DE2804727A1

DE2804727A1 - Direktabbrennschweissmaschine

Info

Publication number: DE2804727A1
Application number: DE19782804727
Authority: DE
Inventors: Boris S Alekseev; Andrej B Belov; Valentin N Bogdanov; Vadim Ja Chazov; Anatolij I Komartschev; Viktor S Lifschic; Zinaida A Ryskova
Original assignee: VNI PK T I ELEKTROSVAROTSCHNO; VNII STR MAGISTRALNYCH TRUBOPR
Current assignee: VNI PK T I ELEKTROSVAROTSCHNO; VNII STR MAGISTRALNYCH TRUBOPR
Priority date: 1977-02-07
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1978-08-10
Also published as: CH625730A5; ATA69278A; JPS53114749A; SU841855A1; FR2379350A1; IT7841517A0; US4159408A; IT1104448B; FR2379350B1; GB1569515A; DE2804727C2

Description

P. 7

1. vsesojuznyj Nautschno-Issledovatelskij Institut

ρο Stroitelstvu Magistralnych Truboprovodov, Moskau/UdSSR

2. Vsesojuznyj Nautschno-Issledovatelskij, Proektno-Konstruktorskij i Technologitscheskij Institut Elektrosvarotschnogo Oborudovanija, Leningrad/UdSSR

P 71 726-M-61 3. Febr. 1978 L/Br

DIREKTABBREICfSCHWEIßMASCHIIIE

Die Erfindung bezieht sich auf das Schweißen von Werkstücken und betrifft insbesondere eine Direktabbrennschweißmaschine.

Die Erfindung kann beim Direkt abbrennschweißen von Werkstücken aua Fe- und NE-Metallen, vorzugsweise aber beim Schweißen von Schienen und Bohrleitungen nn urf,

bzw· beim Direkt abbrennschweißen von großdimensionierten Rohren Verwendung finden, wenn die Leistung des Versorgungsnetzes als Einschränkungsfaktor aufftritt.

Es sind bereite Schweißanlagen zum Schweißen von Haupt-Betriebs
und leitungen bekannt (V. S. Lifshits, Md. D. Litvin-

tchuk, "Preßschweißverfahren für das Schweißen von Haupt-Betriebe
und leitungen", Verlag "Nedra", Moskau, 1970), die Schweißmaschinen, einen Innen- und einen Außengratentferner, eine Verstelleinrichtung zum Verstellen der Schweißmaschine

bzw. der Rohre gegen einander und eine ortsveränderliche

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elektrische Stromquelle besitzen. Als elektrische Stromquelle dienen dabei fahrbare Dieselstromaggregate· So gelangt zum Beispiel beim Verschweißen von itohren mit einem Durchmesser von 102o mm ein.Dieselstromaggregat mit einer Leistung von 500 ^W zum Einsatz· Auf Grund seiner Betriebsbedingungen arbeitet ein DieselStromaggregat mit einer Spannung von 400 V am Ausgang des Synchrongenerators und einer Frequenz von 50 Hz im Verlaufe der ganzen Arbeits-⁶': unabhängig von der Belastung. Unter der Nennlast von 5^0 kW steht das Dieselstromaggregat höchstens 2 v.H. bezogen auf die gesamte Betriebszeit, ^_n /äie ßestzeit^die Schweißpausen mit einer unter ihrer Nenngröße liegenden Last ausmachen, wojtim Betrieb^lediglich Hilfsgeräte mit einer Gesamtleistung von lü v.H. der Nennleistung sind. Das

verkürzt die Lebensdauer des Motors eines Dieselstromaggregates Hinzu kommt, daß eine hohe installierte Nennleistung solcher Aggregate deren Transport

sowie deren Belieferung mit Brennstoff "bei der Verlegung einer Rohrleitung erschwert.

Entsprechend der Schweißtechnik ist es außerdem erwünscht, im Schweißvorgang die frequenz des den Schweißtransforinator speisenden Stromes zu ändern· Das Vorhandensein nur einer Stromquelle für die Versorgung des Schweißtransformators, der WS-Motoren und der Hilfsgeräte schließt diese Möglichkeit aus. Dies führt zur Herabsetzung der Wärmeentwicklung im Schweißvorgang zu einer Zunahme an Schweißdauer und

' . zu

Verbrauch des Rohrstoffes und einer Verteuerung.

daher

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Direkt-

abbrennschweißmaschine zu entwickeln, welche über eine Strom-

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Mr

Versorgung verfügt, die es gestattet, in den Schweißpausen die Energie zu speichern und beim SchweißVorgang die gespeicherte Energie durch trägheitsarme Einrichtungen umzuformen sowie diese genau nach den Bedingungen d_er Schweißtechnik auf zu bringen.

wird.
Diese Aufgabe dadurch gelöst daß bei einer

Direktabbrennschweißmaschine, welche von einem ortsveränderlichen Kraftwerk versorgt wird und Schweißtransformatoren, einen Stromgeber und einen Geber für Abbrenngröße besitzt, gemäß der Erfindung eine Gleichrichter-Ladeeinrichtung, deren Eingang an das ortsveränderliche Kraftwerk angeschlossen ist, eine Akkumulatorenbatterie, deren Eingang mit dem Ausgang der Gleichrichter-Ladeeinrichtung verbunden ist, einen Inverter, dessen Eingang mit dem Ausgang der Gleichrichter-Ladeeinrichtung und der Akkumulatorenbatterie in Verbindung steht und dessen Ausgänge an die Schweißtransformatoren und den Stromgeber angeschlossen sind, ein für die Steuerung der Frequenz und der Spannungsgröße am Ausgang des Inverters bestimmter Block, dessen Eingänge an die Ausgänge des Stromgebers und an die des Gebers für Abbrenngröße und dessen Aus-

und

gänge an den Inverter angeschlossen sind, ein Lade- und Entladegeber, dessen Eingang mit der Akkumulatorenbatterie gekoppelt und dessen Ausgänge an die Gleichrichter-Ladeeinrichtung und den Steuerblock angeschlossen sind, vorgesehen sind.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung

Uezugr auf "die einen Ausführungsbeispiels mit beigefügten Zeichnungen

erläutert, in ^di0Gen zeigt

.Fig. 1 ein Blookschema der erfindungsgemäßen Direktabrennschweißmaschinej

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild für die erfindungsgemäße Direkt abbrenne chwe ißmasch ine ·

Die Direktabbrennschweißmaschine umfaßt einen Drehstrom-809832/086S

Dieselgenerator 1 (Ji'ig. 1) eines ortsveränderlichen Kraftwerkes. An den Ausgang des Dieselgenerators 1 ist eine Gleichrichter-Ladeeinrichtung 2 angeschlossen. Mit dem Ausgang der GIeich richter-Ladeeinrichtung 2 ist eine Akkumulatorenbatterie 3 gekoppelt, an die ein Lade- und Entladegeber 4, der mit der Gleichrichter-Ladeeinrichtung 2 in Verbindung steht, gelegt

ist. Darüber hinaus ist an den Ausgang der Gleichrichter-Ladeeinrichtung 2 ein Inverter 5 angeschlossen, welcher auch mit Schweißtransformatoren 6 und einem Stromgeber y verbunden ist. An den Eingang des Inverters 5 ist ein Block 8 für die Steuerung der Frequenz und der Spannungsgröße am Ausgang des Inverters 5 gekoppelte Mit dem Steuerblock 8 sind der Stromgeber 7» der Lade- und Entladegeber 4 und der Geber 9

die
für Abbrenngröße verbunden.

Die Gleichrichter-Ladeeinriohtung 2 (Fig. 2) ist mit Vormagnetisierungsdrosseln IO ausgeführt und hat eine Einrichtung 11 zur Steuerung des Vormagnetisierungsstromes und einen Gleichrichter 12. Die Einrichtung 11 zur Steuerung des Vormagnetisierungsstromes stellt einen Transistorstromregier dar, bei welchem der Regeltranaistor nach der Kollektorschaltung betrieben wird· Das Prinzipschalbild und der Betrieb von solchen Reglern sind ausführlich im "Nachschlagebuch der Halbleiterelektronik", herausgegeben von Lloyd und Fahter, Verlag "Maschinostrojenie", Moskau, 1975, S. 345 bis 360 erläutert· Die Ausgänge des Gleichrichters 12 sind mit der Akkumulatorenbatterie 3 verbunden, die über den Inverter 5, welcher die Gleichspannung in die Wechselspannung umwandelt und mit Thyristoren 13, 14, Einrichtungen 15, 16 zum Löschen der Thyristoren 13, 14 und Sperrdioden 17, 18 ausgeführt ist, sowie über einen Anpassungstransformator 19 die Schweißtrans-

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formatoren speiat. Die Einrichtungen 15, 16 zum Löschen der Thyristoren 13» 14 sind auf Grund von induktiv-kapazitiven Kommutierungs3tromlcreisen und Hilfsthyristören ausgeführt, deren Prinzipschaltung und Wirkungsweise z.a. im Buch "Theorie von autonomen Wechselrichtern" von B. Bedford und H. Hoft, übersetzt aus dem .Englischen, Moskau, /erlag "Energiea", 1969, tf. 107 bis 114, sowie im Buch "Tnyristortecnnik" von W. Schilling, übersetzt aus dem Deutschen, Leningrad, Verlag "änergioa", 1971, S. 247 bis 250 beschrieben sind.

■ Der Inverter 5 wild von dem Steuerblock ö gesteuert, an dessen Ausgänge die Thyristoren 13, 14 und die !Einrichtungen 15, 16 zum Löschen der Thyristoren 13, 14 geschaltet sind. Der Steuerblock 8 stellt Impulsgeneratoren dar, α ie fur die Einschaltung der Thyristoren 13, 14 und der Einrichtungen 15, 16 in bestimmter Eeihenfolge sorgen. Die Prinzipscnaltung und die Arbeitsweise sind im Technischen Fachschia&ebucu "Tnyristoren", übersetzt aus dem Engliscnen, Moskau, Yuri.ag "üaex·- gija", 1971 dargelegt. Die Kopplung des Steuerblockes 8 an die Maschine vollzieht sich über den au dessen Eingänge angeschlossenen Stromgeber 7, ausgeführt als Stromwandler, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Zweiweggleichrichters verbunden ist. Die Primärwicklung des Stromwandlers ist in den

Speisestromkreis der Schweißtransformatoren 6 geschaltet. Diedie S3 Kopplung erfolgt auch über den Geber 9 für Abbrenngröße, der als Potentiometer ausgebildet ist, dessen Gehäuse an der starren Klemme der ^chweißmaschine unbeweglich ange acht iat,

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während der Schleifer mit der beweglichen Klemme der Schweißmaschine verbunden ist, sowie über den Lade- und Entladegeber 4, der direkt an die Akkumulatorenbatterie 3 und die Einrichtung 11 für die Steuerung des Vormagnet isierungsstromes angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Direktabbrennschweißmaschine arbeitet wie folgt.

Die Ladung der Akkumulatorenbatterie 3 bis auf die Neunkapazität wird vor Beginn der Schweißarbeiten und die Nachladung in den Schweißpausen vorgenommen. Die Ladung und die Nachladung erfolgen mit Gleichstrom, dessen vorbestimmter Wert mit Hilfe der Drosseln IO und der Einrichtung 11 zum Steuern des Vormagnetisierungsstromes aufrechterhalten wird. Im Maße der Ladung der Akkumulatorenbatterie J nimmt deren Spannung zu. In Abhängigkeit von der Spannungszunähme der Akkumulatorenbatterie 5 erhöht sich selbsttätig aufgrund der Einrichtung 11 der Vormagnetisierungsstrom, so daß der Ladestrom konstant gehalten wird.

Im Ausgangszustand ist die Akkumulatorenbatterie 2> bis auf die Nennkapazität ^eladen. Für das Schweißen schaltet man den Block ö zum steuern des Inverters 5 ein, der unter ßeibenaltung der vorgegebenen i'requenz und Reihenfolge Steuerimpulse für die Thyristoren IjJ, 14 und die Einrichtungen 15, 16 zum Löschen der Thyristoren IJ, 14 zu erzeugen beginnt.

Es sei nun genauer auf die Wirkungsweise

Angenommen, es wird aes Inverters 5 eingängen. zunächst der Thyristor Ip gezündet . Durch den letzteren und die daran angeschlosse-

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ORIGINAL !NSFSCTED

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ne Wicklungshälfte des Anpassungstransformators 19 beginnt ein «atrom von der Akkumulatorenbatterie 3 zu. fließen, dessen Wert von der Belastung aüu&ugig ist. Nach einer gewissen Zeit, die durch die Halbperiode der Spannungsfrequenz der die Schweißtransformatoren 6 speisenden Spannung bestimmt ist, erfolgt die Einschaltung der Einrichtung 15 zum Löschen des Thyristors 13» wodurch der Thyristor 13 gesperrt und der Stromdurchgang in der daran angeschlossenen WiCKlun^shälfte des Anpassungstransformators 19 unterbrochen wird. Jie in den reaktiven Elementen der Schweißstromkreise der Maschine gespeicherte Energie erhält waiter den Schweißstrom sowie den Strom der Sekundärwicklung des Anpassungstransformators 19 bereits über die andere Wicklungshälfte des Transformatora 19 sowie über die Akkumulatorenbatterie 3 und die Sperrdiode 18, wobei die letzteren mit der besagten Wicklungshälfte einen Heihenkreis bilden, aufrecht. In dieser Weise wird dank der Sperrdiode lö und der der letzteren ähnlichen Rückstelldiode 17 ein beträchtlicher Anteil der Blindenergie in die Akkumulatorenbatterie 3 zurückgeführt. Die Spannung des Anpassungstransformators 19 und mithin die der Schweißtransformatoren 6 ändert ihr Zeichen im Zeitpunkt der Zündung des Thyristors 13t indes die Zündung des Thyristors 14 durch den titeuerblock U im Moment der Stromunterbrechung im Stromkreis der Sperrdiode 18 geschieht. Zum Ausschalten des Thyristors erfolgt die Einschaltung der Löscheinrichtung 16, wodurch der Strom des Kreises des Thyristors 14 und der daran angeschlossenen Wioklungshälfte des Anpassungstransformators 19 durch den Kreie, welcher von der anderen Wicklungehälfte des Trans-

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formators 19, der Akkumulatorenbatterie 5 und der Sperrdiode 17 gebildet ist, zu fließen beginnt·

Die Regelung der Frequenz der die fcichweißtransformatoren 6 speisenden Spannung und deren Größe erfolgt durch die Änderung der Zündungsfrequenz der Thyristoren 15, 14 mittels der Löscheinrichtungen 15, 16 sowie durch eine Verzögerung der Zündung des Thyristors 15 bzw. 14 nach der Stromunterbrechung im Stromkreis der dazu parallel geschalteten bperrdiode 17 bzw. 18.

Gleichzeitig ^m^ der Üinschaltung des Inverters i>

zur Durchführung des Schweißens wird die Gleichrichter-Ladeeinrichtung 2 in Betrieb gesetzt, wobei der größte Anteil der für den Schweißvorgang erforderlichen Leistung von der Akkumulatorenbatterie 5 und der geringere Anteil von dem Dieselgenerator 1 über die Gleichrichter-Ladeeinrichtung 2, die durch eine fallende äußere Kennlinie gekennzeichnet ist und dadurch die Aufnahme der Leistung des Dieselgenerators 1 begrenzt, geliefert wird. Je nach dem Abbrennen des Schweißstückes wird das Signal, welches eine Information über die Abbrenngröße trägt und durch den Geber 9 in eine proportionalle Gleichspannung umgeformt wird, an den Steuerblock 8 übertragen, was zu einer Änderung der Frequenz der Ausgangaimpulse und damit der Frequenz der die Schweißtransformatoren 6 speisenden Spannung nach Sollprogramm führt.

Die Signale, die eine Information über beim Abbrennen

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stattfindene Kurzschlüsse an den Stirnflächen der Schweißstücke tragen, werden über den Stromgeber 7 zum Steuerblock

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8 übertragen, der, indem er den Inverter 5 steuert, die frequenz der die Schweißtransformatoren 6 3peisenden Spannung herabsetzen und die Größe dieser Spannung anwachsen läßt, wodurch der Strom im öcnweißstromkreis erhöht und die hierbei gebildeten Kontakte getrennt werden. Das fünrt zur Erneuerung des Abbrennvorgangea. Auf diese Weise gewährleisten die Geber 7i 9 eine Stabilität und eine gute Qualität des Abbrennvorganges.

Der Lade- und Inatladegeber 4 dient für die Ermittlung des oberen und des unteren Grenzwertes der Spannung der Akkumulatoren und stellt eine Scnwellenwerteinrichtun^ dar, die auf Transistoren nach der Sohmidt-Triggerschaltung aufgebaut ist. Der Lade-und JSntladegeber 4 verhindert eine Überladung der Akkumulatorenbatterie j3 sowie eine Vollentladung. Indem der Lade- und ühtladegeber 4 auf die Einrichtung zum Steuern des Vormagnetisierungsstromes einwirkt, stabilisiert er den Ladestrom; und während der Ladung der Akkumulatorenbatterie 3 bis auf die Nennkapazität sorgt er für die Abschaltung dieses Stromes. Über den Steuerblock 8 schaltet der Geber 4 den Inverter 5 ab, wenn aus irgendwelchen Gründen eine Vollentladung der Akkumulatorenbatterie J> ^escnehen ist.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Maschine beim Stumpf-

Gelände
schweißen von Rohren im gestattet es, die Wirksamkeit der Stromquelle und den thermischen Wirkungsgrad des Schweißvorganges beträchtlich zu erhöhen, wobei das erste durch Verminderung der installierten Leistung des Dieselgenerators und durch dessen gleichmäßigere Belastung und das zweite durch

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Versorgung der Schweißtransformatoren 6 mit Strom der

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erforderlich. Frequenz und Spannung erreicht wird. Die Anwendung der erfindungsgeinäßen Maschine als Bestandteil einer Anlage für das Schweißen von Rohren mit einem Durchmesser

von ca. 1020 mm und einem Querschnitt von ca. 40000 mm er-

OS

möglicht das Dieselstromaggregat mit 500 kW Leistung, dessen Mot; or lebensdauer bis zur ersten vollständigen Instaad-

setzung 3OOU Betriebsstunde beträgt, gegen ein .Dieselstromaggregat mit einer Leistung von 100 kW einer Lebensdauer bis zur ersten vollständigen Instandsetzung des Diesels von 6000 Stunden auszuwechseln.

BAD ORIGINAL

e e rs e i t e

Claims

P 71 726-M-2i8Q4727

.......... - ü - 3, Febr. 1978

■ ■·'·' -' L/Br

■ ' ■ ■ - ···:-, PATENTANSPRUCH:

( } Direktabbrennschweißmaschine, welche von einem ortsveränderlichen Kraftwerk gespeist wird und SchweLßtr&nsfor-

die matoren, einen Stromgeber sowie einen Geber für Abbrenngröße umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie über eine Gleichrichter-Ladeeinrichtung ( 2 ), deren Singang an das ortsveränderliche Kraftwerk angeschlossen is"c, über eine Akkumulatorenbatterie (3>), deren üiingang mit dem Ausgang der Gleichrichter-Ladeeinrichtung (2) verbunden ist, über einen Inverter ( 5 )» dessen Eingang mit dem Ausgang der Gxeichrichter-Ladeeinrichtung (2) und der Akkumulatorenbatterie (3) in Verbindung steht und dessen Ausgänge an uie ochweißtransforinatoren ( 6 ) und den «-»tromgeber (7) angeschlossen sind, über einen für die Steuerung der Frequenz und der Spannungsgröße am Ausgang des Inverters (5) bestimmten Block (ü), dessen Eingänge an die Ausgänge des Stromgebers (V) und an die des Ge-

di e
bers (9) für Abbrenngröße und dessen Ausgänge an den j.nvercex·

und
(i?) angeschlossen sind über einen Lade- und Entladegeber dessen Eingang mit der Akkumulatorenbatterie (p) gekoppelt, und dessen Ausgänge an die Gleicnrichter-Ladeeinrichtung (2) und den Steuerblock (ü) angeschlossen sind, verfügt.