Машины контактной сварки

МАШИНЫ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

§ 5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАШИН

Машины контактной сварки состоят из двух взаимосвязанных частей — механической и электрической.

Механическая часть — это комплекс конструктивных элементов, создающих жесткость и прочность машины, воспринимающих усилия (корпус или станина, плиты, кронштейны, домкрат, упоры, консоли, электрододержатели, электроды), и механизмов, предназначенных для закрепления, сжатия и перемещения свариваемых деталей. Некоторые конструктивные элементы и узлы механизмов проводят сварочный ток.

Электрическая часть (см. гл. 6) обычно состоит из источника питания, преобразующего энергию сети промышленной частоты для получения сварочного тока (сварочного трансформатора, выпрямителей, иногда батареи конденсаторов и др.), и вторичного (сварочного) контура для непосредственной передачи тока к деталям (гибких и жестких токоведущих шин, консолей, электрододержателей, электродов, роликов, губок).

Управление и регулирование основных механических (усилие сжатия деталей, скорость вращения роликов, перемещение деталей и т. д.) и электрических (сварочный ток, вторичное напряжение, мощность) параметров машины осуществляются аппаратурой управления через соответствующие блоки (см. гл. 8).

Кроме жесткости, прочности и эксплуатационной надежности к механической и электрической частям предъявляют следующие требования: быстрота срабатывания и малая инерционность элементов машин, необходимые из-за малой продолжительности сварочного цикла; интенсивное охлаждение нагревающихся элементов; безопасность работы; маневренность элементов сварочного контура, позволяющая использовать машину для сварки изделий различной формы без сложной переналадки; надежная защита трущихся и контактных поверхностей от попадания воды, брызг расплавленного металла, пыли.

§ 5.2. КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Несмотря на большое многообразие типов, конструктивного оформления, мощности и назначения, машины контактной сварки классифицируют по разным признакам: виду сварки (точечные, рельефные, шовные, стыковые); назначению (универсальные* или общего назначения и специальные); способу установки (стационарные, передвижные или подвесные); роду питания, преобразования или аккумулирования энергии (однофазные переменного тока, трехфазные низкочастотные, с выпрямлением тока во вторичном контуре, конденсаторные); виду привода в механизмах давления (с ручным, грузовым, пружинным, электродвигательным, пневматическим, гидравлическим, электромагнитным и реже с другими типами приводов); степени автоматизации. Классификацию можно продолжить и внутри каждого типа машин для различных видов сварки.

Универсальные машины применяют для сварки различных металлов и деталей разнообразной формы, сечения и размеров. В таких машинах стараются расширить диапазоны свариваемых толщин более глубоким регулированием усилия сжатия, сварочного тока, совершенствованием динамических характеристик механизма сжатия, стабилизацией параметров режима. Универсальные машины должны соответствовать ГОСТ 297—80, в котором предусмотрены параметрические ряды машин по наибольшим значениям тока короткого замыкания, продолжительным номинальным длительным вторичным токам, номинальным усилиям сжатия и осадки, вылетам, растворам и т. д. Среди универсальных машин точечной, рельефной и шовной сварки более 90 % составляют машины прессового типа с двусторонним подводом тока, в которых электроды перемещаются прямолинейно, чаще вертикально.

Машина точечной сварки (рис. 5.1) имеет корпус 1, внутри которого или рядом расположен сварочный трансформатор 2. Колодки вторичного витка 14 соединены с консолями 7 и 10, электрододержателями 8 и электродами 9 гибким 3, 12 и жесткими 4, 11, 13 шинами. Один из электродов (как правило, верхний) перемещается вместе с ползуном 15 механизмом сжатия 16 и сжимает детали. Для разгрузки и повышения жесткости нижней консоли служит кронштейн 5, который может перемещаться вверх и вниз домкратом 6.

Машины рельефной сварки во многом аналогичны точечным. Однако они имеют массивные контактные плиты для крепления оснастки, более жесткий корпус и кронштейны, а также минимальное поперечное смещение ползуна в направляющих. Усиленный привод механизма сжатия имеет также и улучшенные динамические характеристики. Машины нередко имеют два сварочных трансформатора, расположенных по сторонам корпуса и включенных параллельно. Такие машины рассчитаны на возможность одновременной сварки нескольких точек с плавным нарастанием или пульсирующим включением тока.

В корпусе 1 машины шовной сварки (рис. 5.2) размещены сварочный трансформатор 3 и механизм вращения роликов с электроприводом 2. Электроды в виде вращающихся роликов 7 вместе с системами токоподвода образуют верхнюю 8 и нижнюю 6 роликовые головки. Верхний ролик перемещается вместе с ползуном 9 от

Рис. 5.1. Машина точечной сварки

механизма сжатия с пневмоприводом 10. Иначе, чем в машинах точечной сварки, выполнены токоведущие и силовые элементы сварочного контура (консоли, кронштейн 5 и др.). При сварке с наружным охлаждением используют корыто 4 для слива воды. В современных машинах шовной сварки обычно предусмотрена несложная переналадка верхней и нижней роликовых головок для сварки поперечных и продольных швов обечаек. Однако выпускаются машины только для поперечных или продольных швов.

Машина стыковой сварки имеет следующие основные узлы и элементы (рис. 5.3). На станине 1 установлены неподвижная 4 и подвижная 8 плиты с размещенными на них устройствами 6 и 7 для зажатия свариваемых деталей. Подвижная плита перемещается по направляющим 10 с помощью механизма подачи 9. Вторичный виток сварочного трансформатора 2 через токоподводы 3 и губки 5 зажимных устройств подключен к свариваемым деталям.

Машины контактной сварки средней и большой мощности обладают значительной массой (1—16 т), поэтому их устанавливают стационарно, а детали в процессе сварки перемещают. При сварке громоздких и тяжелых деталей, а также тонкостенных деталей

Рис. 5.2. Универсальная машина шовной сварки МШ-3201

Рис. 5.3. Машина стыковой сварки

сложной формы перемещают машину, применяют различные клещи, пистолеты. На рис. 5.4, а показана компоновка подвесной машины с отдельным трансформатором. В такой машине трансформатор располагают стационарно на расстоянии 1,5—3 м от деталей. Его соединяют с клещами (рис. 5.4, б) длинным гибким кабелем. Это облегчает клещи и повышает их маневренность. С помощью пистолета с отдельным трансформатором (рис. 5.4, в) можно соединять тонкие детали (0,05—0,15 мм) со сравнительно толстыми. Усилие сжатия создается вручную. Ток включается микровыключателем при сжатии пружины. Один из концов гибкого кабеля соединен с деталями. Пистолет может быть переделан в роликовый сменой инструмента и подключением прерывателя для шовной сварки.

Нередко компактный трансформатор встраивают в сами клещи, пистолет L (рис. 5.5, а, б). Это уменьшает сопротивление вторичного контура и потребляемую из сети мощность. Увеличенную массу клещей уравновешивают грузом.

Г Л А В А 6

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ МАШИН КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

§ 6.1. НАЗНАЧЕНИЕ И СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЧАСТИ МАШИН

Электрическая часть машины должна развивать при сварке требуемую мощность с достаточло высоким КПД и без недопустимого нагрева ее элементов; иметь соответствующую нагрузочную характеристику (см. § 6.3) и обеспечивать безопасность работы. При этом важными показателями машины являются потребляемая мощность из сети при заданном сварочном токе, коэффициент мош, ности машины и другие параметры.

Основными параметрами электрической части машины контакт ной сварки установлены. (ГОСТ 297—80): максимальный ток короткого замыкания /2Ктах во вторичном контуре машины, номинальный длительный вторичный ток /адп- н и наибольшая длительность /,.„ прохождения сварочного тока.

Указанные токи, а также необходимое значение и форму сварочного тока /св, протекающего через детали, получают путем преобразования или аккумулирования электрической энергии сети промышленной частоты 50 Гц, напряжением 380 В (или 220 В в машинах с наибольшей мощностью короткого замыкания менее 60 кВ-А) с помощью сварочных трансформаторов СТр, выпрямителей В или аккумуляторов Ак энергии (рис. 6.1). Для подвода сварочного тока к деталям Д служит вторичный контур ВК-

Сварочный трансформатор СТр, предназначенный для получения больших токов (до 300 кА) при пониженном (0,2—25 В) напряжении, включается в сеть или к аккумулятору энергии контактором Л' (см, рис. 6.1, а, ей г); в низкочастотных машинах трансформатор СТр подключается к трехфазному или шестифазному выпрямителю И (рис. 6.1, б). Необходимая чередующаяся полярность тока в трансформаторе СТр обеспечивается коммутатором полярности KII (см. рис. 6.1, а, б и г).

Вторичное напряжение (сварочный ток) регулируют путем изменения коэффициента трансформации трансформатора СТр (ступенчатое регулирование) с помощью секционного переключателя ступеней ПС, или путем фазового регулирования (плавное регулирование), или тем и другим (смешанное регулирование). В машинах с аккумулированием энергии в конденсаторах сварочный ток регулируют, изменяя напряжение или емкость батареи конденсаторов.

Фазовое регулирование сварочного тока осуществляется аппаратурой управления А'У (на рис. 6.1 показана штриховой линией).

Рис. 6.1. Структурные схемы элек-(П^ической части основных типов «Наш ин:

:в — однофазной переменного тока; б — Трехфазной низкочастотной; в — трех-■■зной с выпрямлением тока во вторичном контуре; г — конденсаторной

^"Этой же аппаратурой обеспечивается включение и выключение контактора или ^Выпрямителей, коммутатора Полярности, заданная по-'следовательность и продолжительность всех или части операций сврочного цикла И др. (см. гл. 8). В данной 'главе рассмотрены режимы работы, основные энергетические показатели, нагрузочные и внешние характеристики машин контактной сварки; принципиальные электрические схемы получения сварочного тока, их преимущества и недостатки, рациональные области применения; расчет вторичного контура; устройство сварочных трансформаторов; методика и пример расчета однофазного трансформатора и отличия в '.расчете трансформаторов других типов машин.

§ 6.2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ, ОСНОВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МАШИН

Машины контактной сварки, как правило, работают |} режиме с постоянными чередованиями включения и выключения ^варочного тока, связанными с установкой деталей для сварки, Сваркой, выдержкой их под давлением после сварки, съемом деталей М другими операциями.

Г Такой режим работы электрической машины, при котором кратковременная нагрузка (сварочный ток) чередуется с отключениями Мишины (пауза), называется повторно-кратковременным режимом. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относи-5рельной (в процентах) продолжительностью включения (ПВ), опре-•Целяемой по формуле

/7В=100/СВ//Ц==100/СВ/(*СВ + /П),

где /св — время сварки; tn — пауза (отсутствие тока) и tn —длительность полного цикла сварки (рис. 6.2, б).

При продолжительной работе (ПВ = 100 %, рис. 6.2, а) температура в любой токоведущей части машины плавно нарастает по экспоненциальному закону (кривая А, рис. 6.2, в) и достигает некоторого установившегося значения Ту. При прерывистом включении того же тока [Гкр = /дл, где /дл — длительный ток (ток при

Рис. 6.2. К определению режимов работы

машины:

а — ток при продолжительном режиме; б — токи

при повторно-кратковременном режиме; в — n.-i-

грев токопроводов при этих режимах

длительной работе) и /кр — кратковременный ток (ток при повторно-кратковременной работе машины), рис. 6.2, а и б] температура изменяется по кривой Б (рис. 6.2, в). Ее установившееся значение Ту<. Ту. Чтобы температура Т'у достигла значения Ту (кривая В, рис. 6.2, в), ток /кр = /дл должен возрасти до /кр при данном значении ПВ.

ПВ зависит от назначения машины и обусловлено технологией изготовления изделий тем или иным видом контактной сварки (для точечных машин 20 %, шовных 50 %, стыковых 20—30 %, для трубосварочных станов 100 %).

Таким образом, одинаковый нагрев токоведущих элементов может быть получен при протекании различных по силе токов: чем меньше ПВ, тем больше должен быть кратковременный ток, чтобы нагреть элемент до той же установившейся температуры, полученной при протекании длительного тока.

ГОСТ 297—80 устанавливает номинальный длительный вторичный ток /2ДЛ. н» при протекании которого нагрев элементов вторичного контура и трансформатора не превышает допустимых температур: для элементов вторичного контура не более 100 °С; для обмоток сварочного трансформатора 60—140 °С в зависимости от условий охлаждения и класса изоляции. Сечение токоведущих элементов определяют исходя из этой силы тока. При выбранном ПВ номинальный кратковременный (сварочный ток) также определяется током /2дл.Н-

Соотношение между кратковременным и длительным токами выводят из равенства теплоты /дл^ц, выделяемой в токоведущем элементе с сопротивлением г за время tn при продолжительном режиме работы (ПВ = 100 %), и теплоты /крг/св, выделяемой при протекании тока в повторно-кратковременном режиме (ПВ):

/к,

(6.1)

= /дл/100/ЯЛ

(6.2)

:/ир/ЛВ/100.

Из соотношения (6.1) следует, что при малых ПВ можно получить очень большой кратковременный ток во вторичном контуре. Это справедливо только с точки зрения нагрева элементов машины. Кратковременный ток не может быть больше максимального значения тока короткого замыкания /2Ктах машины, зависящего от максимального вторичного напряжения сварочного трансформатора

*(в режиме холостого хода) £/30тах и полного сопротивления короткого замыкания Z2K машины:

*2к max == U20 тах/^2к-

Сварочный ток зависит от электрического сопротивления свариваемых деталей rm и вторичного напряжения (У20 трансформатора:

/ев = U20/Z2 = С/20 / /('ээ + '2k)2 + *2к. (6'3>

где г2к и хщ — активное и индуктивное сопротивление короткого вамыкания машины, приведенное к вторичному контуру; Z2 = «= -/(г99 + r2Kf + л|к — полное сопротивление машины и свариваемых деталей (рис. 6.3).

Г Соотношение между токами /S„//CB колеблется в широких пределах: от 1,1—1,2 до 3 и более в зависимости от соотношения rJZtK. Значения U20 и Z2k = jAL + 4к определяются схемой получения и регулирования сварочного тока и конструктивным исполнением машины. Для осуществления сварки за время Ць во вторичном контуре и через детали должен протекать заданный ток /св. Если элек- \ тросопротивление (в основном активное) свариваемых деталей равно! г,», то активная (полезная) мощность, развиваемая на участке цепи \ между электродами,

Р — г Р — U I (6.4)

где иээ — падение напряжения на электродах,

Коэффициент полезного действия машины (КПД) где рг — активная мощность, потребляемая машиной из сети,

Рис. 6.3. Ориентировочное распределение затрат мощности при точечной сварке:

О — деталей из стали на однофазных машинах переменного тока; 6 — деталей из алюминиевых сплавов на низкочастотных машинах; в — треугольники сопротивлений схемы замещения машины

$,яв-А; у

А б В \

80 60 40

пА ■20 15 10 5

Щ3.0 cosf _,_^-

им p»

cosf

Рис. 6.4 Энергетические характеристики однофазной машины переменного тока

При точечной и шовной сварке на однофазных машинах переменного тока часто гээ < Z2K, поэтому ц = 0,1-1-0,3. При стыковой сварке оплавлением гээ > Z2K и ti > >0,9.

0 0, WO 200 300 № 500гзэ>мп0м

0 0,3 0,5

15 r„/z2„

Полезная мощность Рээ меньше активной мощности Ръ забираемой машиной из сети, вследствие потерь во вторичном контуре, трансформаторе и в вентильных контакторах (выпрямителях), особенно при сварке деталей из алюминиевых сплавов (рис. 6.3, б).

Полная кратковременная мощность машины, необходимая для выполнения сварочной операции,

S = Z2/2b, (6.8)

а предельная (максимальная) при коротком замыкании электродов машины

*Ьк max — ^Чк'чк max-

Коэффициент мощности (cos ф) определяется из соотношений
cos Ф = PjS = (гээ + r2„)/Z2, (6.9)

а при коротком замыкании электродов

cos фк = r2K/Z2Kt

причем cos фк всегда меньше cos ф (см. рис. 6.3, в).

С увеличением сопротивления г.гк машины cos ф увеличивается, а КПД ц уменьшается.

Степень полезного использования мощности машины характеризуется коэффициентом

v = PjS = т] cos ф = rjZ2;

при сварке деталей из стали v = 0,1-^0,4; при сварке деталей из алюминиевых сплавов v = 0,025^-0,08.

В качестве примера на рис. 6.4 изображены характеристики /са=./ Ы; U» = f{r„); Рвв = /(',вв); Л =/('*,); S = f(rQa); cos ф =:/ (/■«,) и r\ = f (rm), рассчитанные по (6.3)—(6.9), для однофазной машины переменного тока с параметрами: Uw = 5,1 В; /2К =.17 кА; Z2K = 300 мкОм; cos <pK = 0,27. Электрическое сопротивление свариваемых деталей г,аэ принималось равным 0—500 мкОм. Например, для значения гээ — 90 мкОм полезная мощность Рю, развиваемая на участке между электродами, составляет V4 полезной мощности S, потребляемой из сети при cos ф = 0,51 и ц = 0,53. При гаэ = Z2K = 300 мкОм мощность Рээ достигает максимального значения.

,, С целью улучшения энергетических показателей (cos ф, т), v) машин контактной сварки стремятся снизить сопротивление короткого замыкания Z2K машины, уменьшая частоту питающего вторичный контур напряжения и размеры (где это возможно) вторичного контура машины (например, путем приближения сварочного трансформатора к месту^сварки). Не рекомендуется использовать глубокое фазовое регулирование для уменьшения сварочного тока; в этом случае целесообразно уменьшить ступень регулирования вторичного напряжения трансформатора.

§ 6.3. САМОРЕГУЛИРОВАНИЕ, НАГРУЗОЧНЫЕ И ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИН

Анализ зависимостей, приведенных на рис. 6.4—6.6, позволяет судить о технологических возможностях сварочной машины, в частности, о допустимости сварки на ней конкретных деталей, о ее способности саморегулировать — корректировать процесс.сварки так, чтобы при возмущениях не происходило снижения качества результатов сварки, а также о необходимости использования тех или иных средств (аппаратуры) автоматического дерегулирования для полной отработки возмущений.

Саморегулирование и нагрузочная характеристика машин. Наглядное представление об изменении сварочного тока /св машины в зависимости от электрического сопротивления деталей гээ (обычно при точечной рельефной и шовной сварке определяется средним сопротивлением) дает нагрузочная характеристика (НХ), т.е. /св = f (гээ). Нагрузочную характеристику рассчитывают по соотношению (6.3) для каждой ступени трансформатора. Значение гзэ выбирают в диапазоне от нуля (ток короткого замыкания У2к) до 200—300 мкОм и более.

г33,мк0м

0,83 1,66 3,33

а)

Рис. 6.5. Нагрузочные характеристики:

а - однофазной машины переменного тока (1) и маш

кошу | е (2); б — машины МШВ-1601

и тока во вторичном

На рис. 6.5, а даны нагрузочные характеристики машин двух типов:

Рис. 6.6. Внешние характеристики:

а — однофазной машины переменного тока (7) и машины с выпрямлением тока во вторичном контуре (2); б — машины МТ-1217

1) однофазной переменного тока, построенной по уравнению

/ев = ^2o//(^ + 02 + 4k- 5,1 //(гээ + 81)2 + 2882.КГ6А,

£/зо = 5,1 В; Z2k = 300 мкОм; Г2к = U20/Z2K ~ 17 кА; cos фк == = 0,27;

2) с выпрямлением тока во вторичном контуре (при xiK = 0),
построенной по уравнению

/ев = ОУ(г3, -f г2к) = 2,28/(гээ + 60) 10-6А,

г2к — 60 мкОм; Ulo — 2,28 В: 1\к = U'2o/r2K — 38 кА. При сварке деталей (гээ — 90 мкОм) сварочный ток обеих машин /св = 15,2 кА.

Машина с выпрямлением тока 2, в которой отношение г^/г2к» ж 1,6 велико (мало внутреннее сопротивление rSK), имеет так называемую крутопадающую НХ, а машина однофазная переменного тока — пологопадающую (велико Z3K, мало отношение reJZ2u = = 0,3). Наклон их имеет прямое отношение к процессам саморегулирования (изменению /сн, Р»э и £4э) ПРИ возмущениях.

На качество сварки существенное влияние оказывают возмущения, связанные с изменением гээ (при стыковой сварке во время оплавления, при точечной рельефной и шовной от произвольных колебаний daJl, fCB, шунтирования тока) (см. гл. 9).

При сварке на машине 2 в случае изменения гэл значение /с„ отклоняется от исходного в значительно большей степени, чем на машине 1. Это объясняется тем, что при крутопадающей НХ машины 2 более активно идет процесс внутреннего (машинного) саморегулирования. Например, при снижении гээ в большей степени компенсируется снижение Рт за счет увеличения /св.

При одной и той же НХ активность саморегулирования зависит от свойств свариваемых металлов (значения гээ). В областях Б, В (см. рис. 6.4), которые характерны для точечной рельефной и шовной сварки металлов с высоким значением удельного электросопротивления р (легированные стали, сплавы титана) и для стыковой сварки

оплавлением, результаты сварки при возмущениях (например, при уменьшении гээ) за счет активного саморегулирования оказываются более устойчивыми, так как одновременно увеличиваются /св и Рт. В то же время, при тех же границах действия возмущений, в области А (характерна для сварки деталей с низким значением р — алюминиевые, магниевые сплавы) активность саморегулирования падает, соответственно снижается качество результатов сварки. Так, при точечной сварке легированных сталей на машине с крутопадающей НХ при г2ц = 70 мкОм при снижении гээ с 175 до 130 мкОм (примерно на 25 %) прирост тока за счет саморегулирования составляет 25 %, а Рээ увеличивается на 13 % (область В). При аналогичном снижении гЭд на 25 % (с 12 до 9 мкОм) при сварке сплава АМгб (область А) за счет больших потерь в г2к значение /св увеличивается всего на 5 %, а Рт уменьшается на 17 %.

По мере дальнейшего снижения гээ активность саморегулирования продолжает падать, одновременно снижаются границы допустимых возмущений.

При сварке сплавов с более высокими значениями р, например, сплавов на основе титана, процесс саморегулирования может полностью компенсировать снижение качества сварки в заданных пределах возмущения. Отмечаются случаи точечной сварки, когда за счет саморегулирования с уменьшением гээ размеры сварной точки несколько возрастают. При сварке конкретных деталей можно получить оптимальный эффект саморегулирования за счет 5ВК (см. § 6.5) путем переналадки конструктивных элементов мащины / и h (при этом изменяются Z2K, ^к и наклон НХ).

При стыковой сварке оплавлением за счет увеличения размеров и количества перемычек снижается гад. Для устойчивою оплавления необходимо непрерывное увеличение /св (активное саморегулирование), что обеспечивается машинами с крутопадающей НХ. В процессе стыковой сварки сопротивлением резко возрастает гээ. Поэтому для поддержания устойчивого нагрева зоны сварки стремятся сохранить постоянство сварочного тока, используя машины с полого-падающей НХ.

В рассматриваемых условиях произвольного колебания гээ, там, где саморегулирование не может в полной степени обеспечить постоянство качества сварки, применяют автоматическое дорегулиро-вание. Последнее обеспечивается, например, аппаратурой автоматической стабилизации иээ = гээ/св. Эта аппаратура сохраняет 1/ээ = — const за счет повышения уровня регулирования действующего значения сварочного тока и соответственно постоянства плотности тока /, удельной мощности./2Р и температуры в зоне сварки. Для выполнения этого условия (см. приведенный выше пример) за счет автоматического дерегулирования при сварке легированной стали ток дополнительно (свыше увеличения от саморегулирования) увеличивается на 10 %, Рэд на 23 %, а при сварке АМгб — более чем на 22 %,-Раэ на 52 %.

Использование аппаратуры с Us3 — const эффективно только при сварке металлов с высоким значением р (см. гл. 9).

На качество сварки влияют не только отклонения сопротивления гээ, но также колебания напряжения сети и изменения сопротивлений г2н и *2к машины (неравномерный нагрев токоведущих элементов, эрозия контактов, ввод в контур машины ферромагнитных масс — деталей, приспособлений). В большинстве машин контактной сварки аппаратура управления стабилизирует вторичное напряжение сварочного трансформатора при колебаниях напряжения сети. Меньшие изменения сварочного тока при изменениях г2к и лг2к имеют место при сварке на машинах с пологопадающей НХ, у которых относительно велико сопротивление Z2K. При больших колебаниях г2к, х2к используют автоматические стабилизаторы тока, например РТС1 (см. гл. 9).

В паспорте машины обычно приведены нагрузочные характеристики для всех ступеней сварочного трансформатора, по которым можно определить пригодность машины и ступень регулирования вторичного напряжения трансформатора для сварки деталей данной толщины и марки материала. Так, например, по НХ (рис. 6.5, б) машины МШВ-1601 для гээ = 130 мкОм и /св = 12 кА при шовной сварке деталей из коррозионно-стойкой стали толщиной 1,5 + + 1,5 мм находят точку Л, определяющую необходимую ступень трансформатора (VII).

Внешняя характеристика машины. Для однофазных машин переменного тока наряду с нагрузочными характеристиками используют и внешние характеристики — зависимости напряжения на электродах от сварочного тока, т. е. U% — f (/CB)> Для различных ступеней трансформатора.

Зависимость U2 = / (/Св) может быть выражена из соотношения
(6.3):

U ч =-/'U\q— X2KllB — Г2к/св. '•.

При холостом ходе (гээ = оо) /св = 0 и V% — £/20, а при коротком замыкании (гээ = 0) /2К = Ј/20/Z2K и U= 0. Промежуточные точки находят при значениях токов, меньших /2К.

Построим внешние характеристики для одной ступени машин:

1) однофазной переменного тока с параметрами: U2o = 5,1 В;
22к = 300 мкОм; Г2к = 5,1/300-10~6 = 17 кА; cos фк = 0,27; г2к =
= Z2K cos фк = 81 мкОм; хт — 288 мкОм. При этом уравнение
внешней характеристики

U2 = /5,Г2-288-10-'2/^в - 81 • 10-6/св;

2) с выпрямлением тока во вторичном контуре с параметрами:
[До = 2,28 В; г2к = 60 мкОм (х2к «0); Г2к = 2,28/60- 10"в = 38 кА.
При этом внешняя характеристика представляет собой прямую
линию:

Ц2 = и20 ~ г2к1св = 2,28 - 60- 10-6/св. На рис. 6.6, а представлены внешние характеристики / и 2 соответственно машин / и 2, а также проведена прямая линия гт1съ = == (/ээ, представляющая собой падение напряжения на свариваемых деталях (/'ээ = 90 мкОм). Точка пересечения этой прямой с внеш-232

ними характеристиками машин определяет сварочный ток (/св «яу 15,2 к А) для данных деталей (проекция на ось абсцисс) и падение напряжения на электродах Um «1,37 В (проекция на ось ординат). При сварке деталей с сопротивлением гээ = 90 мкОм на выбранных ступенях трансформаторов машин сварочный ток будет один и тот же (/св «15,2 кА).

Наклон внешних характеристик зависит от сопротивления 1Ш или г2к. Машины с пологопадающей НХ имеют крутопадающую внешнюю характеристику, и наоборот (см. рис. 6.5, а и рис. 6.6, а).

По внешним характеристикам, как и по нагрузочным, выбирают необходимую ступень трансформатора для сварки конкретных деталей. Так, к внешним характеристикам (рис. 6.6, б) машины МТ-1217 проведены две линии: линия 0Л, представляющая собой напряжение гээ/Св Для деталей минимальной (0,7 -f- 0,7 мм), и линия 0В — максимальной (1,5 -Ь 1,5 мм) толщины. Проекции точек пересечения внешних характеристик с линией АВ определяют значения сварочных токов для сварки деталей толщиной от 0,7 4- 0,7 мм до 1,5 -Ь + 1,5 мм. Зная значение сварочного тока, например, 12 кА, проводят вертикально линию до пересечения с линией АВ и получают точку С, определяющую необходимую ступень трансформатора (У), а ее проекция на ось ординат (точка D) определяет падение напряжения на свариваемых деталях (Um «1,5 В). Ток короткого замыкания на V ступени трансформатора /2Н «14 кА; UM = 4,2 В.

§ 6.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ ОСНОВНЫХ ТИПОВ МАШИН КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Технологические возможности машины — сварка заданных материалов и толщин — непосредственно связаны со схемой питания, которая должна обеспечивать необходимые значения и форму импульсов сварочного тока, а также его продолжительность.

По роду питания, преобразования или аккумулирования энергии машины классифицируют на группы (см. рис. 6.1). Так как машины каждого типа — однофазные переменного тока, трехфазные низкочастотные, с выпрямлением тока во вторичном контуре и конденсаторные — имеют свои особенности, рассмотрим электрические цепи, технико-экономические показатели и рациональные области применения машин каждого типа в отдельности.

Однофазные машины переменного тока. На рис. 6.7, а дана электрическая схема машины. Сварочный трансформатор СТр включается в сеть контактором К- Вторичное напряжение сЛ20 трансформатора устанавливают переключателем ступеней ПС. Значение и форма импульса сварочного тока зависят от типа контактора К (электромагнитный или вентильный) и настройки аппаратуры управления АУ контактором.

При использовании электромагнитного контактора падением напряжения А(/п в контакторе пренебрегают, и Um = Uvv (где Um — напряжение сети; U1T — напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора).

§ 9. АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ МАШИНАМИ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Назначение и структура аппаратуры управления. Аппаратура управления является важнейшей частью современного обору-лования контактной сварки, за последнее время она очень усложнилась. Стоимость этой аппаратуры составляет 20—60 % общей стоимости машины.

Аппаратура управления выполняет: включение и выключение сварочного тока, регулирование его силы, продолжительности п формы импульса; регулирование последовательное! и отдельных этапов цикла сварки; стабилизацию параметров режима сварки; включение и регулирование усилия сжатия электродов; изменение скорости вращения роликов (шовные машины) или перемещения подвижной плиты (стыковые машины).

В специальных случаях устанавливают дополнительную аппаратуру для автоматического регулирования по одному или нескольким параметрам (параметры режима или физические величины). В сложных специализированных машинах с помощью аппаратуры управления осуществляется программирование работы различных механизмов привода, загрузочных и разгрузочных устройств и сварочных циклов.

В производстве эксплуатируется электронная аппаратура нескольких поколений. К первому поколению относится аппаратура, в которой широко используются релейно-контактные элементы, радиолампы и вакуумные вентили. Аппаратура второго поколения по-проена на тиристорах, транзисторах и типовых транзисторных элементах. Применение типовых элементов сокращает время разработки аппаратуры и упрощает процесс ее промышленного изготовления. Ремонт аппаратуры сводится к замене неисправного элемента исправным.

Начинается разработка и внедрение в производство аппаратуры фетьего поколения с использованием интегральных микросхем, которые сохраняют преимущества аппаратуры второго поколения, чак как она построена также на типовых элементах. Кроме того, эта аппаратура обладает большими возможностями регулирования,

позволяет повысить точность и надежность отработки регули_ руемых параметров, более компактна и имеет меньшую стои__

IV, ОСТЬ.

На рис. 43 приведена типовая структурная схема аппаратуры управления однофазной коп так той машины, которая разбита на типовые блоки. Машина включается контактором К, Величина и форма импульсов, их продолжительность и повторяемость задаются блоком управления БУ, к который включают при необходимости узлы для плавною регулирования тока /, модулирования 2, стабилизации тока 3 и др. БУП обеспечивает перемещение электродов, создание усилия па них и его стабилизацию, вращение электродов, передвижение подвижного стола стыковой машины. Последовательность работы всех этих устройств обеспечивается узлами программирования 4, которые имеются в блоках БУ и БУП. Связь между входными командами с блоков управления и различными исполнительными устройствами осуществляется через функциональную аппаратуру (контакторы, клапаны, конечные и путевые выключатели и др.).

Машины для конденсаторной сварки, трехфазные низкочастотные машины и машины для сварки импульсом постоянного тока'имеют дополнительную аппаратуру для формирования соответствующих импульсов сварочного тока.

Аппаратура для включения и регулирования сварочного тока. Сварочный трансформатор контактной машины включается контактором со стороны первичной обмотки. Это облегчает его работу, так как уменьшается коммутированный ток и не протекает ток холостого хода вне сварки. От четкости работы контактора существенно зависит стабильность нагрева места сварки и качество сварного соединения.

Рис. 43. Структурная схема аппаратуры управления однофазными машинами для контактной сварки:

F, p, U — соотвстсч пенно усилие сжатия, давление сжатого воздуха, напряжение электрической сети; СТ — сварочный трансформатор; ПС — переключатель ступеней; К, — контактор; БУ — блок управления; БУП ■■■ блок усилия перемещения (вращения) электродов? БВВ — блок включения и выключения аппаратуры: / — узел фазорегулирования; 2 -— узел модуляции;,7 — узел стабилизации; 4 — узел программирования

Рис. 44. Вентильные контакторы:

а — игнитронный; 6— тпрнсторпып 64

Контакторы контактных машин работают в тяжелых условиях вследствие значительных коммутируемых токов, а в ряде случаев вследствие большой частоты включения (до 500 включений в минуту).

В зависимости от мощности и назначения машин применяют механические, электромагнитные или вентильные (ионные, тиратрон-ные или тиристорные) контакторы.

Механические контакторы ранее применяли только в маломощных машинах. Они разрывали небольшие токи. Их контактная система работала от механизма создания усилия на электродах через систему тяг, рычагов или кулачков. Они асинхронно включают сварочный ток. Их контактные системы быстро изнашиваются вследствие возникающей электрической дуги при разрыве цепи.

Электромагнитные контакторы по конструкции напоминают обычные электромагнитные пускатели. Основа их — электромагнит, к которому притягивается якорь с укрепленными на нем подвижными контактами. Электромагнитные контакторы для контактных сварочных машин обычно однополосные, имеют улучшенную динамическую характеристику и устройства, облегчающие гашение возникающей электрической дуги на контактах при размыкании. Производительность и надежность таких контакторов низкая, они не способны пропускать дозированное количество энергии при жестких режимах, поэтому их используют только в простейших точечных машинах малой мощности и в некоторых типах стыковых машин.

В большинстве машин устанавливают вентильные (игнитронные или тиристорные) контакторы. В каждом контакторе два вентиля (рис. 44), включенных встречно-параллельно. Анод каждого вентиля соединен с катодом другого и вся эта группа включена последовательно с первичной обмоткой сварочного трансформатора. Если полярность полуволны переменного напряжения такова, что напряжение линии Л\ положительно относительно JI2, то проводить ток будет левый вентиль. При обратной полярности проводящим окажется правый.

Наиболее распространены тиристорные контакторы. Основа этого контактора — тиристор — характеризуется долговечностью (до 12 000 ч), малыми размерами, высоким КПД (падение напряжения на тиристоре 0,5—1,5 В) и высокой надежностью в эксплуатации, его можно устанавливать в различных положениях в пространстве. Тиристор чувствителен к перенапряжению и требует соответствующей защиты.

Игнитронные контакторы используют преимущественно в мощных машинах. Основа этого контактора — игнитрон — представляет собой трехэлектродный управляемый ионный прибор с ртутным катодом. Игнитроны мало чувствительны к перегрузкам, однако длительность их работы обычно ограничивается стойкостью поджигателя (третий электрод, включающий вентиль) и составляет 1000 ч и более. К недостаткам игнитронов относят их большие габариты, возможность установки только в вертикальном положении, ненадежное поджигание и низкий КПД.

IV, ОСТЬ.

Рис. 43. Структурная схема аппаратуры управления однофазными машинами для контактной сварки:

Рис. 44. Вентильные контакторы:

а — игнитронный; 6— тпрнсторпып 64

небольшой мощности. Такой контактор в установившемся режиме обеспечивает полпофазное включение тока, но не исключает появления начальной несимметричности тока. Его тиристоры подбираются с некоторым запасом по току, чтобы избежать их перегрузки и выхода из строя. Управление осуществляется с помощью контакта К1 реле, включенного между управля-

Рис. 48. Кулачок электромеха- ЮЩИМИ электродами обоих ТИрИСТОрОБ.
пического регулятора времени На большинство машин устана-

вливают тиристорные контакторы с импульсным управлением от регуляторов цикла сварки, оснащенных фазоимпульсными выходными устройствами. Тиристоры имеют незначительную теплоемкость и их обычно охлаждают водой, помещая в специальный радиатор. Расход воды контролируют с помощью струйного гидрореле, установленного па сливе системы охлаждения.

Аппаратура для управления циклом сварки контактных машин. Последовательность действия механизмов машины, особенно для точечной и рельефной сварки, обеспечивается различными регуляторами времени (РВ) или цикла сварки (РЦС).

Обычно применяют регуляторы, выполняющие жесткую программу, при которой число регулируемых интервалов (до 6) и их последовательность не меняют. Они обеспечивают один и тот же порядок включения механизмов машины, позволяя независимо регулировать лишь время отдельных выдержек.

Выполнение различных элементов сварочных циклов в заданной последовательности обеспечивается путем отсчета времени, для чего используют различные регуляторы времени: механические, пневматические, электронные и др.

Простейшим является механический регулятор, обычно используемый для машин с электроприводом. Он представляет собой валик с несколькими насаженными па него кулачками. При вращении кулачок / (рис. 48) выступающей частью нажимает на рычаг 2, который, отклоняясь, замыкает электрические контакты 3. На этом принципе построены многокулачковые реле, которые управляют работой многоэлектродных точечных машин или машин для стыковой сварки. Эти реле просты по конструкции, надежны в эксплуатации, но для отсчета коротких импульсов сварки непригодны.

Пневматические регуляторы времени основаны на пропускании сжатого воздуха через калиброванные отверстия. Ранее их применяли на точечных машинах, сейчас они встречаются редко.

На современных машинах в основном используют электронные регуляторы времени непрерывного или дискретного (прерывистого) действия. В первом случае подготовительные процессы, отрабатывающие команду на включение каждой последующей позиции, протекают монотонно и зависят от накопления электрической энергии 68

в конденсаторах и разряда ее через сопротивление (система RC). В системах дискретного действия время выдержки определяется счетом поступающих тактовых импульсов, связанных, например, с частотой напряжения питающей цепи или с другой величиной, задаваемой специальными генераторами импульсов.

В качестве элементов реле в регуляторах времени используют реостатно-емкостные зарядно-разрядные цепи, транзисторные (типа «Логика») и тиристорные элементы, а в последнее время начинают применять элементы интегральных схем.

В электронных реле типа РВЭ-7 для отсчета времени широко используют систему RC с реостатно-емкостными зарядно-разрядными цепями и радиолампами.

На первом подготовительном этапе работы этого реле (рис. 49) при разомкнутом контакте К происходит заряд конденсатора С/. Сеточный ток /с проходит через лампу Л (указано стрелками) и за три-четыре полупериода конденсатор заряжается до напряжения, близкого к амплитудному напряжению между точками А и Г. При замыкании контакта К включается анодная цепь лампы на вторичное напряжение трансформатора Тр (точки А и В) и одновременно начинается разряд конденсатора С1 на параллельно включенное сопротивление R1. Реле Р срабатывает при определенной силе анодного тока, отключая или включая соответствующие устройства.

Рис. 4<). Схема электронного реле времени (а) и диаграммы (б) его зарядной цепи (tB — выдержка времени)

СЭ

Отсчет времени осуществляется от включения кнопки К и до включения реле Р, регулирование времени производится потенциометром R2. При перемещении движка потенциометра от точки В к точке Б уменьшается зарядное напряжение лампы. Последнее, налагаясь на напряжение разряжающего конденсатора с/д (рис. 49, б), уменьшает отрицательный потенциал сетки в те полупериоды, когда лампа может быть проводящей, так как совпадает по фазе с анодным напряжением. Чем больше напряжение Unr, тем больше остаточное напряжение на конденсаторе, при котором сработает реле, или меньше время его разряда. Изменяя сопротивление R2, одновременно изменяют напряжение заряда и напряжение разряда конденсатора, обеспечивая широкие пределы регулирования времени.

Рис. 4<). Схема электронного реле времени (а) и диаграммы (б) его зарядной цепи (tB — выдержка времени)

СЭ

одним или двумя импульсами тока разной силы и длительности, раздельным регулируемым интервалом; с одним сдвоенным импульсом тока, начальную и конечную части которого можно регулировать раздельно; с постоянным сварочным и ковочным усилием или с ковочным усилием, включаемым в заданный момент времени.

Рассмотренные регуляторы выполнены с широким использованием элементов системы «Логика-Т»,

Регуляторы РВТ-100М-1 и РВТУ-200М (разрабопши ПЭС им. Е. О. Патона) построены на элементах 'гпр^сюрпон /m^jmi Первый из них представляет собой чепэ.рехднаиазоппое 6ccKo''i<-i:,.i *<■. • реле с фазовым регулированием. Регулятор, управляющий „jLicipo-пневматическим клапаном переменного тока, содержи'i блок поджигания, способный включать как тиристорный, так и игнитронные контакторы.

Второй регулятор обеспечивает работу точечных контактных машин по сложному термомеханическому циклу. Цикл регулятора состоит из девяти операций: «Сжатие», «Подогрев», «Сварка», «Охлаждение», «Отжиг», «Пауза», «Задержка понижения давления», «Понижение давления» и «Пауза».

Регулятор позволяет программировать величину и длительность трех независимых импульсов сварочного тока, а также изменять по программе усилия сжатия электродов. Он обеспечивает плавное регулирование сварочного тока, модуляцию переднего фронта сварочных импульсов и стабилизацию тока при колебаниях напряжения сети. Сварочный ток может быть непрерывным или пульсирующим.

Синхронные прерыватели. Прерыватели такого типа объединяют устройства дли включения п выключения тока (контакторы) и аппаратуру для точного регулирования режима сварки (сварочного тока и его продолжительности). Эту аппаратуру применяют для точечной и шовной сварки деталей, когда к поддержанию режима предъявляются повышенные требования.

Длительное время электротехнической промышленностью выпускалось семейство прерывателей ПИТ и ПИШ. Прерыватели типа ПИТ использовали только для точечной сварки. Модификация этой аппаратуры (ПИТМ) позволяла получать модулированный импульс. Прерыватели типа ПИШ использовали только для шовной сварки. Аппаратуру выпускали со значительной унификацией узлов. Элементная база аппаратуры — электронные лампы и маломощные тиратроны, а вентильный контактор на игнитронах. Плавное регулирование сварочного тока возможно в пределах 50—100 %. Имеется стабилизация тока в зависимости от колебания напряжения сети.

Вместо этой серии в настоящее время выпускают прерыватели типа ПК и ПКТ, которые могут работать в режимах точечной и шовной сварки. В точечном режиме работы прерыватель при замыкании цепи пуска пропускает один импульс тока. Для следующего импульса необходимо разомкнуть и снова замкнуть цепь пуска. Точечные пре-

ыватели обычно работают совместно с регуляторами цикла сварки. • режиме шовной сварки прерыватель пропускает периодически по-

Таблица 3

Технические характеристики прерывателей тока

Параметр

Для точечной сварки

Для точечной

ПКТ-1200

ПКТ-1500

ПК-200

ПК-1200 1

Номинальный комму 'i мруемый ток силой, Л:

при ПВ 50%

при 11В 20% Число имиульсои скарочпого тока Предел;,; регулировании ныдерж-ки премени интервалов цикли, периоды;

предварительное сжатие

сжатие

импульс 1

интервал

импульс 2

проковка

пауза

начало ковки Пределы плавного регулирования действующего сварочного тока (фазовое регулирование), % Масса, кг

1200 1300 1 — 10

0—99 0—198 0—198 0—99 0—99 0—198 0—198 0—198 30—100

1500 3500 1-10

0-198 0—108 0—198 0—198 0-198 0—198 0-198.0—198 30—100

200 250

0—396 0-99 0—99

0—99 0—99 0—99 30—100

1300 ]

1 |

0-396 \ 0—99! 0-99

0—99 0—99 0-99 30—100

вторяющиеся импульсы тока, разделенные паузой. Прерыватели выпускают нескольких модификаций в зависимости от тока коммутации и типов установленных силовых вентилей (табл. 3). Структурная схема прерывателя этого типа показана на рис. 51. Блок регулирования БР во всех прерывателях одинаковый, а аппаратура включения тока меняется в зависимости от типа применяемого вентильного контактора. БР является наиболее сложным узлом. Его схема обеспечивает раздельное регулирование интервалов «Импульсы» и «Паузы», синхронное включение сварочного тока, плавное его регулирование, модуляцию переднего фронта импульса до 0,3 с. Схема блока выполнена на транзисторах и логических элементах.

Блок аппаратуры БА предназначен для подготовки цепей поджигания игнитронов и цепей включения тиристоров. В этом же блоке смонтирована аппаратура для выключения сварочного тока при перегреве. Блок поджигания БП предназначен для управления игнитронами, в качестве управляющих элементов применяют тиристоры.

Пневматическая и гидравлическая аппаратура. Для управления работой пневматического и гидравлического приводов контактных машин широко используют аппаратуру общего применения. Сжатый воздух, поступающий из цеховой сети в аппаратуру машины, должен быть очищен от твердых частиц размером более 0,05 мм, влаги


И 5Р
	! 1
[1\|\| \|1		!L Г" 1 1
tor;hh	■Ш	!

Рис. 51. Структурная схема прерывателей типов ПК и ПКТ;

о — на игнитронах; 6 «— на тиристорах

и компрессорного масла. Для такой очистки служит фильтр-влаго-отделитель, обычно, типа БВ-41 g металлокерамическим фильтрующим элементом.

При автоматическом смазывании трущихся частей пневмопривода и пневмоаппаратуры используют маслораспылители типа БМ 44 и др.

Для понижения давления сжатого воздуха и автоматического его поддержания применяют регуляторы давления (воздушные редукторы) различных типоразмеров (0,4—6,5 м3/мин) в зависимости от расхода воздуха.

Для управления подачей сжатого воздуха в камеры пневмо-цилиндров применяют воздухораспределители различных систем. Обычно они имеют электропневматическое управление. На рис. 52 изображен двухпозиционный четырех ходовой распределитель с электропневматическим управлением типа КЭП-15, используемый на контактных машинах. Клапан отличается быстродействием (до 300 ходов/мин). Для управления работой его подвижных частей служит электромагнит постоянного тока с небольшой потребляемой мощностью (15 Вт), что позволяет использовать клапан в машинах с бесконтактными системами управления. При отключенной катушке управления шток 2 с закрепленными на нем резиновыми буферами под действием пружины 1 занимает крайнее верхнее положение. При этом сжатый воздух, подаваемый из сети через отверстие К В корпусе 3, попадает в полость А, затем в полость Б и выходит в отверстие И, а отверстие Л сообщается с окружающей средой через отверстие Г.

На второй позиции подается напряжение на катушку электромагнита 6 и его якорь 5, втягиваясь, открывает доступ сжатого воз-

Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 224 | Нарушение авторских прав

<== предыдущая лекция	\|	следующая лекция ==>
7 Материальный баланс стали ШХ15 4 страница	\|	Институт Развития Бизнеса и Стратегий СГТУ приглашает всех желающих пройти обучение на курсах

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.103 сек.)