RU2311996C1 - Electric arc welding method and apparatus for performing the same - Google Patents
Electric arc welding method and apparatus for performing the same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2311996C1 RU2311996C1 RU2006116969/02A RU2006116969A RU2311996C1 RU 2311996 C1 RU2311996 C1 RU 2311996C1 RU 2006116969/02 A RU2006116969/02 A RU 2006116969/02A RU 2006116969 A RU2006116969 A RU 2006116969A RU 2311996 C1 RU2311996 C1 RU 2311996C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- frequency
- output
- pulses
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arc Welding Control (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии и оборудованию для дуговой сварки металлов и может быть использовано как в промышленных, так и в бытовых условиях.The invention relates to technology and equipment for metal arc welding and can be used both in industrial and domestic conditions.
Известен способ дуговой сварки, включающий преобразование напряжения источника электрической энергии в напряжение в виде разнополярных прямоугольных импульсов, следующих с частотой ультразвукового частотного диапазона. Преобразуют полученное напряжение на высокочастотном импульсном трансформаторе с падающей вольтамперной характеристикой и высокочастотном выпрямителе в сварочный ток в виде однополярных импульсов, следующих с частотой ультразвукового частотного диапазона, нарастание и спад которых сопровождается высокочастотной затухающей модуляцией. Модуляцию осуществляют за счет воздействия разнополярных прямоугольных импульсов на высокочастотный импульсный трансформатор, на резонансных частотах которого возбуждают высокочастотные затухающие колебания большой амплитуды (RU 2253551, МПК7 В23К 9/10, опубл. 10.06.2005).A known method of arc welding, comprising converting the voltage of an electric energy source into voltage in the form of bipolar rectangular pulses following with a frequency of the ultrasonic frequency range. The resulting voltage is converted on a high-frequency pulse transformer with a falling current-voltage characteristic and a high-frequency rectifier into a welding current in the form of unipolar pulses following the frequency of the ultrasonic frequency range, the rise and fall of which is accompanied by high-frequency decay modulation. The modulation is carried out due to the influence of bipolar rectangular pulses on a high-frequency pulse transformer, whose resonant frequencies excite high-frequency damped oscillations of large amplitude (RU 2253551, IPC 7 V23K 9/10, publ. 10.06.2005).
Известно устройство для дуговой сварки, содержащее высокочастотный преобразователь напряжения, вход которого соединен с источником электрической энергии, а выход - с первичной обмоткой высокочастотного импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с входом высокочастотного выпрямителя, а выход его - со сварочным электродом (RU 2253551, МПК7 В23К 9/10, опубл. 10.06.2005).A device for arc welding containing a high-frequency voltage converter, the input of which is connected to a source of electrical energy, and the output to the primary winding of a high-frequency pulse transformer, the secondary winding of which is connected to the input of a high-frequency rectifier, and its output to a welding electrode (RU 2253551, IPC) 7 B23K 9/10, publ. 06/10/2005).
Недостатками известного способа и устройства являются:The disadvantages of the known method and device are:
1. Падающая вольтамперная высокочастотного импульсного трансформатора обеспечивается его специальной конструкцией и подбором параметров импульсной последовательности импульсов тока. В частности, трансформатор должен иметь увеличенную индуктивность первичной обмотки и минимальные межобмоточные емкости, что усложняет его конструкцию.1. The incident current-voltage high-frequency pulse transformer is provided by its special design and selection of parameters of the pulse sequence of current pulses. In particular, the transformer must have an increased inductance of the primary winding and minimal winding capacitance, which complicates its design.
2. Амплитуда высокочастотных колебаний, возникающих на передних и задних фронтах импульсов за счет резонансных свойств трансформатора при его высокой добротности, может существенно превышать напряжение основных импульсов и стать причиной пробоя коммутирующих транзисторов. Кроме того, такие колебания на частоте около 20 МГц будут создавать значительные электрические помехи как по питающей сети, так и по эфиру. Для преобразования высокочастотных колебаний в однополярные импульсы на выходе необходимо использовать специальные мощные высокочастотные диоды с малым временем обратного восстановления или применять параллельное включение значительного числа маломощных высокочастотных диодов, что усложняет и удорожает конструкцию аппарата.2. The amplitude of the high-frequency oscillations arising at the leading and trailing edges of the pulses due to the resonant properties of the transformer at its high Q factor can significantly exceed the voltage of the main pulses and cause breakdown of commuting transistors. In addition, such oscillations at a frequency of about 20 MHz will create significant electrical noise both on the mains and on the air. To convert high-frequency oscillations to unipolar pulses at the output, it is necessary to use special powerful high-frequency diodes with a short reverse recovery time or use a parallel connection of a significant number of low-power high-frequency diodes, which complicates and increases the cost of the apparatus design.
Технический результат заключается в повышении качества сварных соединений путем осуществления сварки токами высокой частоты при минимальных электрических потерях и минимальном уровне электромагнитных помех, что позволяет создавать малогабаритные и легкие сварочные аппараты.The technical result consists in improving the quality of welded joints by welding with high frequency currents with minimal electrical losses and a minimum level of electromagnetic interference, which allows you to create small-sized and lightweight welding machines.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе дуговой сварки, включающем выпрямление сетевого напряжения, преобразование выпрямленного напряжения инвертором в знакопеременные импульсы напряжения, следующие с частотой ультразвукового диапазона, последующее трансформаторное преобразование полученных знакопеременных импульсов напряжения в знакопеременные импульсы сварочного тока, величину которого регулируют широтно-импульсной модуляцией длительности импульсов выходного тока инвертора, передачу знакопеременных импульсов сварочного тока к сварочному электроду проводят по параллельно изолированным электрическим проводникам, осуществляющим разветвление электрического тока. Длительность фронтов импульсов сварочного тока устанавливают в диапазоне 3,0-3,5 мск, а электрический пробой между сварочным электродом и свариваемым металлом осуществляют напряжением частотой 35-45 кГц.The essence of the invention lies in the fact that in the method of arc welding, including the rectification of the mains voltage, the conversion of the rectified voltage by an inverter into alternating voltage pulses, followed by an ultrasonic frequency, the subsequent transformer conversion of the obtained alternating voltage pulses into alternating welding current pulses, the magnitude of which is regulated by the latitudinal pulse modulation of the pulse width of the output current of the inverter, the transmission of alternating pulses welding current to a welding electrode carried by parallel insulated electrical conductors carrying electrical current branching. The duration of the fronts of the pulses of the welding current is set in the range of 3.0-3.5 Moscow time, and an electrical breakdown between the welding electrode and the metal being welded is carried out at a voltage frequency of 35-45 kHz.
В устройстве для дуговой сварки, включающем источник электрической энергии, содержащий входной выпрямитель, соединенный с высокочастотным инвертором, выход которого соединен с первичной обмоткой высокочастотного импульсного трансформатора, источник электрической энергии дополнительно содержит емкостной накопитель электрической энергии и управляемый балластный резистор, входом соединенный с входным выпрямителем, а выходом - с входом емкостного накопителя, выходом соединенный с входом высокочастотного инвертора, выводы управления которого подключены к выходу драйвера, входом соединенного с выходом ШИМ-контроллера, вход которого подключен к выходу блока формирования сигнала защиты и управления, входом соединенный с датчиком тока, включенным в первичную обмотку высокочастотного импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена со сварочным электродом через экранированный кабель, выполненный из параллельно расположенных и взаимно изолированных проводников, число которых равно или больше числа параллельно расположенных и изолированных проводников, объединенных в жгуты, из которых выполнены обмотки высокочастотного импульсного трансформатора. Число электрических проводников в жгутах должно быть больше 10.In the device for arc welding, including an electric energy source containing an input rectifier connected to a high-frequency inverter, the output of which is connected to the primary winding of a high-frequency pulse transformer, the electric energy source further comprises a capacitive electric energy storage device and a controlled ballast resistor connected inlet to the input rectifier, and the output - with the input of the capacitive storage, the output connected to the input of the high-frequency inverter, control outputs which is connected to the driver output, the input connected to the output of the PWM controller, the input of which is connected to the output of the protection and control signal generation unit, the input connected to the current sensor included in the primary winding of the high-frequency pulse transformer, the secondary winding of which is connected to the welding electrode via a shielded cable made of parallel and mutually insulated conductors, the number of which is equal to or greater than the number of parallel and insulated conductors s combined into bundles, which are made of a high-frequency coil of the pulse transformer. The number of electrical conductors in the bundles must be greater than 10.
Оптимальной длительностью фронтов импульсов сварочного тока является диапазон 3-3,5 мкс. При задании длительности фронтов ниже этого интервала растут потери в проводниках высокочастотного импульсного трансформатора вследствие эффекта вытеснения тока на высокой частоте и увеличения амплитуд высших гармонических составляющих. При длительностях фронтов, лежащих выше данного диапазона, растут динамические потери в коммутирующих элементах, что также приводит к большей величине суммарных потерь в высокочастотном инверторе и высокочастотном импульсном трансформаторе.The optimal duration of the fronts of the pulses of the welding current is a range of 3-3.5 μs. When setting the duration of the fronts below this interval, losses in the conductors of the high-frequency pulse transformer increase due to the effect of current displacement at a high frequency and an increase in the amplitudes of the higher harmonic components. With the duration of the fronts lying above this range, dynamic losses in the switching elements increase, which also leads to a larger total loss in the high-frequency inverter and high-frequency pulse transformer.
Электрический пробой между сварочным электродом и свариваемым металлом осуществляют высокочастотным напряжением частотой 35-45 кГц, поскольку в этом диапазоне обеспечивается минимум потерь в высокочастотном импульсном трансформаторе. При работе на частоте ниже 35 мГц для изготовления высокочастотного импульсного трансформатора необходимо использовать проводники большей длины, что приводит к росту суммарных потерь (в меди и стали). При работе на частоте выше 45 кГц суммарные потери в высокочастотном импульсном трансформаторе увеличиваются за счет возрастания потерь в сердечнике, что приводит к снижению кпд высокочастотного импульсного трансформатора.An electrical breakdown between the welding electrode and the metal being welded is carried out by a high-frequency voltage of 35-45 kHz, since in this range a minimum of losses in the high-frequency pulse transformer is ensured. When operating at a frequency below 35 MHz, for the manufacture of a high-frequency pulse transformer, it is necessary to use longer conductors, which leads to an increase in total losses (in copper and steel). When operating at a frequency above 45 kHz, the total losses in the high-frequency pulse transformer increase due to an increase in core losses, which leads to a decrease in the efficiency of the high-frequency pulse transformer.
На фиг.1 изображена структурная схема устройства для дуговой сварки, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.In Fig.1 shows a structural diagram of a device for arc welding, in Fig.2 - section aa in Fig.1.
Устройство для дуговой сварки содержит входной выпрямитель 1, соединенный с входом управляемого балластного резистора 2, выход которого подключен к входу емкостного накопителя 3, выходом соединенный с входом высокочастотного инвертора 4, выводы управления которого подключены к выходу драйвера 5, входом соединенный с выходом ШИМ-контроллера 6, входом подключенный к выходу блока формирования сигнала защиты и управления 7, вход которого соединен с датчиком тока 8, включенным в первичную обмотку высокочастотного импульсного трансформатора 9. Вторичная обмотка высокочастотного импульсного трансформатора 9 соединена со сварочным электродом 10 через экранированный кабель 11, выполненный из параллельно расположенных и взаимно изолированных проводников, число которых равно или больше числа параллельно расположенных и изолированных друг от друга проводников, объединенных в жгуты 12, из которых выполнены обмотки высокочастотного импульсного трансформатора 9. Число проводников в жгутах 12 должно быть больше 10.The device for arc welding contains an input rectifier 1 connected to the input of a controlled ballast resistor 2, the output of which is connected to the input of the capacitive storage 3, the output connected to the input of the high-frequency inverter 4, the control terminals of which are connected to the output of the driver 5, the input connected to the output of the PWM controller 6, an input connected to the output of the protection and control signal generating unit 7, the input of which is connected to a current sensor 8 included in the primary winding of a high-frequency pulse transformer 9. the toric winding of a high-frequency pulse transformer 9 is connected to the
Способ осуществляют следующим образом. Сварочный ток формируется путем выпрямления напряжения питающей сети входным выпрямителем 1 и последующего преобразования этого напряжения с помощью высокочастотного инвертора 4 и высокочастотного импульсного трансформатора 9 в знакопеременные импульсы сварочного тока частоты ультразвукового диапазона. Для исключения перегрузки питающей цепи первоначальный заряд емкостного накопителя электрической энергии 3 осуществляется через управляемый балластный резистор 2, который в процессе работы отключается и дальнейший подзаряд накопителя электрической энергии 3 производится непосредственно от входного выпрямителя 1. Формирование крутопадающей вольтамперной характеристики устройства, задание величины и стабилизация сварочного тока обеспечивается следующим образом. Путем ручного задания величины уставки на соответствующем входе ШИМ-контроллера 6 на его выходе формируются импульсы определенной длительности при неизменном периоде повторения. Эти импульсы через драйвер 5 поступают на управляющие электроды ключевых элементов высокочастотного инвертора 4 и обеспечивают их поочередное отпирание. На первичной и, следовательно, на вторичной обмотках высокочастотного импульсного трансформатора 9 формируются импульсы тока, близкие по форме к прямоугольным. В случае изменения в процессе работы устройства длины дуги и величины сварочного тока изменяется напряжение на выходе датчика тока 8 и длительность импульсов выходного тока на вторичной обмотке высокочастотного импульсного трансформатора 9 изменяется так, чтобы сварочный ток принял ранее заданное значение. Блок формирования сигнала защиты и управления 7 осуществляет стабилизацию сварочного тока на заданном уровне и обеспечивает защиту при превышении максимально допустимого его значения. С целью снижения потерь в активных элементах высокочастотного инвертора 4 последние работают в ключевом режиме, обеспечивая импульсный характер тока на выходе высокочастотного инвертора 4. Однако при этом в спектре тока появляются высшие гармоники, которые могут стать источниками эфирных радиопомех и дополнительных потерь. Для их уменьшения передача знакопеременных импульсов тока от высокочастотного импульсного трансформатора 9 к сварочному электроду 10 осуществляется по экранированному кабелю 11, содержащему не менее 10 параллельно расположенных и взаимно изолированных проводников.The method is as follows. The welding current is formed by rectifying the voltage of the supply network by the input rectifier 1 and then converting this voltage using a high-frequency inverter 4 and a high-frequency pulse transformer 9 into alternating pulses of the welding current of the ultrasonic frequency range. To avoid overloading the supply circuit, the initial charge of the capacitive storage of electrical energy 3 is carried out through a controlled ballast resistor 2, which is switched off during operation and further recharging of the storage of electrical energy 3 is carried out directly from the input rectifier 1. The formation of a steep-dc current-voltage characteristic of the device, setting the value and stabilization of the welding current provided as follows. By manually setting the value of the setpoint at the corresponding input of the PWM controller 6, pulses of a certain duration are formed at its output with an unchanged repetition period. These pulses through the driver 5 are supplied to the control electrodes of the key elements of the high-frequency inverter 4 and provide their sequential unlocking. On the primary and, therefore, on the secondary windings of the high-frequency pulse transformer 9, current pulses are formed, close in shape to rectangular. If the arc length and the magnitude of the welding current change during the operation of the device, the voltage at the output of the current sensor 8 changes and the duration of the output current pulses on the secondary winding of the high-frequency pulse transformer 9 changes so that the welding current takes a previously set value. The protection and control signal generating unit 7 stabilizes the welding current at a given level and provides protection when its maximum permissible value is exceeded. In order to reduce losses in the active elements of the high-frequency inverter 4, the latter operate in a key mode, providing a pulsed current at the output of the high-frequency inverter 4. However, higher harmonics appear in the current spectrum, which can become sources of radio-frequency interference and additional losses. To reduce them, the transmission of alternating current pulses from a high-frequency pulse transformer 9 to the
По сравнению с известными решениями предлагаемое позволяет повысить качество сварки токами высокой частоты при минимальных потерях, минимальном уровне электромагнитных помех. Использование для сварки тока высокой частоты позволяет стабилизировать сварочную дугу, обеспечить мелкокапельный перенос металла плавящегося сварочного электрода и тем самым повысить качество сварного соединения.Compared with the known solutions, the proposed one improves the quality of welding with high-frequency currents with minimal losses, a minimum level of electromagnetic interference. The use of high frequency current for welding makes it possible to stabilize the welding arc, provide small-drop metal transfer of the melting welding electrode, and thereby improve the quality of the welded joint.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006116969/02A RU2311996C1 (en) | 2006-05-17 | 2006-05-17 | Electric arc welding method and apparatus for performing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006116969/02A RU2311996C1 (en) | 2006-05-17 | 2006-05-17 | Electric arc welding method and apparatus for performing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2311996C1 true RU2311996C1 (en) | 2007-12-10 |
Family
ID=38903782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006116969/02A RU2311996C1 (en) | 2006-05-17 | 2006-05-17 | Electric arc welding method and apparatus for performing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2311996C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463137C1 (en) * | 2011-07-07 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Power supply for arc welding |
| WO2013012356A1 (en) * | 2011-07-19 | 2013-01-24 | Anpilov Sergej Mikhajlovich | Method for controlling a stand-alone inverter with a transformer output for rectangular wave ac arc welding and device for the implementation thereof |
| RU2510859C2 (en) * | 2012-06-19 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Device for arc welding |
-
2006
- 2006-05-17 RU RU2006116969/02A patent/RU2311996C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463137C1 (en) * | 2011-07-07 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" | Power supply for arc welding |
| WO2013012356A1 (en) * | 2011-07-19 | 2013-01-24 | Anpilov Sergej Mikhajlovich | Method for controlling a stand-alone inverter with a transformer output for rectangular wave ac arc welding and device for the implementation thereof |
| RU2510859C2 (en) * | 2012-06-19 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Device for arc welding |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100895478B1 (en) | Electric arc welder for variable ac input | |
| CN100588102C (en) | Method for generating output DC voltage and plasma processing DC voltage power supply | |
| Mishima et al. | A bridgeless BHB ZVS-PWM AC–AC converter for high-frequency induction heating applications | |
| JP5958531B2 (en) | Inverter device | |
| US6091612A (en) | Universal power supply for arc welder | |
| JP2006007313A5 (en) | ||
| Alonso et al. | High-voltage power supply for ozone generation based on piezoelectric transformer | |
| JP2019104040A (en) | Coated electrode welding system and welding power supply device for coated electrode welding | |
| CA3040443A1 (en) | Weed inactivation device | |
| CN106575927B (en) | Power conversion device | |
| EP0156846A4 (en) | Minimization of harmonic contents for mains operated solid state inverters driving gas discharge lamps. | |
| CN1270128C (en) | Microwave oven and its control method | |
| Ponce-Silva et al. | Assessment of the current-source, full-bridge inverter as power supply for ozone generators with high power factor in a single stage | |
| JP2004319296A (en) | Electromagnetic induction heating device | |
| RU2311996C1 (en) | Electric arc welding method and apparatus for performing the same | |
| WO2024045420A1 (en) | Ultrasonic power supply circuit and ultrasonic welding apparatus | |
| CN103737154A (en) | High-frequency square-wave DC (Direct Current) pulse coupling power unit used for electrical arc welding | |
| Ferreira et al. | A series resonant converter for arc-striking applications | |
| JP3425331B2 (en) | Power supply | |
| CN106112213B (en) | A kind of permanent-magnetic variable-frequency engine welder | |
| Singh et al. | Power quality improvement using three phase modular converter for welding power supply | |
| CN205950065U (en) | Permanent magnetism frequency conversion engine welding machine | |
| Das et al. | Design and Analysis of Soft Switching PWM DC-DC Power Converter with High-Frequency Transformer Link for Portable Arc Welding Machine | |
| TWI388117B (en) | Power supplying device and power supplying method | |
| RU2510859C2 (en) | Device for arc welding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160518 |