RU2115520C1

RU2115520C1 - Electric welder

Info

Publication number: RU2115520C1
Application number: RU97104974A
Authority: RU
Inventors: В.И. Власов
Original assignee: Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 1997-04-01
Filing date: 1997-04-01
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; welding equipment. SUBSTANCE: welding electrode is connected to supply source together with piezoelectric generator as arc starting device for three-phase or direct current systems or electrostatic machine for single-phase current systems provides stabilization of arc and high quality of welding owing to reliable ionization of electrode-workpiece gap at reduced values of voltage and power of supply source. EFFECT: improved quality of welding. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электросварочной технике, и может быть использовано для первоначального возбуждения дуги и стабилизации ее горения при дуговой сварке металлов. The invention relates to electrical engineering, namely to electric welding equipment, and can be used for initial arc excitation and stabilization of its combustion during metal arc welding.

Известны электросварочные аппараты (трансформаторы), содержащие магнитопровод, первичную и вторичную обмотки (Справочник электросварщика ручной сварки. /Под ред. О.И. Титова. Новосибирское книжное издательство, 1989). Known electric welding machines (transformers) containing a magnetic circuit, primary and secondary windings (Handbook of electric welding manual welding. / Ed. By OI Titov. Novosibirsk Book Publishing House, 1989).

Для возбуждения дуги и поддержания ее горения необходимы
значительная мощность источника тока и большой расход электроэнергии;
устройство источника тока, обеспечивающее так называемую "падающую" вольт-амперную характеристику (ВАХ), например, наличие магнитопровода с повышенным магнитным рассеянием или дросселя;
принятие мер по стабилизации дуги при колебаниях питающего напряжения и переходе его амплитуды с одного полупериода через ноль на другой, а также обеспечения необходимого времени (не более 50 мкс) восстановления напряжения зажигания после замыкания цепи электрод-деталь каплями расплава (Справочник сварщика. /Под редакцией В.В. Степанова - М.: Машиностроение, 1983)
Известны также электросварочные аппараты с устройствами, разработанными институтом сварки Патона, например, типа 13РП-80, которые предназначены для первоначального возбуждения дуги.To excite the arc and maintain its burning are necessary
significant power source current and high power consumption;
a current source device that provides the so-called “falling” current-voltage characteristic (CVC), for example, the presence of a magnetic circuit with increased magnetic scattering or a choke;
taking measures to stabilize the arc during fluctuations in the supply voltage and the transition of its amplitude from one half-cycle through zero to another, as well as providing the necessary time (no more than 50 μs) to restore the ignition voltage after the electrode-component circuit is closed with melt drops (Welder Handbook. / Ed. V.V. Stepanova - M .: Engineering, 1983)
Also known are electric welding machines with devices developed by the Paton Welding Institute, for example, type 13RP-80, which are intended for the initial excitation of the arc.

Принцип работы его основан на периодическом заряде и разряде конденсатора через первичную обмотку повышающего трансформатора и тиристорный коммутирующий элемент, в результате чего формируется высоковольтный импульс напряжения, пробивающий дуговой промежуток и взывающий возбуждение дуги. Its principle of operation is based on the periodic charge and discharge of the capacitor through the primary winding of the step-up transformer and the thyristor switching element, as a result of which a high-voltage voltage pulse is generated, breaking through the arc gap and causing arc excitation.

Такое устройство поджига дуги конструктивно сложно, дорого, имеет массу более 10 кг, требует включающее реле или контактор, а более мощные, например 13РП-500-005, требуют водяное охлаждение и не могут обеспечить стабильной работы при колебаниях напряжения в сети. К тому же, поскольку амплитуда поджигающего импульса достигает 400 - 8000 В, необходимо принятие повышенных мер безопасности. Such an arc ignition device is structurally difficult, expensive, has a mass of more than 10 kg, requires a relay or contactor, and more powerful ones, such as 13RP-500-005, require water cooling and cannot provide stable operation during voltage fluctuations in the network. In addition, since the amplitude of the ignition pulse reaches 400 - 8000 V, it is necessary to take increased safety measures.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому устройству может быть принят маломощный электросварочный аппарат, содержащий торроидальный магнитопровод, первичную и вторичную обмотки, а также коммутирующее устройство, реализующее принцип формирования "падающей" ВАХ способом управления углом отсечки синусоидального напряжения (Баранов В. Маломощный электросварочный аппарат, Радио, N 7, 1996). The closest technical solution (prototype) to the proposed device can be adopted low-power welding machine containing a toroidal magnetic circuit, primary and secondary windings, as well as a switching device that implements the principle of formation of a "falling" I-V characteristic by controlling the cutoff angle of a sinusoidal voltage (Baranov V. Low-power welding apparatus, Radio, N 7, 1996).

По принципу действия он относится к регулируемым выпрямителям и позволяет решить проблему снижения массы аппарата, но по стоимости и сложности требуемой элементной базы он равнозначен вышеупомянутым аппаратам института сварки Патона с устройствами пожига дуги. According to the principle of operation, it refers to adjustable rectifiers and allows to solve the problem of reducing the mass of the apparatus, but in terms of cost and complexity of the required elemental base, it is equivalent to the above-mentioned apparatus of the Paton Welding Institute with arc firing devices.

Задачей изобретения является дальнейшее снижение требуемой мощности, веса и металлоемкости аппарата, повышение экономичности его работы, а также упрощение конструкции и его себестоимости. The objective of the invention is to further reduce the required power, weight and metal consumption of the apparatus, increasing the efficiency of its work, as well as simplifying the design and its cost.

Поставленная задача решается применением простейших маломощных источников ионизации дугового промежутка электрод-деталь при пониженных значениях напряжения и мощности источника тока. The problem is solved by using the simplest low-power sources of ionization of the arc gap of the electrode-part with reduced voltage and power of the current source.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство первоначального возбуждения дуги выполнено в виде пьезоэлектрического генератора для систем трехфазного и постоянного токов или электростатической машины для источника однофазного переменного тока. The essence of the invention lies in the fact that the device for the initial excitation of the arc is made in the form of a piezoelectric generator for three-phase and constant current systems or an electrostatic machine for a single-phase alternating current source.

Проведенный патентный поиск показал отсутствие электросварочных аппаратов с предлагаемой совокупностью признаков. A patent search showed the absence of electric welding machines with the proposed combination of features.

Таким образом, в данном случае известные элементы объединены новыми связями, придают электросварочным аппаратам новые свойства, проявившиеся в положительных эффектах, вследствие чего решение может быть признано имеющим изобретательский уровень. Thus, in this case, the known elements are united by new bonds, give the electric welding machines new properties, manifested in positive effects, as a result of which the solution can be recognized as having an inventive step.

На чертеже показаны возможные схемы подключения сварочного электрода к вторичной обмотке трансформатора (источнику тока) и устройству поджига дуги в виде пьезоэлектрического генератора (а, б) или электрической машины (в, г) с условными обозначениями: 1 - сварочный электрод; 2 - источник тока; 3а - пьезоэлектрический генератор; 3б - электростатическая машина; 4 - запирающий диод; 5 - свариваемая деталь. The drawing shows possible schemes for connecting the welding electrode to the secondary winding of the transformer (current source) and the arc ignition device in the form of a piezoelectric generator (a, b) or an electric machine (c, d) with the legend: 1 - welding electrode; 2 - current source; 3a - a piezoelectric generator; 3b - electrostatic machine; 4 - a locking diode; 5 - welded part.

Как хорошо известно, для возбуждения дуги необходимо создать между сварочным электродом 1 и деталью 5 разность потенциалов не менее 50 - 80 В, а для расплавления электрода 1 и металла детали 5, т.е. осуществления процесса сварки (поддержания дуги) - всего 18 - 25 В при наличии "падающей" ВАХ, т.е. в 2 - 3 раза меньше. As is well known, for arc excitation, it is necessary to create between the welding electrode 1 and part 5 a potential difference of at least 50 - 80 V, and for melting the electrode 1 and the metal of part 5, i.e. the implementation of the welding process (maintaining the arc) - a total of 18 - 25 V in the presence of a "falling" CVC, i.e. 2 to 3 times less.

В предлагаемом аппарате необходимая крутизна ВАХ обеспечивается источником ионизации промежутка электрод 1 - деталь 5, в качестве которого могут быть использованы пьезоэлектрический генератор для систем постоянного и трехфазного токов или простейшая электростатическая машина при наличии источника однофазного тока. In the proposed apparatus, the necessary slope of the I – V characteristic is provided by the ionization source electrode gap 1 - part 5, which can be used as a piezoelectric generator for direct and three-phase current systems or the simplest electrostatic machine with a single-phase current source.

Сварочный электрод подключается одновременно к источнику тока 2 и пьезоэлектрическому генератору 3а. The welding electrode is connected simultaneously to the current source 2 and the piezoelectric generator 3a.

Для исключения взаимного влияния из-за попадания повышенного потенциала на низковольтный источник 2 тока и держак электрода 1, а также возможного шунтирования тока через источник 3а ионизации, они включаются параллельно и встречно через запирающие диоды 4, которые по возможности должны располагаться между держаком и электродом 4. In order to exclude mutual influence due to the increased potential entering the low-voltage current source 2 and the electrode holder 1, as well as the possible shunting of the current through the ionization source 3a, they are switched on in parallel and counter through the locking diodes 4, which should be located between the holder and the electrode 4 .

Поскольку в аппарате переменного тока дуга должна возникать при каждом полупериоде питающего тока, начального воздействия пьезоэлектрического генератора 3а может оказаться недостаточно, поэтому для большей устойчивости (стабилизации) горения дуги вместо пьезоэлектрического генератора 3а может быть применена электростатическая машина 3б (чертеж, в, г). Since an arc should occur in each alternating current apparatus during each half-cycle of the supply current, the initial action of the piezoelectric generator 3a may not be enough, therefore, for greater stability (stabilization) of arc burning, instead of the piezoelectric generator 3a, an electrostatic machine 3b can be used (drawing, c, d).

Мизерная мощность и высокоомное внутреннее сопротивление пьезоэлектрического генератора 3а и электростатической машины 3б исключают тепловой пробой запирающих диодов 4, что делает работу электросварочного аппарата безопасной и надежной при требуемой мощности источника тока в 2-3 раза меньшей, т.е. рассчитываемой из условий поддержания, а не возбуждения дуги. The scanty power and high-resistance internal resistance of the piezoelectric generator 3a and the electrostatic machine 3b exclude thermal breakdown of the locking diodes 4, which makes the operation of the electric welding machine safe and reliable at the required power of the current source 2-3 times less, i.e. calculated from the conditions of maintenance, and not excitation of the arc.

Claims

An electric welding apparatus comprising a current source and an initial arc excitation device, characterized in that the latter is made in the form of a piezoelectric generator or an electrostatic machine connected to the electric welding electrode through a locking diode isolation.