УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИБРИДНОГО ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СВАРКИ

Полезная модель относится к сварочному оборудованию. Данный комплект оборудования предназначен для выполнения сварочных работ в режиме полуавтоматической подачи плавящегося электрода (сварочной проволоки) в следующих комбинациях защитных и рабочих газовых сред: аргоне, углекислом газе, смеси пропана и кислорода, смеси пропана и воздуха, а также в комбинациях вышеуказанных рабочих и защитных смесей.
В отличие от существующего аналога, аппарата «Alloy МС-160 МЕ», имеющего вес 15 кг и внешние размеры 450×230×4100 мм, номинальное значение рабочего тока 124 А, регулировку выходного напряжения 16-28 В (каталог официального представителя в России https://www.profsvar.ru/assets/files/Alloy-MIG-MAG.pdf), и аппарата «РЕСАНТА САЙПА 165», имеющего вес 11,5 кг (https://www.e-katalog.ru/RESANTA-SAIPA-165.htm), данный комплект технологического оборудования имеет внешние размеры 300×220×120 мм и вес 6 кг, номинальное значение выходного тока 100 А, диапазон регулирования выходного напряжения 15-25 В. Имея меньшие габаритные размеры и вес, а также сварочную горелку, совмещенную с газовой горелкой, данная конструкция позволяет производить сварочные работы в сложных пространственных положениях и использовать гибридный сварочный процесс в комбинации с различными смесями газов. Благодаря разделению подающего механизма с источником сварочного тока удалось минимизировать размеры и вес данного комплекта и повысить эффективность сварочных работ.
Совмещение электрической сварочной горелки с газовой позволяет производить сварочные работы при отрицательной температуре окружающей среды без использования подогревателя газа. Это обстоятельство позволяет снять напряжение в металле, в сварном шве, тем самым исключить образование трещин в металле и обеспечить стабильность сварочного процесса.
Техническим результатом полезной модели служит создание комплекта технологического оборудования, обладающего большими возможностями производить сварочные работы в условиях сложного пространственного положения и в сложных погодных условиях, в комбинациях различных газовых смесей и в гибридном сварочном процессе.
Комплект технологического оборудования для гибридного сварочного процесса в полуавтоматическом режиме состоит из источника сварочного тока и горелки, соединенной с источником гибким кабелем.
Источник сварочного тока собран в одном корпусе со схемой управления подающего механизма сварочной проволоки сварочной горелки и состоит из следующих элементов (фиг 1):
1 - Передняя и задняя пластиковые панели с отверстиями для циркуляции воздуха;
2 - Плата управления и плата ШИМ - контроллера (широтно-импульсного модулятора), впаянные непосредственно в базовую плату;
3 - Силовой трансформатор преобразует напряжение, формируемое силовым мостом в сварочное выходное напряжение;
4 - Выходной дроссель обеспечивает неразрывность сварочного тока, тем самым препятствует погасанию электрической дуги и повторному переподжигу.
5 - Плата силового моста;
6 - Радиатор силового моста;
7 - Радиатор выходных диодов;
8 - Вентилятор охлаждения;
9 - Блок питания;
10 - Корпус блока питания и блока управления механизмом подачи сварочной проволоки.
Корпус источника имеет пластиковые переднюю и заднюю панели, имеющие наклонные жалюзи, предназначенные для охлаждения силовых элементов схем. Для принудительного охлаждения силовых элементов в нише задней панели укреплен воздушный вентилятор, который включается при подаче напряжения питания на источник. В углублениях панелей устанавливается внешний кожух из листового металла. Передние и задние панели стянуты металлическими уголками с размерами 10×10×280 мм, которые образуют общую несущую конструкцию для крепления радиаторов силового моста и радиатора выходных диодов. Радиаторы собраны в единый сборочный узел вместе с платой силового моста и выпрямительными диодами, который укреплен в верхней части корпуса источника в непосредственной близости к охлаждающему вентилятору.
В верхней передней части корпуса укреплена базовая плата, в которую непосредственно впаиваются плата ШИМ-контроллера и плата управления. В нижней части корпуса расположен блок питания источника и силовой трансформатор.
В нижней части корпуса с внешней стороны на четырех винтах закреплен металлический кожух, в котором размещены блок питания подающего механизма, плата управления подающим механизмом, плата согласования и газовый клапан рабочей смеси.
На передней части источника сварочного тока размещены следующие элементы управления (фиг 2):
1 - Индикатор рабочего напряжения и сварочного тока, показывает в зависимости от положения переключателя режима индикатора значение устанавливаемого напряжения или тока;
2 - Ручка регулятора предварительной установки рабочего напряжения, с помощью которой устанавливается необходимое напряжение на выходе аппарата;
3 - Переключатель режима измерения индикатора, можно выбирать индикацию напряжения или тока на выходе источника;
4 - Ручка регулятора электронной индуктивности, при помощи которой можно изменять постоянную времени обратной связи платы управления и тем самым менять реакцию аппарата на сварочный процесс. При этом изменяется постоянная времени интегрирующей цепочки, что позволяет выбирать оптимальный режим работы, при котором не происходит разбрызгивания металла;
5, 6 - Силовые сварочные клеммы, служат для подключения сварочной горелки.
В нижней передней панели источника размещены следующие элементы:
7 - Разъем для подключения кабеля сварочной горелки, по которому осуществляется управление скоростью подачи сварочной проволоки и подается питание на двигатель;
8 - Ручка регулятора скорости подачи сварочной проволоки осуществляет регулировку скорости подачи сварочной проволоки, и тем самым регулируется значение сварочного тока.
На задней панели источника размещены следующие элементы (фиг 3):
1 - Включатель питания источника сварочного тока;
2 - Входной газовый штуцер для подключения баллона с защитным газом;
3 - Жалюзи системы охлаждения;
4 - Силовой кабель питающей сети.
Электрическая схема источника сварочного тока состоит из следующих узлов (общая электрическая схема):
1 - Плата управления формирует управляющие напряжения для платы ШИМ (широтно-импульсная модуляция) контроллера в зависимости от реакции сварочной цепи;
2 - Силовой мост, преобразующий выпрямленное напряжение питающей сети в переменное напряжение прямоугольной формы;
3 - Блок управления механизмом подачи сварочной проволоки, управляющий двигателем;
4 - Блок питания подающего механизма - служит для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное напряжение 24 В, предназначенное для питания механизма подачи сварочной проволоки и блока управления механизмом подачи;
5 - Блок питания, предназначен для формирования питающего напряжения платы управления и ШИМ - контроллера;
6 - Плата коммутации - управляет процессом включения-выключения источника сварочного тока;
7 - ШИМ контроллер - формирует сигналы управления силового моста;
8 - Базовая плата - предназначена для согласования питающих напряжений и сигналов управления платы управления и ШИМ - контроллера.
Базовая плата имеет в своем составе стабилизаторы напряжения, драйвер ШИМ сигнала и соединяет в единый сборочный узел плату ШИМ - модулятора и плату управления.
Отличительной особенностью построения электрической схемы управления источником сварочного тока является наличие дифференциальной цепочки, состоящей из конденсатора С37, которая формирует короткий импульс тока во время начала короткого замыкания с длительностью 300 микросекунд, в результате чего сокращается время коротких замыканий сварочной проволоки и соответственно ток короткого замыкания. В результате удалось уменьшить размеры силового трансформатора.
Существует патент №2418659:
«Способ ручной электродуговой сварки плавящимся электродом модулированным током, в котором на ток паузы налагают дополнительные импульсы тока, следующие с частотой не менее 50 Гц, длительность которых устанавливают в зависимости от диаметра электрода и его конкретной марки в диапазоне от 2 до 7 мс, а основные импульсы тока, длительность которых ограничивают до величины, обеспечивающей образование «замочной скважины», формируют в виде серий дополнительных импульсов, следующих на интервале протекания серии с частотой 200...130 Гц, при этом частоту следования серий дополнительных импульсов изменяют по программе или автоматически в обратно пропорциональной зависимости отклонения среднего напряжения дуги от заданного, отличающийся тем, что во время протекания дополнительного импульса, после задержки 3 мс от начала его протекания, амплитудное значение тока дополнительного импульса снижают до тока паузы, при этом длительность паузы на интервале протекания дополнительного импульса не превышает 1 мс.»
В отличие от приведенного выше патента в данном источнике импульс единичный, его длительность составляет 300 микросекунд, а его фронт совпадает с моментом короткого замыкания капли расплавленного металла. При этом не происходит разрушение перемычки, а только сокращается время короткого замыкания. В результате не происходит разбрызгивание металла и уменьшается суммарный ток короткого замыкания.
Сварочная горелка имеет в своем составе газовую горелку, объединенную с механизмом подачи сварочной проволоки, соединенную с источником сварочного тока гибким кабелем, через который на горелку поступают сигналы управления и сварочный ток, а также на горелку может подаваться защитная газовая смесь.
Сварочная горелка состоит из следующих узлов (фиг 4):
1 - Электрический наконечник с внутренним каналом для проволоки;
2 - Газовая горелка;
3 - Кнопка включения;
4 - Ручка сварочной горелки с механизмом подачи проволоки;
5 - Соединительный кабель;
6 - Вентиль газового баллона;
7 - Бобина с проволокой;
8 - Тормозное устройство;
9 - Газовый баллон;
10 - Кронштейн газового баллона.
Для упрощения работы с данным устройством было решено совместить устройство подачи проволоки с газовой горелкой.
Устройство подачи состоит из ручки, в которой находится коллекторный электрический двигатель с постоянными магнитами и напряжением питания 24 В.
Крутящий момент двигателя передается на червячный редуктор, который в свою очередь приводит в движение ролики подающего механизма.
Для подачи проволоки, обеспечения небольших габаритов и удобности работы было принято решение установить подающий механизм тянущего типа.
Так как аппарат должен работать с проволокой небольшого диаметра (0.8-1 мм), используется двухроликовая схема подачи. Один ролик является ведущим, другой - прижимным.
Внутри ручки находится кнопка, которая приводит в действие устройство подачи и включает рабочее напряжение источника сварочного тока. К ручке крепится провод, связывающий основной аппарат, в котором находится блок питания и плата управления, с самим механизмом подачи.
Справа от ручки находится бобина с фиксатором для сварочной проволоки. Слева находится устройство горелки, совмещенное на выходе с каналом подающего механизма.
К устройству горелки на кронштейне крепиться газовый баллон, на котором также находится вентиль, регулирующий подачу газа.