other words, due to the increase in the arc current, it is possible to exclude leakage of the liquid phase under the electrode, which leads to shunting of the arc located at the top of the seam.

В источнике питания для дуговой сварки неподвижным плавящимся электродом целесообразно использовать в выходной цепи линейный дроссель 12, так как, если период пульсации мгновенной мощности источника будет больше 10^-3 с, то на время пульсации будет происходить остановка движения дуги, в результате чего плавление электрода и перенос металла в сварочную ванну будет происходить неравномерно. Неравномерное плавление электрода является причиной дефектов сварного шва.It is advisable to use a linear inductor 12 in the power supply for arc welding with a stationary consumable electrode, since if the ripple period of the instantaneous power of the source is more than 10 ^-3 s, the arc motion will stop for the duration of the pulsation, as a result of which the electrode melts and metal transfer to the weld pool will occur unevenly. Uneven melting of the electrode causes defects in the weld.

Благодаря предложенному подключению электрода 3 к соответствующему полюсу источника питания (фиг. 1) сварочный ток в основном будет течь через ближайший к дуге токоподвод 6, так как остальная часть электрода 3 зашунтирована электрическими проводниками, подсоединенными к токоподводам 6. По мере расплавления электрода 3 происходит нагрев током сварки только ближайшего к дуге участка электрода 3, максимальная длина которого равна l. За время расплавления участка электрода 3 длиной l нагрев диэлектрических покрытий 4 не будет превышать величину, при которой материал покрытия теряет электрическую прочность. Таким образом, предложенный способ обеспечивает сварку изделий практически любой длины. Due to the proposed connection of the electrode 3 to the corresponding pole of the power source (Fig. 1), the welding current will mainly flow through the current lead 6 closest to the arc, since the rest of the electrode 3 is shunted by electric conductors connected to the current leads 6. As the electrode 3 melts, it heats up welding current only of the electrode section 3 closest to the arc, the maximum length of which is l. During the melting of the electrode section 3 of length l, the heating of the dielectric coatings 4 will not exceed the value at which the coating material loses its electric strength. Thus, the proposed method provides welding of products of almost any length.

В практике встречаются случаи, когда необходимо осуществлять сварку изделий сложного профиля, при этом необходимо обеспечить одинаковую зону шва по всей толщине свариваемых изделий. В этом случае целесообразно, чтобы участки 39 и 41 внешней вольтамперной характеристики источника питания имели плавно изменяющийся или ступенчато-изменяющийся наклон. Благодаря этому можно обеспечить получение сварных швов с оптимальной околошовной зоной, а также обеспечить наилучшие условия горения дуги на сварочную ванну. В этом случае должно быть увеличено число каналов в амплитудном анализаторе 16, а управляемый блок 15 формирования сигнала обратной связи должен содержать большее количество усилителей с регулируемым коэффициентом усиления, большее количество вычитающих каскадов, большее количество управляемых ключей. Это зависит от числа точек перегиба на получаемой выходной вольтамперной характеристике источника. In practice, there are cases when it is necessary to weld products with a complex profile, while it is necessary to ensure the same weld zone over the entire thickness of the welded products. In this case, it is advisable that sections 39 and 41 of the external current-voltage characteristics of the power supply have a smoothly varying or stepwise-varying slope. Due to this, it is possible to obtain welds with an optimal heat-affected zone, as well as to provide the best conditions for arc burning on the weld pool. In this case, the number of channels in the amplitude analyzer 16 should be increased, and the controlled feedback signal generating unit 15 should contain a larger number of amplifiers with adjustable gain, a larger number of subtracting stages, and a larger number of controlled keys. This depends on the number of inflection points on the resulting output current-voltage characteristic of the source.

На фиг.6 показаны профили плавления неподвижного электрода 3 в зависимости от вида внешней характеристики источника питания дуговой сварки. Из приведенных данных следует однозначная взаимосвязь между формой внешней характеристики источника питания и профилем плавления электрода: форма плавления электрода повторяет форму внешней характеристики источника питания. При использовании предложенного способа и источника питания обеспечивается наиболее оптимальное по высоте оплавление электрода, что приводит к повышению качества сварного шва и позволяет осуществлять дуговую сварку неподвижным плавящимся электродом изделий больших толщин (более 25 мм). Figure 6 shows the melting profiles of the stationary electrode 3, depending on the type of external characteristics of the power source of the arc welding. From the data given there follows an unambiguous relationship between the shape of the external characteristics of the power source and the melting profile of the electrode: the melting form of the electrode repeats the shape of the external characteristics of the power source. When using the proposed method and power source, the most optimal electrode melting is provided, which leads to an increase in the quality of the weld and allows for arc welding with a fixed melting electrode of products of large thicknesses (more than 25 mm).

Claims

1. The method of arc welding, including the installation in the gap between the parts to be welded of a consumable electrode made in the form of a plate deposited on both of its opposite surfaces in contact with the cutting, dielectric coating, connecting the electrode and parts to different poles of the power source, igniting the arc between the end of the electrode facing the root of the seam, and parts, and welding, characterized in that the power of the welding arc is carried out from a power source with a combined output current-voltage characteristic, with how do they ignite the welding arc in a dipping section of the output characteristic of the power source with the subsequent transition in the range of nominal welding currents to the steeply dipping section of the output characteristic, and when the arc is removed from the root of the seam to a distance of more than 15 20 mm, welding is performed in a half-growing section of the output characteristic of the power source.

2. The method according to p. 1, characterized in that in the process of moving the arc relative to the melting front of the electrode, the slope of the dipping or half-growing sections of the output characteristic of the power source is smoothly or stepwise changed.

3. The method according to p. 1, characterized in that the consumable electrode is connected to the corresponding pole of the power source at several points located at the same distance from each other along the length of the electrode.

4. The method according to p. 3, characterized in that the distance l between the points of connection of the electrode to the corresponding pole of the power source is selected from the condition
l≅ v _sv • τ,
where v _St. welding speed, m / s;
τ the time required for heating the material of the consumable electrode with a welding current to a predetermined limit temperature, s.

5. The method according to p. 1, characterized in that the width h of the consumable electrode is selected from the condition

where H is the thickness of the welded parts, m;
Δ thickness of the dielectric coating, m;
d the thickness of the consumable electrode, m

6. A power source for arc welding, comprising a controlled transformer-thyristor energy converter, current and voltage sensors of welding, a controlled feedback signal generating unit, a control signal generating unit and a setter, the welding current and voltage sensors and the setter being connected respectively to the first and third the inputs of the controlled feedback signal generating unit, and the output of the control signal generating unit is connected to the control input of the energy converter, characterized in that it additionally contains a multi-channel amplitude discriminator, the input of which is connected to the welding voltage sensor, and each of its output is connected to the corresponding input of the feedback signal generation, the output of which is connected to the input of the control signal generating unit.

7. The power supply according to claim 6, characterized in that the amplitude discriminator is made of two channels, and the controlled feedback signal generating unit is made in the form of three amplifiers with adjustable gain, two subtracting stages, the first normally open managed key and the second normally closed managed key moreover, the input of the first amplifier, the interconnected inputs of the second and third amplifiers and the non-inverting input of the first subtracting cascade are respectively the first, second and tr the inputs of the second subtracting stage, and the control inputs are the control inputs of the first and second keys, the outputs of which are connected to the inverting input of the second subtracting stage, the non-inverting input of which is connected to the output of the first amplifier, the outputs of the second amplifier are connected with the input of the first controlled key, and the output of the third amplifier with an inverting input of the first subtracting stage, the output of which is connected to the input of the second control trolled key.