Что такое сварочный контур

Обновлено: 20.09.2024

Современный уровень развития сварочной техники и технологии сварки характеризуется использованием большого разнообразия источников нагрева, их энергетических характеристик и способов теплового воздействия на изделие. При рассмотрении процессов сварки как объектов автоматического управления целесообразно исходить из общей для всех способов сварки последовательности преобразования энергии.

Электрическая энергия, поступающая из промышленной сети, преобразуется в источнике питания в форму, наиболее полно соответствующую каждому конкретному источнику нагрева, который затем преобразует электрическую энергию в термическое воздействие на изделие и присадочный материал.

Таким образом, формирование сварного соединения можно рассматривать как результат функционирования двухконтурной системы источник питания – источник нагрева – сварочная ванна (рисунок. 5.1). Отдельные компоненты этой системы объединены ОС в сложную многосвязную систему. Действие этих связей проявляется в том, что изменения процесса формирования сварного соединения оказывают обратное воздействие на источники нагрева и питания. При дуговой сварке изменение глубины проплавления сопровождается изменением длины дуги, в результате чего изменяется напряжение дуги и режим работы источника питания.

F_и.п, F_и.н, F_с.в — векторы возмущений в источнике питания, источнике нагрева и сварочной ванне соответственно

Рисунок 5.1 – Схема сварочного контура

Из сварочных источников нагрева наиболее распространена электрическая дуга (для дуговой и плазменной сварки).

Все многообразие параметров процесса сварки можно условно разделить на три группы:

энергетические, характеризующие вклад энергии в процесс образования сварного соединения (напряжение и сила тока дуги, мощность источника нагрева, температура изделия, длительность отдельных сварочных операций);

кинематические, характеризующие пространственное перемещение или положение источника нагрева относительно изделия (скорость подачи электродной проволоки, амплитуда и частота поперечных колебаний электрода, скорость перемещения свариваемого изделия (скорость сварки));

технологические, характеризующие условия формирования и кристаллизации сварных швов, переноса электродного металла (диаметр электрода, форма и размеры разделки, зазор между свариваемыми деталями, вылет и угол наклона электрода, положение шва в пространстве, способ защиты наплавленного металла).

В производственных условиях технологический процесс сварки подвержен воздействиям — возмущениям, нарушающим его нормальное протекание и приводящим к отклонениям показателей качества сварного соединения от требуемых значений. Возмущения могут быть приложены к любому из трех компонентов сварочного контура.

По аналогии с классификацией технологических параметров все виды возмущений можно разделить также на три группы: энергетические, кинематические и технологические.

Источниками энергетических и кинематических возмущений являются промышленная сеть; колебания длины дуги и отклонения электрода от оси стыка; возмущения в основном сварочном оборудовании (источнике питания, аппаратуре управления, приводах подачи электрода и перемещения изделия).

Причины технологических возмущений — несовершенство технологии подготовки кромок свариваемой заготовки и их сборки; изменения химического состава свариваемого материала, состава защитного газа.

Непрерывно возрастающие требования к качеству сварных соединений при действии на объект возмущений могут быть удовлетворены лишь на основе использования САУ процессом дуговой сварки, которые выполняют следующие функции:

программное управление перемещениями рабочих органов сварочного оборудования;

управление последовательностью операций — системы программного управления сварочными циклами;

стабилизация режима сварки, обеспечивающая исключение влияния на сварной шов возмущений: по току и напряжению дуги, скорости сварки, вылету электрода, длине дуги, расходу защитного газа и др.;

автоматизация направления электрода по оси сварного соединения с помощью следящих систем;

компенсация отдельных технологических возмущений.

В последнее время разрабатывают системы, осуществляющие автоматическое управление процессом сварки с использованием математических моделей, описывающих процесс образования сварного соединения с учетом трудно контролируемых технологических возмущений. К ним относятся изменение химического состава основного и присадочного материалов, защитной среды; изменения условий отвода теплоты от области образования шва при переменной геометрии изделия и т.д.

Сварочный контур

В машинах точечной сварки контур состоит из консолей, элек-трододержателей, гибких и жестких щин, электродов, а также ряда других элементов. Размеры и. конструкция элементов сварочного контура зависят от типа машины, сварочного тока и усилия сжатия, рабочего пространства / и h (см. рис. 3.2).

Рис. 3.4. Корпус контактных машин:

а) точечной, рельефной и шовной сварки прессового тала; б) стыковой сварки

Чем дальше расположен трансформатор от электродов, тем больше вылет / и тем больше размеры деталей, которые могут быть сварены на данной машине без кантования. Однако увеличение’ вылета / и раствора h вызывает рост сопротивления вторичного контура и мощности, потребляемой из сети. Поэтому / вполне определенна для каждой машины и должна соответствовать стандарту или техническому условию на машины, например, 300, 500, 800, 1200, 1500, 1700 мм.

Верхнюю консоль изготовляют либо в виде короткого цилиндрического стержня, либо в ввде жесткой шины с гнездомкрепле-

нйя электрододержателя. В первом случае она воспринимает изгибающий момент от усилия сжатия, во втором—выполняет лишь функцию токоподвода, а изгибающий момент воспринимается ползуном и корпусом машины. Через гибкие и жесткие шины верхняя консоль соединена со сварочным трансформатором.

Нижняя консоль, соединенная гибкими шинами с трансформатором, подводит ток к электрододержателю. В машинах малой мощности она является одновременно и элементом, воспринимающим нагрузку от усилия сжатия. В современных машинах средней и большой мощности ее полностью или частично разгружают нижним кронштейном.

Нижняя цилиндрическая консоль, закрепленная в токоведущем контакте, имеет возможность поворота вокруг оси и перемещения в продольном направлений.(примерно на 10% ее длины). Это облегчает регулировку соосности электродов и переналадку машины в зависимости от формы свариваемых узлов. Кроме того, нижнюю консоль вместе с нижним кронштейном можно перемещать вверх-вниз ступенчато (на шаг болтов) или плавно.

Консоли изготовляют из меди, высокоэлектропроводящих бронз цилиндрической или плоской формы обычно с внутренним водяным охлаждением. Консоли небольших машин, особенно для микросварки, имеют естественное (воздушное) охлаждение.

Жесткость силовых элсмс! ггов (консолей, кронштейнов, стенок корпуса) в машинахточечной, рельефной и шовной сварки оценивают упругим вертикальным смещением электродов при номинальном усилии сжатия. При/J 500мм смещение не должно превышать 1 мм, при / = 500-1200 — 1,5 мм, при І і 1200 — 2 мм. Домкрат уменьшает смещение, но ограничивает минимальные размеры свариваемых узлов (например, длину и диаметр обечаек).

Электрододержатели служат для крепления электродов, одновременно являясь силовыми и токоведущими элементами. Их изготовляют из медных сплавов с высокой электропроводимостью.

В машинах рельефной сварки электрододержатели и электроды заменяют токоподводящими плитами (столами) с Т-образными пазами. При групповой многоточечной сварке на них укрепляются электродные плиты с электродными вставками или целые сборочно-сварочные устройства для совмещения, фиксирования, закрепления деталей. В связи с резким увеличением усилия-сжатия применяют мощные и короткие кронштейны. Высокая жесткость всех конструктивных элементов машины позволяет сохранить в определенных допусках параллельность рабочих поверхностей контактных плит и электродов, обеспечить высокое качество соединений. Сохранить параллельность вне зависимости от деформации консолей можно перемещением верхней электродной плиты в общих с нижней плитой направляющих, колоннах. Однако в этих случаях необходима электрическая изоляция одной из плит относительно общих направляющих.

При неравенстве высоты рельефов, напротив, строгая параллельность контактных поверхностей вызывает неравномерное распределение тока и усилия. В этом случае более эффективна самоуегановка одной из электродных плит путем ее шарнирного соединения с токоподводящей плитой.

В машинах шовной сварки вместо электрододержателей и электродов применяютроликовыеголовки (электродные устройства), Наиболее ответственным элементом роликовых головок является подвижный (скользящий) электрический контакт. Часто электрический контакт нагружают также и сжимающим усилием. В этом случае может значительно меняться. его электропроводимость и уменьшаться стабильность соединений при эксплуатации. Такое положение имеет место в машинах малой и средней мощности. Однако это упрощает конструкцию головок. В машинахболыной мощности и со значительными сварочными усилиями контакт разгружают, но головка усложняется.

В выпускаемых в настоящее время машинах применяется в основном два вида электродных устройств:

• устройства со скользящим контактом по типу «вал—втулка» (МШ-2201, МШ2202, МШ-3401, МШВ-4002, МШВ-7501, МШВ-8001, МШЛ-150);

• устройства со скользящим контактом, разгруженным от передачи сварочного усилия (МШ-3207, МШ3208, МШ3404, МШМІ, МШВ-160І, МШК-2002, МШВ-І202, МШВ-6303, МШН-7501, МШН-8501).

В машинах стыковой сварки (рис. 3.5) система токоподвода отличается от рассмотренных. Она состоит из контактных плит или подвижной и неподвижной колодок 3, укрепленных в стальных плитах 5. Гибкими шинами 2 к колодкам подводится ток от

Рис. 3.5. Сварочный контур машины стыковой сварки

сварочного трансформатора 1. На колодках монтируются электроды—губки 4.

.. Гибкие шины применяют доя возможности перемещения подвижных сварочных головок и нижней консоли машин точечной, рельефной и шовной сварки, а также под вижной плиты при стыковой сварке. Такие шины изготовляют из прямоугольных свободно изогнутых листов медной фольги наборными или витыми и скрепляют болтами с другими жесткими токоподводящими элементами. В машинах микросварки иногда прима шюттибкие провода из множества тонких проволок, впаянных в медные наконечники.

Гибкий кабель подвесных машин с отдельным трансформатором должен быть достаточно легким, гибким, длинным. Его изготовляют либо в виде двух отдельных проводов, либо в виде так называемого бифилярного кабеля, в котором параллельные изолированные проводники составляют прямую и обратную связь между клещами и трансформатором. В промежутках между проводниками циркулирует охлаждающая вода, что позволяет резко повысить плотность тока (до 100 А/мм2). Бифилярный кабель обладает малой индуктивностью, уравновешенностью электродинамических сил и значительно меньшими толчками при включении тока, чем в случае двух отдельных проводов.

Жесткие шины изготовляют из медного проката в виде плит, полос, уголков с внутренним водяным охлаждением. Они обычно не несут силовых нагрузок и используются как промежуточный элемент между клеммами сварочного трансформатора и гибкими шинами (в машинах точечной, рельефной, шовной сварки) или неподвижной плитой (в машинах стыковой сварки).

Контакты—участки крепления токоведущих элементов сварочного контура. Контакты разделяются на постоянные—неподвижные (в основном болтовые соединения), переменные— неподвижные (часто сменяемые соединения электрода с элект — рододержателем, послед него с консолью и др.) и подвижные (вращающиеся контакты в подшипнике роликовых головок шовных машин). Величина электрического сопротивления контактов в значительной мере меняется (особенно в переменных подвижных). Поэтому стремятся сохранить исходное качество контактов и снизить величину сопротивления за счет периодического подтягивания болтов* серебрения контактирующих поверхностей, применения электропроводящего смазочного материала и др.

Контактная сварка

Контактная сварка является востребованной технологией, которую активно используют в производственных и бытовых условиях. Во время нее производится соединение металлических изделий с использованием сильного нагревания и давления. В результате образуется прочное сварное соединение с ровной поверхностью.

Этот вид сваривания применяется для соединения однотипных изделий, тонких деталей. Несмотря на то, что данный метод уже длительное время применяется в разных областях производства, необходимо изучить его важные особенности и характеристики.

Общая информация

Что такое контактная сварка? А именно что лежит в основе данной технологии? Во время ее проведения производится соединение друг с другом металлических деталей. Этот процесс осуществляется за счет нагревания областей контакта деталей электрическим током с высокой величиной. Дополнительно для усиления сваривания применяется давление, которое осуществляет сжатие деталей с последующим расплавлением и охлаждением области сваривания.

Обычно контактную технологию применяют для однотипных изделий. Ее принцип основывается на преобразовании электрического напряжения в тепловую энергию в области соединения, именно она вместе с давлением образует прочное соединение. Применение электрического тока намного упрощает нагревание. Во время сварки должно создаваться необходимое давление, оно сможет обеспечить хороший контакт между поверхностями.

Обратите внимание! Давление, которое оказывается в процессе контактного сваривания, создают определенные механические части сварочного оборудования. Если технология будет осуществляться в соответствии со всеми правилами, то в итоге можно получить прочный, качественный и ровный шов.

Преимущества и недостатки

Сварка нержавейки и других металлов контактной сваркой является востребованной технологией. Она применяется в разных областях промышленности, и ее распространенность объясняется целым рядом преимуществ:

Но все же имеются некоторые недостатки, которые обязательно нужно учитывать при проведении контактного сваривания:

для проведения сварочных работ требуется дорогостоящее оборудование, которое может себе позволить не каждый;
стоит учитывать, действие тока при контактной сварке должно быть высоким - от 1000 Ампер. Это означает, что питание от электрических станций или других источников электроэнергии должно быть мощным;
швы, выполненные при помощи контактного метода, обладают не такой герметичностью, как, к примеру, соединения сделанные технологиями с использованием электродов;
сварщик при проведении контактной сварки обязательно должен тщательно следить за напряжением в области сваривания, оно не должно быть чрезмерным.

Принцип работы оборудования

Для проведения контактного сваривания могут применяться разные аппараты. В зависимости от условий оборудование может быть подвесным, стационарным или переносным. Часто приборы имеют узкую специализацию, но в продаже встречаются универсальные устройства.

Контактная сварка нержавеющей стали и других видов металла требует от сварщика определенной подготовки, специальных навыков, поэтому ее часто используют на производствах. Особой популярностью пользуется электросварка, а вот ручные методы применяются намного реже, данные аппараты обычно встречаются в автомастерских и на строительных площадках.

Стоит отметить! Каждый сварщик обязательно должен знать какое действие электрического тока используется при контактной сварке. Как было указано выше, оно не должно быть меньше 1000 Ампер, желательно больше. Этот показатель обеспечивает высокую скорость и производительность сварочного процесса.

Устройство контактной сварки состоит из следующих важных компонентов:

Механические элементы. Они помимо электродов включают компоненты для сжатия свариваемых частей, роликов. На стационарных приборах для создания требуемого давления, проката металлических заготовок применяется гидравлика.
В основе электрической части лежит трансформатор сварочного типа. Также в ее состав входят прерыватели цепи и другие необходимые компоненты, которые подают ток к сварной зоне, создают требуемое напряжение в режиме переменного или постоянного тока.
В сложном оборудовании предусмотрено много электроники, которая позволяет применять разные режимы контактной технологии. Также при помощи него можно регулировать ток контактной сварки и другие важные операции.

Виды контактной сварки

Виды контактной сварки имеют характерные отличительные особенности, которые обязательно нужно учитывать при проведении любого из методов. Они могут влиять на качество и вид сварного шва.

Точечная

Рассматривая способы контактной сварки, особое внимание стоит уделить точечному методу. Во время его проведения сваривание может производиться в одной или нескольких точках металлической поверхности.

Прочность и качество соединения зависит от нескольких факторов:

форма и размер используемого электрода;
показатель силы тока;
сила давления;
длительность рабочего процесса;
степень очищения поверхности металлической детали.

Современное сварное оборудование обладает высокой мощностью и скоростью. Они способны за минуту производить в минуту до 600 сварных соединений. Именно по этой причине данная технология применяется для сваривания частей электроники, кузовных компонентов автомобилей, самолетов, сельскохозяйственной техники. Помимо этого этот метод нашел применение во множестве других областей промышленности.

Рельефная

Контактная рельефная сварка по принципу работы похожа на точечную технологию. Но все имеется характерное отличие - сварное соединение и электрод обладают схожей, рельефной формой. Рельефность придает естественная форма детали, также она может достигаться за счет применения специальных штамповок.

Данная технология используется практически во всех областях промышленности. Также она может применяться в качестве дополнения, для сваривания рельефных деталей. При помощи этого метода часто производиться прикрепление кронштейнов и опорных деталей к заготовкам с плоской формой.

Шовная

Шовная контактная сварка нержавейки или многоточечная технология создает несколько соединений, которые располагаются близко или с перекрытием, формирую единое монолитное соединение. Если между точками находится перекрытие, то шов получается прочным и герметичным. Если же точки находятся близко друг другу, то соединение выходит не герметичным.

В промышленности этот метод применяется редко. Обычно используется перекрывающийся, герметичный шов. При помощи него создают баки, бочки, баллоны и другие подобные емкости.

Стыковая

Во время данной технологии при соединении детали плотно прижимаются друг к другу. После выполняется оплавление всей плоскости контакта. Этот метод имеет подвиды, которые подбираются в зависимости от типа, толщины металла, а также от требуемого качества соединения.

Важно! Самым простым способом считается сварка оплавлением, она предназначена для изделий из легкоплавкого металла с небольшой площадью пятна контакта. Технология с оплавление и плавлением с подогревом подходит для более прочных металлических элементов с огромным сечением.

Процесс сварки

Но все же в этом деле потребуется знание алгоритма сварочной технологии:

На начальном этапе сварные поверхности требуется очистить, тщательно обработать. Это необходимо для получения прочного и качественного соединения.
При сваривании показатель электрического напряжения на поверхности деталей должен быть одинаковым. Для этого поверхности максимально выравнивают. Они обрабатываются механически, при помощи травления, зачистки, рихтования или обезжиривающих средств.
После детали следует плотно прижать. Это можно выполнить с помощью механизмов или вручную, но в данном случае качество соединения выйдет не таким хорошим из-за недостаточного давления.
Затем при помощи оборудования подается ток на поверхность деталей. Сварщик обязательно должен знать какое действие тока используется при контактной сварке, если он хочет получить прочный и качественный шов.
Выделяемая тепловая энергия от электрического тока производит расплавление требуемой области металла. Она образует жидкое ядро, в котором возникают связи между поверхностями.
Давление, которое подается на металл, предотвращение вытекание жидкого металла за пределы рабочей области.
После прекращения подачи тока жидкое ядро быстро остывает. Оно образует качественное сварное соединение. Шов выходит прочным, ровным и износостойким.

Обозначение на чертежах

Иногда для проведения технологии может потребоваться чертеж или схема контактной сварки. На ней должны быть правильные обозначения параметров и важных критериев этого метода. Ниже имеется фото со схемой данной технологии.

Сварщик должен взять на заметку несколько важных обозначений:

на схеме видимый шов отмечается сплошной линией;
невидимое соединение - штриховой линией;
видимая сварная точка обозначается знаком плюс - «+». Оно выполняется основными сплошными линиями;
невидимая точка никак не отмечается.

Сварка, при которой используется контакт в виде электрического тока и давления - востребованная технология, при помощи которой можно создавать прочные и качественные соединения. Она применяется во многих областях промышленности, включая машиностроение, сельское хозяйство.

Этот способ подходит для изделий из разных металлов, сталей, нержавейки, с ним легко работать, и он безопасен для человека и окружающей среды. Но все же перед тем как приступать, стоит заранее узнать, какое действие тока при контактной сварке должно применяться, именно от этого зависит качество работ.

Интересное видео

Сварочный контур машин для сварки давлением. (Лекция 22)

1. КУРС ЛЕКЦИЙ-ПРЕЗЕНТАЦИЙ по дисциплине «ТЕХНОЛОГИЯ и ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ» лекция №22

2. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ №22

2
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ №22
Тема 21. Сварочный контур
Сварочный контур машин для сварки
давлением.
Конструкция сварочного контура
контактных машин.
Электрический расчет вторичного контура.
Схема расчета трансформаторов машин
для контактной сварки.

В качестве примера на рис. 1 представлен сварочный контур контактной точечной машины.
Основными его элементами являются электроды 1, непосредственно подводящие ток к
свариваемым деталям и передающие необходимые усилия для их сжатия;
электрододержатели 2, служащие для закрепления электродов; хоботы 3, соединенные с
механизмами, обеспечивающими необходимые усилия сжатия свариваемых деталей;
гибкие шины 4, соединяющие контактные плиты трансформатора с подвижными
элементами контура; сварочный трансформатор 5.
Как правило, жесткие элементы изготовляются из медного проката, отливаются из меди
или бронзы. Гибкие элементы изготовляются из медной фольги или гибких проводов,
состоящих из большого числа тонких проволок типа жгута или плетенки. Размеры и
конструкция вторичного контура определяются технологическими возможностями машины
и ее энергетическими показателями. Полезный вылет Lном и раствор Нном выбираются в
зависимости от габаритов свариваемых деталей.

Температура нагрева i-ro элемента обусловливается плотностью тока J,
соответствующей длительному, или расчетному, значению тока при ПВ=100 %. В
табл. приведены рекомендуемые плотности тока в элементах вторичного контура
в зависимости от материала элемента и условии его охлаждения.

Сечение i-го элемента рассчитывается по формуле
Здесь /2 — расчетный вторичный ток, соответствующий ПВ = 100 %. Значение
тока /2 может быть или непосредственно задано или определено из
соотношения
Активное сопротивление элементов вторичного контура гв слагается из
значений активных сопротивлений отдельных элементов n и сопротивлений
переходных контактов между ними гк, т. е. гв = 2гг+2гк.
Для расчета этого сопротивления вторичный контур разбивается на отдельные
участки, однородные по материалу и по конфигурации поперечных сечений.
Активное сопротивление отдельного элемента при 20 °С определяется по формуле
где г0— сопротивление постоянному току элемента, Ом; /i— длина элемента (по
направлению тока), м; qi — его поперечное сечение, м2; рi — удельное электрическое
сопротивление материала рассматриваемого элемента, мкОм-м; Кд—коэффициент
добавочных потерь, обусловленный неравномерным распределением тока в массивных
элементах контура.

Индуктивное сопротивление вторичного контура машины хв
Индуктивное сопротивление — это коэффициент пропорциональности между
ЭДС самоиндукции и током, протекающим по элементам вторичного контура
контактной машины. При протекании переменного тока по «прямому» и
«обратному» токопроводу вокруг него создается магнитное поле, силовые
линии которого пронизывают токопровод, в результате чего в нем будет
индуктироваться переменная ЭДС самоиндукции (ЭДС взаимоиндукции здесь
отсутствует, так как по «прямому» и «обратному» токопроводу течет ток,
одинаковый по значению), препятствующая прохождению тока по проводнику.
Для расчета индуктивных сопротивлений вторичных контуров однофазных
контактных машин частотой 50 Гц существует несколько методов, из которых
здесь рассматриваются три: по площади, по периметрам и метод
отдельных участков.
На основании опытных данных по замерам индуктивностей контуров машин
контактной сварки, проведенным на заводе «Электрик», выведена следующая
эмпирическая формула:
где SB — площадь, охватываемая
контуром, см2 (берется по осям
сечений сторон).

Приближенный расчет хв можно производить по упрощенной
эмпирической формуле, выведенной также в результате практического
исследования разнообразных контуров. По этой формуле при f=50 Гц
где Σ/в — суммарная выпрямленная длина всех элементов контура
при максимальных значениях раствора и вылета, см; С —
эмпирический коэффициент, значение которого лежит в пределах
0,976—1,35. В большинстве случаев С=1,26.
Эти два метода являются очень приближенными и в основном
используются только для ориентировочных расчетов контуров
простых конфигураций.

При более точном расчете LB или хв применяется метод отдельных
участков. При этом любой сложный контур разбивается на
отдельные участки, каждый иp которых отличается от других или
размерами и формой поперечного сечения элементов токопровода,
или расстоянием между их осями. ,
Расчет LB и хв, соответствующих частоте 50 Гц, по отдельным
участкам производится по эмпирическим формулам, приведенным
в таблице ниже. По ним определяются удельные значения Lвi и хвi,
приходящиеся на 1 см длины пары элементов рассчитываемого
участка токопровода, конструктивно расположенных lруг против
друга («прямого» и «обратного»):
Для упрощения расчетов приведены зависимости xBi от
коэффициента К, значения которого для различных сечений и
геометрических размеров токопровода.

Проектирование сварочного трансформатора осуществляется в следующем порядке.
1. Из технических условий на машину берется сетевое напряжение Uc в вольтах.
2. Для свариваемых деталей, принятых за номинальные, рассчитываются (или подбираются)
параметры режима сварки. Из их числа используются номинальный сварочный вторичный ток
/2ном в амперах и время сварки τ св в секундах.
3. В зависимости от заданной кратковременной производительности машины определяется
длительная часовая, по которой рассчитывается номинальное значение продолжительности
включения (ПВ) в процента.
4. В зависимости от того, к какой группе по нормируемым техническим требованиям относится
машина, определяются:
а) тип используемой аппаратуры управления и первичное напряжение трансформатора U1 в
вольтах
б) требуемая глубина регулирования вторичного напряжения трансформатора, шаг
нарастания напряжения по ступеням и ориентировочное число ступеней n /
5. Рассчитываются сечения токоведущих частей силового контура машины (сварочный
контур).
6. По конструктивным размерам контура рассчитываются его электрические параметры,
активное гв и индуктивное хв сопротивления в микроомах .
7. Для номинальных деталей определяется активное сопротивление участка электрод —
электрод в микроомах.
8. Предварительно задаются активное гт и индуктивное хт сопротивления обмоток сварочного
трансформатора.
9. Определяется требуемое вторичное напряжение трансформатора на номинальной ступени.
10. Аналогичным образом рассчитываются U20max и U20min в зависимости от диапазона
свариваемых деталей и регулирования вылета и раствора машины.

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДОВ И ЭЛЕКТРОДНЫЕ СПЛАВЫ
Электроды в процессе точечной и шовной сварки выполняют следующие основные
функции: сжимают детали, подводят ток, отводят теплоту, выделяющуюся в деталях
при сварке, и перемещают детали (при шовной сварке). Форма и размеры рабочей
поверхности, контактирующей с деталями, и вся конструкция электродов в целом
значительно влияют на качество сварных соединений и производительность процесса.
При точечной и шовной сварке электроды нагреваются до высоких температур за счет
теплоты, выделяющейся непосредственно в них при протекании тока, и за счет
передачи теплоты от свариваемых деталей. В контакте электрод — деталь на рабочей
поверхности электродов могут развиваться температуры при точечной сварке сталей
до 750° С и при сварке легких сплавов до 400° С. Характерной особенностью условий
работы электродов является циклический характер действия температур и давлении.
При точечной сварке на относительно жестких режимах с малой производительностью
(25—30 точек в минуту) за время паузы электрод обычно охлаждается до исходной
температуры. При сварке с большой производительностью (100—150 точек в минуту), а
также при использовании мягких режимов температура на рабочей поверхности
электродов за время пауз лишь снижается до некоторого значения.
Следует отметить, что трещины в электродах, как правило образуются после
увеличения диаметра контактной поверхности электрода при сварке более чем
на 20%, т.е после сварки 1,5—2 тыс. точек.

Электрический
расчет
трансформаторов
производится
в
такой
последовательности:
1. Задается число витков
вторичной обмотки w2,
выбирается
соответствующая схема
секционирования
первичной обмотки;
2. определяются
числа
витков
первичной
обмотки
на
первой,
последней
и
номинальной ступенях
3. требуемые
витки
разбиваются по секциям
(на электрической схеме
обмотки) и по ступеням
(в таблице ступеней).

Расчетные токи первичной обмотки и выбор сечения проводов. Номинальный
ток, протекающий по первичной обмотке трансформатора на номинальной
ступени, будет
где К1 — коэффициент, учитывающий влияние тока холостого хода на
номинальный первичный ток; К — коэффициент трансформации. По опытным
данным
Для длительного первичного тока численные значения i0следует выбирать не
более оговоренных ГОСТ 297—80
Эквивалентные величины будем дальнейшем называют расчетными и для
номинальной ступени вычисляют из соотношения
расчетные значения токов по ступеням, необходимые для выбора сечений
отдельных секций обмотки, определяются по формуле

Задавшись определенным значением плотности тока, находим требуемые
сечения витков в квадратных миллиметрах отдельных секций или участков
первичной обмотки по формуле
Для предварительного
расчета сечения витков
лучше всего брать
среднее значение
плотности тока для того,
чтобы при выборе
размеров обмоточного
провода по нормали
иметь запас по сечению
в ту или другую сторону.
Например, для
дисковых катушек из
медного провода с
изоляцией класса В, с
охлаждаемыми дисками
вторичного витка надо
принимать плотность
тока около 4 А/ мм
2

Одним из основных требований, предъявляемых к электродным сплавам, является их высокая
прочность при повышенных температурах. Поэтому от металла, используемого для электродов и
роликов, требуется также высокая электропроводность (особенно при сварке легких сплавов). Для
изготовления электродов, роликов и губок используются специальные медные сплавы.
Применение чистой меди M1 для
электродов, роликов и губок не
рекомендуется из-за низкой
стойкости. В отдельных случаях
рабочая часть электродов
изготовляется из вольфрама и
молибдена (в виде вставок и
наконечников).

Элементы конструкции электродов и роликов
1- рабочая поверхность;
2- средняя часть
3- посадочная поверхность
4-внутренная поверхность
Электроды машин контактной сварки: а, б –
точечной; в – рельефной; г – шовной; д – стыковой.

Сварочный или вторичный контур контактных машин

Представляет собой токоведущий элемент, по которому протекает сварочный ток.

Все эти элементы могут находиться по разному и иметь разную форму. Задача – с минимальными потерями пропустить сварочный ток через свариваемые детали.

Другая функция – необходимо выдержка сварочной нагрузки.

Рассмотрим контур по элементам:

Электрод – непосредственно прилегает к свариваемой детали передают сварочную нагрузку. Рабочая поверхность достигает температуры от 200 до 250 градусов Цельсия, температура основного тела электрода и токоведущих элементов меньше 100 градусов т.к. при увеличении нагрева увеличивается удельное сопротивление следовательно увеличиваются потери.

Электроды (самые нагруженные из элементов) не из меди М1 – выдерживает 5 – 10 точек, а из бронзы БрХ, БрК, БрНБТ. При внесении примесей в Cu, удельное сопротивление бронзы возрастает.

БрСр – удельное электрическое сопротивление 85% от М1.

Что бы повысить стойкость электродов их делают полыми, электрододержатель – с помощью конуса.

Все токоведущие элементы контура рассчитаны из условия нагрева, их сечения выбираются в зависимости от материала, функционального назначения и условий охлаждения. Электроды с интенсивным внутренним водяным охлаждением изготавливают из Сu, MK, MCp или БрК, БрСр.

Бронза МК: j = 20 – 45 A/мм из БрМ6Т медь М1 и медь с цинком j = 20 – 50 А/мм

Электродержатель БрХ, БрК j = 10 – 20 А/мм

Хоботы держатели, угольники, консоли медные М1:

- при воздушном охлаждении j = 1,8…2,2 А/мм2;
- при водяном охлаждении j = 2,4…3 А/мм2.

Соединительные гибкие шины МГм:

- при воздушном охлаждении j = 2,5…3 А/мм2;
- при водяном охлаждении j = 2,5…4 А/мм2.

Материалы легированные Cr, Si, Ni, Be, следовательно повышается прочность и уменьшается электропроводимость.

Исходные данные: свариваются детали (материал и толщина);

Способ сварки – точечная, шовная, стыковая.

По таблице выбираем параметры режима сварки Iсв, Uсв, Fсв.

Основные исходные данные для электрического расчета – сварочный ток и продолжительность включения установок:

- точечная машина ПВ 20%;

- шовная, стыковая машина ПВ 50%;

- конденсаторы. Машины переменного тока 10%.

Ток протекает импульсами; во время протекания происходит нагрев, во время паузы – охлаждение.

Расчетный ток будет тот, который будет нагревать до той Т0, что и сварочный ток, протекая непрерывно.

Приведенную jдоп выбираем так, чтобы элементы не нагревались выше 1000С.

Определившись со способом сварки, необходимо нарисовать эскиз. Самая простая конструкция у машин для стыковой сварки, сложнее – у машин шовной сварки (вращение роликов), надо выбрать площадь между вращающимся хоботом и крышкой так, чтобы плотность тока в контактах была ниже, чем в зоне контакта при вращении.

Подвижные контакты в шовной машине обладают большим сопротивлением, чем неподвижные. Усилие контактов берется приблизительно. На подвижных машинах сопротивление контакта Cu-Cu не превосходит (3-5)∙10-6 Ом. Сопротивление подвижного контакта (10-20)10-6 Ом.

Определяем активное сопротивление сварочного контура:

α – температурный коэффициент Ом/0С. α для электродов из Брк = 0,815; БрХ = 0,95; БрНБТ = 0,5; медь М1 =0,00392; Cu+Ag = 0,98.

При сварке на переменном токе:

Кп – коэффициент поверхностного эффекта, учитывающий, что сила тока на поверхности проводника, зависит от частоты напряжения металла проводника.

Rp – сопротивление первого метра проводника, Ом. (для БрХ Rp = 0,021 – 0,035).

Подсчитав сопротивление каждого элемента с учетом потерь для соответствующей частоты, мы суммируем сопротивление всех элементов и получим полное сопротивление, добавляя сопротивление контуров подвижных (в шовных машинах) и неподвижных, определяем активное сопротивление детали. Сопротивление в контактах делали с электродом и между собой в процессе сварки сильно меняются (вдавливаются), меняется сопротивление контакта, поэтому учитывается сопротивление Rэ-э. Rэ-э зависит от: состояния свариваемой поверхности, химического состава, величины изменяемого давления, Т0 во времени и толщины детали.

В процессе сварки параметры измеряются, Rэ-э измеряется:

- опытным путем;
- по аналогии со свариваемой деталью;
- расчетным путем.

Номинальный сварочный ток, таблица изменения сопротивления.

При стыковой сварке сопротивлением, торцы детали все время сжаты большим усилием, следовательно, Rgg мало и исчезнет при нагреве, Rэ-э еще меньше, его не учитывают. Вылет деталей велик и сопротивление детали значительно, оно увеличивается при нагреве.

При расчете Rgg при диаметре меньше 20…25 мм, принебрегаем Кп, так как он равен 1.

При стыковой сварке оплавлением сопротивление стержня расчитывается по той же формуле, но учитывается Rgg.

Vопл – скорость оплавления см/сек;
j – плотность тока А/мм2;
Кл – коэффициент, учитывающий свойства стали (1,1 для аустенитных, 1,0 для углеродистых).

Rgg = 100 – 1500 мкОм – для стали.

Сопротивление вторичной обмотки можно посчитать по таблице, в зависимости от мощности трансформатора.

Для расчета полного сопротивления нужно знать индуктивное сопротивление сварочного контура.

L2 – индуктивность;
f – частота.

Индуктивность зависит от формы, периметра и площади контура.

- по площади охватываемой контуром (точность 50%);
- по периметру;
- по методу отдельных участков.

где – суммарная выпрямляемая длинна всех элементов контура при максимальных значениях раствора Н и вылета l в см.
С – имперический коэффициент, зависит от параметров контура, С=1,26.

Более точный метод расчета (25%). Его суть: отдельные участки контура разбиваются в зависимости от конфигурации токоведущих элементов.

Вычислим активное и индуктивное сопротивление, найдем полное сопротивление контура:

z = 200 – 600 мОм (2 – 3 ∙ 10-3 Ом)

Зная величину сварочного тока, можем определить напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

U2ном – основной параметр для расчета сварочного трансформатора.

Схемы обмотки трансформаторов. Секционирование обмоток трансформаторов контактных машин.

Читайте также: