equipo para la soldadura por arco, con electrodo continuo, bajo

k
REGISTRO DE LA
PROPIEDAD INDUSTRIAL
19
ESPAÑA
k
1 011 059
kNúmero de solicitud: U 8902291
kInt. Cl. : B23K 9/16
11 Número de publicación:
21
4
51
B23K 9/09
k
12
SOLICITUD DE MODELO DE UTILIDAD
k
71 Solicitante/s: SUNARC, S.A.
k
72 Inventor/es: Serra Hernández, Joaquı́n
22 Fecha de presentación: 06.06.89
U
k
Pol. Ind. Can Sedó
08292 Esparreguera, Barcelona, ES
43 Fecha de publicación de la solicitud: 01.03.90
k
k
74 Agente: Manresa Val, Manuel
k
54 Tı́tulo: Equipo para la soldadura por arco, con electrodo continuo, bajo atmósfera protectora de
ES 1 011 059 U
gas.
Venta de fascı́culos: Registro de la Propiedad Industrial. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
1
ES 1 011 059 U
DESCRIPCION
El presente modelo de utilidad, consiste en un
equipo para 1 a soldadura por arco, con electrodo
continuo, bajo atmósfera protectora de gas, según
sistema MIG-MAG (gas inerte o activo), preparado para operar en corriente continua, con una
intensidad de soldadura pulsante ajustable por
cuatro parámetros, Para una adecuada y precisa
adaptación a las caracterı́sticas del material a soldar, del alambre de aportación constitutivo del
electrodo consumible, velocidad de avance de dicho alambre y tipo de gas empleado, de los que
deriva un óptimo control del proceso de fusión de
dicho alambre, evitando chisporroteos en la superficie de trabajo, siendo aplicable a la soldadura
de materiales férricos, aceros, aceros inoxidables,
aleaciones ligeras (Mg, Al, etc.).
Este conjunto es apto asimismo para la soldadura al arco con todo tipo de electrodos recubiertos y para soldadura en corriente continua o
sistema MIG-MAG normal, de intensidad no pulsante.
El principio de funcionamiento de estos equipos para soldadura de arco voltaico con electrodo
continuo e intensidad de soldadura pulsante, es
bien conocido y existen en la actualidad en el
mercado diferentes conjuntos operando conforme
a dicho sistema. Sin embargo, habida cuenta de
los altos valores de intensidad de trabajo (20 a
500 A), y las elevadas frecuencias (16 a 20 Khz);
con que actúan en conmutación los transistores de
potencia de que van dotados, con el fin de evitar
su calentamiento, ocurre en dichos equipos conocidos, que se hace indispensable utilizar unas redes importantes de pares de elementos resistivos y
condensadores (redes R-C), para absorción de las
energı́as inductivas generadas en el proceso y en
general para eliminación de parásitos, con los subsiguientes cableados de conexión, encarecimiento
del conjunto, mayor espacio de instalación y medios de ventilación.
El equipo para la soldadura por arco que se
preconiza se caracteriza frente a los antecedentes referidos por una particular disposición relativa de los componentes que integra, con la cual
se minimizan las referidas energı́as inductivas y
parásitos como consecuencia de la proximidad entre dichos componentes, disposición del circuito
de excitación de alta frecuencia y simetrı́a de las
conducciones entre los mismos.
Es caracterı́stico también de este equipo la utilización de transistores bipolares de puesta aislada IGBT, de potencia que hace posible disminuir el número de transistores utilizados corrientemente.
El equipo para la soldadura por arco, en
cuestión, dispone según tecnologı́a convencional,
de unos medios para alimentar los gases protectores y un fluido de refrigeración a la antorcha
de soldadura, medios de alimentación a velocidad
controlada de un alambre continuo, procedente
de un carrete, constitutivo del electrodo consumible y unos medios de suministro de una corriente eléctrica continua, de intensidad elevada,
pulsante selectivamente y ajustable a la citada
antorcha. El conjunto comprende asimismo, un
circuito electrónico de excitación a elevada fre2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
2
cuencia que comanda a un grupo de transistores
de potencia conectados en paralelo, cuyo circuito
se activa desde una fuente de pulsos constituida
por un dispositivo de control electrónico servocomandado en intensidad y que proporciona a dicho
circuito electrónico de excitación, una señal pulsante discreta de baja frecuencia (10 a 700 Hz),
que es la frecuencia precisa en la zona de soldadura.
El equipo que se propone, se caracteriza porque la baterı́a de condensadores que se emplean
para el alisado de la corriente continua rectificada,
se hallan montados en disposición adyacente y conectados a unas barras paralelas, constitutivas de
los respectivos polos, que se unen a través de unas
piezas puente, (por ejemplo unas pletinas en L),
una de dichas barras con un plano formado por la
base de un radiador de aletas que dispone de un
dispositivo de ventilación asociado, y la segunda
con una tercera barra transversal que se conecta
al colector de un grupo de transistores bipolares
de potencia de puerta aislada IGBT, por ejemplo
tres transistores de 400 amperios, conexionados
en paralelo y que van montados directamente sobre el citado plano del radiador y muy próximos,
disponiéndose en la proximidad de dicho grupo de
transistores IGBT, una placa que soporta al referido circuito de excitación a e levada frecuencia
que constituye un dispositivo modulador de anchura de pulso de la citada fuente, y que opera en
una frecuencia comprendida entre 16 a 20 KHz,
con unas conexiones de mı́nima longitud desde dicho circuito a la base y emisor de cada uno de los
transistores, cuyos emisores van unidos a través
de unas conexiones oportunas a unos respectivos
diodos también montados sobre el plano del citado radiador. El conjunto de los emisores de los
transistores empleados, puedan unidos por medio de otra barra transversal de cuyos extremos
se extrae la corriente de soldadura a través de
dos cables de longitud y sección idéntica, que se
unen a un punto común a partir del cual y previa intercalación de una inductancia, se llevan a
la antorcha de soldadura.
En una solución preferida, el equipo dispone
de dos inductancias interconectadas entre el citado punto común de los cables conectados a la
barra que puentea los emisores de los transistores
y la salida, determinando dos tomas diferenciadas para adaptación’ a distintas condiciones de
los materiales a soldar.
Para una mejor comprensión de las caracterı́sticas del equipo al que se refiere este modelo de utilidad, se describirá el mismo, en adelante con ayuda de una hoja de planos que ilustra
un ejemplo de realización, que deberá tomarse a
tı́tulo de ejemplo no limitativo, conforme al siguiente detalle:
La figura 1, es una perspectiva parcial de una
parte del equipo, en donde se grafia la disposición relativa de componentes que constituye la esencialidad de la invención
La figura 2, es un esquema en bloques del conjunto de componentes del equipo con indicación de sus interconexiones, y de la señal
pulsante suministrada a la antorcha de soldadura.
3
ES 1 011 059 U
La figura 3, muestra asimismo un esquema en
bloques del conjunto de la fuente generadora de pulsos, servocomandada en intensidad y del circuito para excitación a elevada frecuencia de los transistores o dispositivo modulador de anchura de pulsos,
habiéndose grafiado junto a la salida de
cada bloque, un gráfico de la forma de la
señal que proporciona el respectivo bloque.
5
10
Por último la figura 4, muestra una vista externa de la carcasa del conjunto, en donde destaca
una unidad diferenciada que corresponde al dispositivo para alimentación de alambre desde un
carrete.
En la figura 1 puede verse un radiador (1), de
aletas de considerable envergadura en cuyo plano
superior (2), van montadas junto a uno de sus lados mayores, dos barras longitudinales (3) y (4),
en material buen conductor eléctrico, paralelas a
dichos lados, coplanarias, a las que quedan unidos una serie de condensadores (5), formando una
bateria que se extiende en voladizo al exterior de
dicho radiador (1), y aplicados al alisado de la corriente continua suministrada por un rectificador
de corriente alterna a corriente continua, convencional.
La barra (3), constitutiva del polo negativo, se
une por medio de unas piezas puente en L, (6), al
plano (2), del radiador, en tanto que la otra barra
(4), constitutiva del polo positivo, se une a través
de unas piezas puente en L (7), de mayor longitud
con una tercera barra (8), que une los terminales colector de un grupo de tres transistores (9),
bipolares, de potencia, de puerta aislada IGBT,
que se hallan montados adosados al citado plano
(2). Dichos transistores (9), tienen su terminal
emisor (10), unido por unas conexiones (11), a
un respectivo diodo (12), montado también sobre la superficie (2), del radiador (1). Junto a
los citados transistores (9), queda dispuesta una
placa (13), que soporta un circuito de excitación
de alta frecuencia que comanda a los citados transistores (9), y que provoca su conmutación en un
régimen de frecuencia elevada para evitar su calentamiento.
El citado circuito (13), va unido por un cableado de mı́nima longitud (14), habida cuenta la
disposición de la citada placa, a los bornes emisor
(10) (doble), y base (15), de cada uno de los citados transistores (9). Por otro lado los emisores
(10), de estos transistores (9), quedan todos ellos
unidos a una barra electroconductora (6), transversal, a cuyos extremos se unen unos cables (17)
de grosor y longitud común, que confluyen en un
punto (18) previo a la salida del equipo hacia la
antorcha de soldadura (19).
Es de notar la ausencia de componentes R,
C (resistencias y condensadores) tı́pica de estos
equipos, que se ha logrado por la particular disposición relativa de los componentes conforme a
lo que se acaba de describir, además de la compacidad del conjunto, que permite reducir las dimensiones generales del equipo.
En la figura 2, puede verse en esquema el conjunto de medios y componentes que forman el
equipo que se propone y su especial interrelación.
Observamos ası́, una fuente de suministro de
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
4
gas (20) y una unidad de refrigeración (21), que
suministran gas y liquido de refrigeración hacia
una unidad (22), devanadora del alambre de aportación en la soldadura, en la que se han esquematizado una electroválvula (23), (control de gas),
y un motor (24), de arrastre del citado alambre
hacia la antorcha de soldadura (19). El citado
motor (24), queda a su vez gobernado por un dispositivo de control de velocidad, simbolizado en
el bloque (25), interrelacionado con la fuente (26),
suministradora de pulsos de amplitud controlada
según configuración deseada en la soldadura, que
integra un dispositivo de control electrónico servocomandado en intensidad (bucle (28)), a partir
del sensor (27), de intensidad, situado en el punto
común (18), en que confluyen los cables (17), conectados a la barra (16), o salida de los transistores (19).
La referida fuente generadora de pulsos (26),
puede comandarse a distancia conforme indica la
flecha (29), desde un punto exterior, por un robot
o autómata programable (PLC).
También se ha indicado en esta figura, los siguientes componentes de tipo convencional:
- interruptor general:
30
- contactor de potencia:
31
- transformador:
32
- rectificador:
33
- alimentación y circuiterı́a auxiliar:
34
- refrigeración (ventilador):
35
El equipo que se está describiendo, se caracteriza también, en una ejecución preferida, por disponer de dos tomas diferenciadas (36 y 37), del
cable de alimentación de potencia hacia la antorcha de soldadura (19), con la intercalación de dos
bobinas (38 y 39), cuyas bobinas producen un filtrado diferenciado de la corriente pulsante de alta
frecuencia y conforman la señal suministrada hacia la antorcha de soldadura, que será de frecuencia equivalente a la suministrada por la fuente de
pulsos (26), que también resulta filtrada de una
forma diferente por una u otra inductancia.
En la fı́gura 3 sea precia de una forma esquemática la interrelación entre la fuente (26), suministradora de pulsos con dispositivo de control
servocomandado en intensidad, y el circuito (13),
(optoacopiado), para excitación de los transistores (9), indicándose la forma de onda (diagrama
I,t), obtenida a la salida de cada uno de dichos
conjuntos.
El equipo permite controlar los valores de la
parte superior y de la zona baja de la señal suministrada por la fuente (26), ası́ como el tiempo
de estado alto y de estado bajo, separadamente,
y además conforme indica la flecha (38), doble, existe una interrelación entre las unidades
(26),(25), y (22), que determinan una actuación
semisinárgica del equipo, de manera que ante un
eventual incremento de velocidad del alambre de
aportación, se produce una modificación incremental automática de frecuencia de la señal generada por la fuente de pulsos, para adaptar adecuadamente la potencia entregada a la antorcha.
Los restantes parámetros definitorios de la señal
pulsante generada por la unidad (26), habrán de
ajustarse por medio de unos controles definidos
3
5
ES 1 011 059 U
en el panel frontal del equipo.
La figura 4, muestra la carcasa (40), que alberga el equipo de soldadura propuesto, que descansa en unas ruedas (41), observando que la unidad de alimentación del alambre de aportación en
la soldadura, se estructura en una caja-carcasa
(42), separada de la máquina (40), y la cual a su
vez dispone de un mando a distancia de la velocidad del alambre (no grafiado en detalle), y de la
longitud del arco, que se une a la unidad por el
cable (43), de conexión.
Sobre el panel frontal de la carcasa (40),
existen unos mandos (44), para ajuste de los
parámetros de la señal pulsante generada, conforme a las necesidades del material a soldar en
cada caso, y en la parte baja o zócalo de di-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
4
6
cho frontal, existen unas conexiones denotadas
genéricamente por el numeral (45), para acoplamiento de los cables y conducciones que suministran corriente, gas y lı́quido refrigerante hacia la antorcha de soldadura, y para adaptación
de unos conectores para control a distancia del
equipo, conforme a lo explicado.
Descrito en modo suficiente el presente modelo de utilidad, como para poder ser entendido
y puesto en práctica por un técnico en la materia,
se recaba hacer extensivo el privilegio dimanante
de la presente inscripción registral a las variaciones de detalle que no alteren su esencialidad, que
se resume en sus condiciones de novedad, en las
siguientes reivindicaciones que extractan y complementan a la memoria que antecede.
7
ES 1 011 059 U
REIVINDICACIONES
1. Equipo para la soldadura por arco, con
electrodo continuo, bajo atmósfera protectora de
gas, del tipo que dispone de unos medios para alimentar unos gases protectores y un fluido de refrigeración a una antorcha de soldadura, medios de
alimentación a dicha antorcha, a velocidad controlada de un alambre continuo, procedente de
un carrete, constitutivo del electrodo consumible
y medios de suministro de una corriente eléctrica
continua, de intensidad elevada, pulsante selectivamente, y ajustable, a dicha antorcha de soldadura, que comprenden una fuente generadora
de pulsos con un control electrónico servocomandado en intensidad, que proporciona una señal
pulsante discreta de baja frecuencia, ajustable, la
cual sufre una modulación de anchura de pulso
a través de un circuito electrónico de excitación
a elevada frecuencia que comanda a un grupo de
transistores de potencia conectados en paralelo,
caracterizado porque la baterı́a de condensadores empleados para el alisado de la corriente
continua rectificada, se hallan montados en disposición adyacente y conectados a unas barras
electroconductoras constitutivas de los respectivos polos, una de las cuales va unida a través
de unas piezas en puente, a un plano formado
por la base de un radiador de aletas con un sistema de ventilación asociado, y la segunda a una
tercera barra electroconductora longitudinal que
une los colectores de un grupo de transistores de
potencia de puerta aislada IGBT, conexionados
5
10
15
20
25
30
8
en paralelo y que van montados directamente sobre el citado plano del radiador y en situación
muy próxima, disponiéndose junto a dicho grupo
de transistores y en apoyo sobre el plano del radiador, una placa que soporta al referido circuito
de excitación a elevada frecuencia de dichos transistores, con unas conexiones de mı́nima longitud
desde dicho circuito a la base y emisor de cada uno
de los transistores, cuyos emisores quedan unidos
a un respectivo diodo montado sobre el radiador y
unidos entre si a través de una cuarta barra electroconductora longitudinal, de cuyos extremos se
extrae la corriente de soldadura a través de dos
cables de longitud y sección idéntica que se unen
a un punto común a partir del que se conexionan
a la antorcha de soldadura.
2. Equipo, según la anterior reivindicación,
caracterizado porque el conjunto de las barras
electroconductoras adoptan una disposición paralela y las que sustentan el grupo de condensadores
quedan emplazadas junto a uno de los lados mayores de la base del radiador y son coplanarias,
orientándose los condensadores en voladizo.
3. Equipo, según la reivindicación 1, caracterizado porque integra dos tomas diferenciadas
de conexión de la antorcha de soldadura, a partir
del punto en donde confluyen los cables conectados a la cuarta barra electroconductora citada,
con intercalación de una inductancia especifica
que proporciona un diferente filtrado de la señal
modulada en anchura de pulsos que se suministra
a dicho punto.
35
40
45
50
55
60
65
5
ES 1 011 059 U
6
ES 1 011 059 U
7
ES 1 011 059 U
8
ES 1 011 059 U
9