Изобретение относится к области электродуговой сварки, в частности к устройству, результатом применения которого является расширение и улучшение технологических свойств электродуговой сварки металлов. Устройство призвано уменьшить разбрызгивание металла электрода и сварочной ванны, уменьшить расход сварочных материалов, повысить однородность и качество сварного шва. Устройство применимо для тех сварочных процессов, где перенос электродного металла происходит периодически в моменты коротких замыканий дугового промежутка металлом плавящегося электрода.The invention relates to the field of electric arc welding, in particular to a device, the result of which is the expansion and improvement of technological properties of electric arc welding of metals. The device is designed to reduce the spatter of the metal of the electrode and the weld pool, reduce the consumption of welding materials, increase the uniformity and quality of the weld. The device is applicable for those welding processes where the transfer of electrode metal occurs periodically at the moments of short circuits of the arc gap by the metal of the consumable electrode.
Известен принцип уменьшения разбрызгивания электродного металла и повышения стабильности сварочного процесса за счет резкого ступенчатого уменьшения сварочного тока в начальный момент короткого замыкания дугового промежутка расплавленным электродным металлом и в конце короткого замыкания, непосредственно перед окончанием перетекания электродного металла (разрыва жидкой перемычки) до повторного возбуждения сварочной дуги. Сам принцип и варианты устройств для его реализации раскрыты в патентах, принадлежащих фирме «The Lincoln Electric Company»: US 4866247 A1, US 5148001 A1, US 6051810 A1, RU 2217274 C2, а также в авторских свидетельствах СССР № 579112, № 1058171, № 1064555, которые являются ближайшим аналогом настоящего изобретения.The known principle of reducing the spatter of the electrode metal and increasing the stability of the welding process due to a sharp stepwise decrease in the welding current at the initial instant of the short circuit of the arc gap by the molten electrode metal and at the end of the short circuit, immediately before the end of the overflow of the electrode metal (rupture of the liquid jumper) before re-exciting the welding arc . The principle and device options for its implementation are disclosed in patents owned by The Lincoln Electric Company: US 4866247 A1, US 5148001 A1, US 6051810 A1, RU 2217274 C2, as well as in USSR copyright certificates No. 579112, No. 1058171, No. 1064555, which are the closest analogue of the present invention.
Недостатком этих устройств является то, что в них сварочный ток постоянно протекает через полупроводниковый ключ, выделяя значительную тепловую мощность, что снижает общий КПД сварочного оборудования. В их конструкции применены габаритные теплоотводы, реактивные и активные компоненты. Это приводит к значительным габаритам и массе устройств.The disadvantage of these devices is that in them the welding current constantly flows through the semiconductor key, emitting significant thermal power, which reduces the overall efficiency of the welding equipment. Overall heat sinks, reactive and active components are used in their design. This leads to significant dimensions and mass of devices.
Предлагаемое устройство реализует тот же принцип ступенчатого уменьшения сварочного тока, но другим способом в отличие от аналогов. Оно не прерывает ток сварочного источника, а шунтирует его в требуемые моменты сварочного микроцикла. Такое шунтирование оставляет сварочную зону без сварочного тока. Сварочный ток отводится полупроводниковым ключом, подключенным параллельно сварочной дуге. Время требуемых бестоковых интервалов, следовательно, и время работы силового транзистора, составляет не более 5% от времени сварки. Тепловая мощность, выделяемая на полупроводниковом ключе, более чем в 10 раз меньше, чем у аналогов. В этом заключается новизна настоящего изобретения.The proposed device implements the same principle of stepwise reduction of the welding current, but in a different way, unlike analogues. It does not interrupt the current of the welding source, but shunts it at the required moments of the welding microcycle. Such bypassing leaves the welding zone without welding current. Welding current is removed by a semiconductor switch connected in parallel with the welding arc. The time of the required current-free intervals, therefore, and the operating time of the power transistor, is no more than 5% of the welding time. The thermal power released on the semiconductor key is more than 10 times less than that of analogues. This is the novelty of the present invention.
Техническим результатом настоящего изобретения является значительно уменьшенные массогабаритные характеристики и повышенный КПД устройства по сравнению с аналогами.The technical result of the present invention is significantly reduced weight and size characteristics and increased efficiency of the device compared to analogues.
Устройство уменьшения разбрызгивания состоит из полупроводникового ключа 1, подключенного параллельно сварочной дуге, схемы управления ключом 2, в которую поступают сигналы от датчика напряжения сварочной дуги 3 и датчика сварочного тока 4.The spray reduction device consists of a semiconductor key 1 connected in parallel with the welding arc, a control circuit of the key 2, which receives signals from the voltage sensor of the welding arc 3 and the welding current sensor 4.
Устройство уменьшения разбрызгивания работает следующим образом. При возникновении короткого замыкания дугового промежутка датчик напряжения 3 фиксирует падение напряжения ниже заданного порога и подает сигнал схеме управления 2, которая формирует сигнал для открытия ключа 1, который открывается и шунтирует сварочный ток на время от 100 до 700 микросекунд. В конце короткого замыкания при образовании жидкой перемычки датчик напряжения 3 фиксирует лавинообразный рост напряжения на дуговом промежутке и подает сигнал системе управления 2, которая открывает ключ 1, который шунтирует сварочный ток, часть сварочного тока протекает через жидкую перемычку до момента ее разрыва, факт разрыва жидкой перемычки фиксирует датчик тока 4 по факту полного прекращения сварочного тока и подает сигнал схеме управления 2, которая через 300 микросекунд закрывает ключ 1 для последующего возбуждения дуги.The spray reduction device operates as follows. When a short circuit occurs in the arc gap, the voltage sensor 3 detects the voltage drop below a predetermined threshold and sends a signal to the control circuit 2, which generates a signal to open the key 1, which opens and shunts the welding current for a time from 100 to 700 microseconds. At the end of a short circuit during the formation of a liquid jumper, the voltage sensor 3 detects an avalanche-like voltage increase in the arc gap and sends a signal to the control system 2, which opens the key 1, which shunts the welding current, part of the welding current flows through the liquid jumper until it breaks, the fact of liquid rupture jumpers fixes the current sensor 4 upon the complete cessation of the welding current and sends a signal to the control circuit 2, which after 300 microseconds closes the key 1 for subsequent arc excitation.
Схема управления ключом 2 может быть реализована с применением цифрового микроконтроллера для получения большей функциональности.Key management circuit 2 can be implemented using a digital microcontroller to obtain greater functionality.
Устройство уменьшения разбрызгивания может быть реализовано в составе источника питания сварочной дуги.A spatter reduction device can be implemented as part of a welding arc power source.
Устройство уменьшения разбрызгивания может быть реализовано в виде функционально и конструктивно законченного блока или модуля и подключаться к сварочной цепи независимо от источника питания сварочной дуги. Внутренние схемы устройства могут быть запитаны непосредственно от сварочного напряжения.The spray reduction device can be implemented as a functionally and structurally complete unit or module and connected to the welding circuit regardless of the power source of the welding arc. Internal circuits of the device can be powered directly from the welding voltage.