Какие источники питания применяют для контактной сварки

Обновлено: 28.04.2024

В связи с тем, что соединение при контактной сварке формируется за время, гораздо меньшее сварки плавлением, то это обеспечивает более высокую производительность и меньшее коробление детали, т.к. ЗТВ мала.

Т.к. процесс легко автоматизируется и более легко встраиваются поточные конвейеры, этот способ лучше применять при массовом и серийном производстве.

Этот способ нашел применение в автомобильной и авиакосмической промышленности.

Благодаря тому, что соединения, полученные контактной сваркой, обладают очень высокой прочностью и качество мало зависит от квалификации сварщика, то этот способ находит применение и в других отраслях.

Контактной сваркой сваривают толщины от сотых до десятых долей мм, а также до десятков мм. Также сваривают нефте- и газопроводы.

Для роботов применяют системы с повышенной частотой питающего напряжения, что позволяет уменьшить габариты трансформатора.

- точечная сварка;
- шовная сварка;
- стыковая сварка.

Однако разновидность этих способов достигает 300 наименований.

Точечная контактная сварка (Кт) – способ, при котором детали сваривают по отдельным точкам двумя электродами и к ним прикладывают давление сварки и пропускают ток сварки.

tu – время протекания сварочного импульса

Снимаем давление, деталь остывает и получаем литое ядро.

Формирование сварного соединения (литого ядра определенных размеров), определяется двумя физическими явлениями, являющимися значимыми:

1. Нагрев металла сварочным током
Q = J^2свRtu
2. Теплоотвод тепла из зоны сварки λ-теплопроводность

Т.е. в зоне между электродами действует тепло, выделяемое при прохождении тока и отводимое тепло в массу детали и электрода.

Т.к. Э. Томсон решил применить медные электроды, а λсu >> λстали, то форма литого ядра имеет благоприятную для сварного соединения чичевицеобразную форму.

Если увеличить Jсв и tсв, то начинает развиваться литое ядро.

Т.е. применение литых электродов и повышенный теплоотвод в них по сравнению с массой детали определяют развитие процесса плавления в литом ядре именно в массу детали, а не в сторону электрода.

В связи с этим снижается вероятность брака по причине плавления в ядре, т.е. прожег затруднителен, что определяет производительность точечной контактной сварки.

Рельефная сварка – ее можно отнести к одной из разновидностей точечной сварки.

Соединение при точечной сварке формируется при местном нагреве детали электрическим током и пластической деформацией в зоне соединения в счет усилия сжатия.

+ Q (R) – за счет повышенного сопротивления;
- Q (λ) – металлы активно отводят тепло.

Соединение образуется за счет двух эффектов:

Шовная контактная сварка (роликовая)

Кш – обозначение швов, детали сваривают перекрывающимися точками по линии качения роликов (электродов), сжатия детали р, подвода тока Jсв и перемещения детали со скоростью сварки Vсв – тоже с помощью этих роликов.

Применяется в тех случаях, когда нужно получить герметичное сварное соединение с помощью контактной сварки.

Герметичный шов – для сварки резервуаров, бензобаков, емкостей, полостей и др.

J = I / S – плотность тока
Jш – ток шунтирования

Процесс производится засчет выделения тепла и теплоотвода.

Шовная сварка разделяется на 3 процесса:

При этом способе, когда ток протекает непрерывно, получаем сплошной шов без явно выраженных литых ядер, перекрывающих друг друга. Недостатком является повышенный нагрев электрода и необходимость их частой перезаточки.

- отдельными импульсами (прерывистая)

Изменением тока Jсв по амплитуде, длительности его протекания - Jс, длительности его паузы - tn и скорости сварки - Uсв можно регулировать величину перекрытия литых ядер ln, обычно достаточно 25%, но не следует делать ln>50%.

Благодаря лучшему отводу от электродов стойкость их значительно повышается. При сварке жаропрочных сталей, обладающих низкой теплопроводностью и высокой стойкостью к деформациям при высокой t (жаростойкость) необходимо применять повышенные сварочные усилия, т.е. шаговую сварку.

Шаговая сварка – сварочный ток включают прерывисто, электроды останавливаются в момент пропускания сварочного тока.

Позволяет в момент остановки электродов и пропускания сварочного импульса осуществить более надежный контакт в зону протекания тока.

После выключения тока сварочные усилия в зоне контакта позволяют избежать горячих трещин.

Контактно – стыковая сварка

Существует несколько разновидностей контактно-стыковой сварки (Кс).

Рассмотрим способ контактной сварки сопротивлением, при этом детали сначала прижимают к электродам губками (призматические электроды) для обеспечения электрического контакта и невозможности проскальзывания детали между электродами.

Затем сжимают с усилием сварки Р нагрева, включают сварочный ток и детали в стыке нагреваются этим током Iсв. Затем прикладывают Росадки, в 1,5 – 2 раза меньше Рнагрева, потом включают ток и детали находятся под действием Р осадки.

В момент, когда деформируемое сопротивление наименьшее, прикладывают усилие осадки и выключают ток, при этом слои металла, нагретые до высокой пластичности, выдавливаются от центра стыка до периферии.

При этом из стыка выносятся остатки окисных пленок и град (металл на периферии зоны соединения).

Таким способом сваривают детали небольшого сечения, диаметром до 20-40 мм, соединение формируется в твердой фазе без расплавления металла в стыке. Нагретый пластичный металл выдавливается в град и в контакт вступают твердые нагретые частицы материала детали.

Недостатком является необходимость тщательной подготовки торцев под сварку и необходимость огромных мощностей установки для соединения больших сечений.

Второй способ – стыковая сварка оплавлением.

Технологически отличается от сварки сопротивлением тем, что напряжение на первичной обмотке трансформатора (и на вторичной) подается до момента контактирования свариваемых торцев.

Поэтому при сближении деталей в контактирование вступают отдельные микронеровности на торце, количество которых значительно меньше, чем в том случае, когда предварительно детали сдавили. Выступы сминаются и площадь контактирования возрастает. При первом контактировании возникает сварочный ток и он приходится на несколько микровыступов, отсюда плотность тока в контакте отдельных микровыступов настолько высока, что металл нагревается за тысячные доли секунды, а затем закипает. При этом происходит взрывное разрушение жидких перемычек контакта.

В контактирование вступают новые микровыступы и в зоне выступа появляются повышенные пары металлов, т.е. повышенное давление паров металлов в стыке защищает зону сварки, нагретую до tпл от взаимодействия с атмосферой.

При расплавлении торцев детали до такого состояния, когда на поверхности появляется тонкий слой жидкого металла, что гарантирует равномерный прогрев по всей площади стыка, к детали прикладывается усилие осадки. Жидкий слой с торцев выдавливается на периферию стыка – в град и под высоким давлением твердые части детали вступают в контакт, а т.к. tтв. ме вблизи жидкого слоя не намного ниже tпл и он был очень пластичный, то частично и твердый металл выдавливается в град и под давлением формируется прочное сварное соединение с минимальным количеством дефектов, т.к. продукты разложения и окисные пленки были выдавлены в град.

Стыковая сварка оплавлением обеспечивает более качественное соединение, т.к. металл на поверхности торцев, на которых могли быть загрязнения, удаляются при взрыве жидких перемычек в процессе оплавления.

Жидкий слой и часть пластичного металла также выдавливаются в град и в контакт вступает абсолютно чистые (молодые) поверхности.

Не требуется тщательной обработки свариваемых торцев как при сварке сопротивлением.

Более того, при сварке деталей с разным сечением делают специальный скос кромок, тогда площадь начального контактирования уменьшается и процесс оплавления эффективнее, а по мере процесса детали прогреваются и имеют нормальную форму.

Стыковая сварка прерывистым оплавлением или оплавлением с предварительным подогревом

При стыковой сварке крупногабаритных деталей: железнодорожных рельсов, труб, магистральных трубопроводов – для облегчения процесса начальной стадии оплавления применяют прием, заключающийся в том, что вначале детали медленно сводят до возникновения контакта и образования жидкости и паров металла. Затем разводят детали и тепло, выделившееся в зоне сплавления, распространяется в массу детали и они нагреваются.

Затем вновь создают контакт между торцами до тех пор, пока торцы не нагреются, что последующий процесс будет идти стабильно, без перерыва.

Контактная рельефная сварка (Кр)

Ее можно отнести к разновидностям точечной сварки. Применяется при сварке деталей, занимающих большое пространственное положение.

Обычно процесс по схеме 1 не получается, т.к. контактирование по всем участкам нашей детали не может быть одинаковым в связи с разницей в качестве подготовки, условиями деформирования, месторасположением контакта от токоподвода.

Данный процесс контактной рельефной сварки перекрещивающихся прутков происходит с формированием соединения в твердой фазе с выдавливанием жидкой фазы на периферию.

Для обеспечения равных условий контактирования и деформирования большого количества деталей нужно приложить сначала ковочное сварочное усилие (или усилие предварительного сжатия), которое отрихтует все прутки, обеспечит надежный контакт каждой детали с электродом и друг другом. Это должно обеспечить незначительную деформацию деталей в контакте.

Затем усилия снимаются до значения усилия сварки. Т.к. одинаковые условия контактирования всех деталей не гарантированы, но лучше сначала обеспечить импульс тока подогрева, при котором детали в контакте и под действием сварочного усилия разогреются.

Затем можно еще Jпод, после этого включают ток сварки.

Для снижения коробления прикладывается ковочное усилие и получаем многоточечное соединение с высоким качеством.

В начальный момент ток течет по вершинам, площадь мала и ток высокий, они начнут плавиться, а потом деформироваться от сварочных усилий. Получим литые ядра и незначительные следы без подгаров и пригаров.

За одну операцию контактной рельефной сварки получаем несколько сварных соединений. Но когда детали имеют защитное покрытие, которое должно остаться на поверхности после сварки, то следует применять только рельефную сварку, т.к. благодаря большой площади между электродом и деталью плотность тока будет мала и покрытие сохранится.

Схемы питания машин контактной сварки

1. Однофазные машины переменного тока.
2. Машины с накоплением энергии во время пауз между сварочными импульсами.
3. Низкочастотные с питанием трансформатора от трехфазной цепи через выпрямитель.
4. Машины с выпрямлением сварочного тока во вторичном контуре, питание от трехфазной цепи и трехфазного трансформатора.

1. Простота преобразования энергии.

2. Широкий диапазон регулирования сварочного тока за счет изменения угла управления вентилем.

Современная аппаратура обеспечивает синхронное включение сварочного тока. При этом предусматривается, что последовательность импульсов начинается с полупериода другого направления, чтобы уничтожить остаточный магнитный поток с предыдущего полупериода.

3. Регулирование длительности сварочного импульса можно осуществлять под 0, 0,1 сек. до очень больших пределов, определяя лишь целостность охлаждения обмоток трансформатора и токоведущих элементов.

1. Неравномерная нагрузка фаз потребления энергии из фазы А и В, из С - нет. Надо чередовать фазы.

2. Высокая индуктивность вторичного и первичного контура. Особенно высокая индуктивность сопротивления и потери при высоких размеров вылета и размеров высоты, при введении перритных масс в контур. Эта огромная мощность машин до 300-400кВА для точечных машин, для рельефных машин – до 2000кВА

Нежелательно изготавливать машины большой мощности, т.к. тепловая мощность, выделяется на деталь значительно меньше (составляет 50-60% от мощности).

3. Больше потери.

Используют низкочастотные машины (чтобы компенсировать эти недостатки).

Индуктивное сопротивление первичной и вторичной обмотки терристора и сварочного контура меньше, чем при переменном токе, т.к. скорость изменения тока в несколько раз меньше, чем при переменном токе частотой 50 Гц.

Равномерно нагружающаяся фазовая сеть. Потери снижаются. Недостаток: ограниченная продолжительность импульса, чем больше коэффициент трансформации, тем длительность импульса больше, амплитудное значение уменьшается.

Основным минусом низкочастотной машины является ограниченное время протекания сварочного импульса. Гораздо большую длительность при min потерях обеспечивает машина с выпрямителем сварочного тока во вторичном контуре. Используется 3-х фазный трансформатор.

Тиристоры Т1,Т2, Т3 подают на соответствующие обмотки трансформатора Тр. полупериуды соответствующих фаз сдвинутых на 120 градусов. Длительность протекания импульса практически неограниченна, но следует учитывать что следование импульса в одном направлении в каждой фазе оставляет остаточный магнитный поток. Однако импульсы по другим фазам замыкают магнитный поток через соседний стержень.

Для того что бы ток протекал в одном направлении в цепь вторичной обмотки включаются диоды.

При трехфазном трансформаторе:

Диоды Д1, Д2, Д3 для того что бы они не сгорали, собираются из блоков из несколько параллельных диодов.

Большое количество диодов приводит к большому падению напряжения. Для увеличения напряжения на вторичной обмотке делают либо в два раза больше витков либо уменьшают сечение первичной обмотки, следовательно, изменить сечение шины, на которую наматывают вторичную обмотку. Делают контур с большим вылетом и раствором. Эта машина обладает хорошими качествами: варят высокотеплопроводы, стали, и т.д.

Отличаются тем, что энергия сварочного импульса накапливается в батарее конденсатора в период пауз между сварочными импульсами. Заряд батареи относительно малым током, т.к. продолжительность заряда гораздо больше времени разряда поэтому ток питающей сети гораздо меньше чем во всех остальных рассмотренных схемах.

Наиболее точно дозируют энергию вводимую в зону сварки. Варят детали из теплоэлектропропроводных металлов, тонкие детали.

У этой машины очень широкие возможности по вариантам изменения энергии.

Благодаря возможности изменения напряжение заряда конденсатора и возможности изменения ёмкости конденсатора и коэффициента трансформатора базирование импульса осуществляется в широких пределах и с высокой точностью.

При сварке тонких и особотонких деталей необходимо обеспечить высокую повторяемость параметров всех последующих импульсов т.к. падение напряжения сети мало влияет на энергию запасенную конденсатором, легко применим стабилизатор, т.к. не требуется большая мощность, то стабильность сварки самая высокая.

Напряжение сети. Тр. повышающий до 450–500 В, часто изменение напряжения составляет 10 В. Через Д3. переменное напряжение выпрямляется и импульс тока заряжает С1, С2, С3.

Сопротивление (Rзар) ограничено силой тока заряда (Iзар) с целью снижения тока питающей сети I.

Наводится магнитный поток на вторичную обмотку формирующегося импульса напряжения аналогичной формы.

При такой скорости нарастания тока тепло не успевает перейти в другие зоны, окружающего сварного соединения, свариваются Al и Cu сплавы.

При сварке алюминия возможен выплеск. Во избежание формирования сварочного импульса применяют подогрев.

В настоящее время большое число сварных конструкций (авиация, автомобили строение и т.д.) изготавливают из алюминиевых сплавов – нужны выпрямители во вторичном контуре либо конденсаторные машины.

Контактная сварка

Источник питания для контактной сварки

Изобретение относится к контактной точечной сварке металлов и может быть использовано для производства сварных конструкций ответственного назначения.

Известно, что при контактной точечной сварке нарушение контакта в цепи электрод-деталь - деталь-электрод в период протекания тока способствует возбуждению электрического дугового разряда, что является причиной оплавления рабочих поверхностей электродов и прожога деталей (см. Б.Д.Орлов, П.Л.Чулошников, В.Б.Верденский, А.Л.Марченко. Контроль точечной и роликовой электросварки. М.: Машиностроение, 1973, с.39). Как правило, такие дефекты возникают по причине сильного загрязнения контактируемых поверхностей, неисправности источника питания машины контактной сварки, а также недостаточного или полного отсутствия усилия сжатия при включенном источнике питания.

Известны устройства однополярного и двухполярного бездугового размыкания электрических цепей переменного тока, которые предусматривают использование мощных полупроводниковых диодов, шунтирующих коммутируемый участок электрической цепи, а также дополнительных управляемых выключателей в их цепи и автоматической системы управления (см. Буткевич Г.И. Дуговые процессы при коммутации электрических цепей. - М.: Энергия, 1973, с.16-17).

Недостатком известных устройств является необходимость использования сложной автоматической системы управления, обеспечивающей заданный алгоритм отключения дополнительных управляемых выключателей в цепи полупроводниковых диодов синхронно с направлением тока в отключаемой цепи. Необходимость строгой синхронизации процесса для обеспечения бездугового размыкания цепи не позволяет использовать подобные устройства для предупреждения прожогов при контактной точечной сварке, так как возникновение неисправности сварочного оборудования или других причин носит вероятностный характер.

Известно устройство для снижения перенапряжений и ускорения гашения дуги на размыкаемых контактах в цепи постоянного тока, в основу которого положен принцип их шунтирования активным сопротивлением (см. Буткевич Г.И. Дуговые процессы при коммутации электрических цепей. - М.: Энергия, 1973, с.78).

Недостатком известного устройства является то, что оно не исключает возможность возбуждения электрической дуги в цепи размыкаемых контактов, а лишь ускоряет процесс ее гашения и, следовательно, не позволяет предупреждать прожоги при контактной сварке. Кроме того, реализация такого принципа при контактной точечной сварке предполагает использование шунтирующих резисторов большой рассеиваемой мощности, что ухудшает массогабаритные и технико-экономические показатели устройства.

Известны устройства защиты нагрузки от перенапряжений (см. Источники вторичного электропитания. Справочное пособие под ред. Ю.И.Конева. - М.: Радио и связь, 1983, с.36). Исполнительным элементом устройств такого типа является тиристор, который включают по сигналу блока управления в случае превышения напряжения на нагрузке и, тем самым, шунтируют ее.

Недостатком такого устройства является то, что после устранения причины повышения напряжения на нагрузке выключение тиристора можно осуществить лишь посредством принудительного отключения тока в его цепи. В ряде случаев для этой цели в выходной цепи источника питания предусматривают установку плавкого предохранителя, который перегорает после включения тиристора. Если превышение напряжения на нагрузке произойдет по причине выхода из строя регулирующего блока, а параллельно нагрузке подключен конденсатор большой емкости, то защитный шунтирующий тиристор при включении подвергается значительным перегрузкам по току, что может привести к нарушению его работоспособности.

Известен источник сварочного тока с программируемыми электрическими параметрами и формой импульса, в состав которого входят конденсаторная батарея емкостью 1 Ф, зарядное устройство, обеспечивающее заряд конденсаторной батареи до 20 В, транзисторный регулятор сварочного тока, блок программного управления (см. Леонов В.П., Атауш В.Е., Греченкова Л.А. и др. // Сварочное производство. - 1987. - №1, с.27-28). В процессе сварки блок программного управления контролирует величину сварочного тока и напряжения между электродами, что позволяет соответствующим образом регулировать выходные параметры транзисторного регулятора сварочного тока.

Недостатком такого источника питания является применение сложной системы автоматического регулирования. При этом необходимая точность и устойчивость автоматического регулирования для стабилизации выходных параметров в широком диапазоне режимов сварки и возмущающих воздействий достигается при работе транзисторов регулятора тока в активном режиме. Такой режим приводит к большим потерям мощности на транзисторном регуляторе сварочного тока и, следовательно, снижению коэффициента полезного действия источника питания. Кроме того, в случае электрического пробоя одного из транзисторов регулятора тока вся энергия заряженной конденсаторной батареи будет приложена к электродам. Это приведет к перегреву металла в зоне сварки и, вполне вероятно, к прожогу деталей.

Недостатком данного источника питания является отсутствие контроля напряжения между электродами в процессе сварки, так как в случае его превышения выше определенного значения возможно возбуждение мощного электрического дугового разряда и, как следствие, прожог деталей. Кроме того, в случае электрического пробоя транзистора стабилизатора тока вся энергия накопительного конденсатора емкостью более 3 Ф, заряжаемого до 50 В, будет приложена к электродам. Это приведет к перегреву металла в зоне сварки и, как следствие, к прожогу деталей.

Технической задачей изобретения является повышение качества свариваемых изделий путем исключения прожогов.

Поставленная задача решается тем, что источник питания для контактной сварки униполярным током, модулированным по амплитуде, содержащий понижающий трансформатор, выпрямительный блок, вход которого соединен с выходом трансформатора, N стабилизаторов тока, включенных параллельно, входы которых соединены с положительным полюсом выпрямительного блока и одним выводом накопительного конденсатора С_нак, две выходные клеммы для подключения нагрузки, одна из которых соединена с выходами стабилизаторов тока, а другая - с отрицательным полюсом выпрямительного блока и вторым выводом конденсатора, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами стабилизаторов тока индивидуальными линиями связи, согласно изобретению источник питания дополнительно снабжен разделительными диодами, тиристором и датчиком напряжения, а накопительный конденсатор С_нак разделен на N индивидуальных конденсаторов меньшей емкости С_инд=С_нак/N, подключенных одними выводами ко входам соответствующих стабилизаторов тока и присоединенным к ним катодам разделительных диодов, аноды которых соединены с положительным полюсом выпрямительного блока, а вторыми выводами - к отрицательному полюсу выпрямительного блока и катоду тиристора, анод которого подключен к выходам стабилизаторов тока, при этом вход датчика напряжения подключен к выходным клеммам, а его выход соединен с управляющим электродом тиристора, входом блока управления и управляющим входом выпрямительного блока, который выполнен на управляемых полупроводниковых вентилях (тиристорах).

Сущность изобретения поясняется чертежами:

- на фиг.1 изображена функциональная схема источника питания;

- на фиг.2 изображены временные диаграммы токов в цепи стабилизаторов и нагрузки;

- на фиг.3 приведены осциллограммы напряжения и тока в цепи нагрузки при точечной сварке пластин из сплава Э-110 толщиной 0,25 мм.

Источник питания для контактной сварки содержит понижающий трансформатор 1 (Т), тиристорный выпрямительный блок 2 (ВБ), вход которого соединен с выходом трансформатора 1 (Т), стабилизаторы тока 3-1 (СТ1)…3-N (CTN); разделительные диоды 4-1…4-М, аноды которых соединены с положительным полюсом выпрямительного блока 2 (ВБ), а катоды - со входами соответствующих стабилизаторов тока 3-1 (СТ1)…3-N (CTN), N индивидуальных накопительных конденсаторов 5-1…5-N, подключенных одними выводами ко входам соответствующих стабилизаторов тока 3-1 (CT1)…3-N(CTN), а вторыми выводами - к отрицательному полюсу выпрямительного блока 2 (ВБ), блок управления 6 (БУ), выходы которого соединены индивидуальными линиями связи с управляющими входами соответствующих стабилизаторов тока 3-1 (CT1)…3-N(CTN), тиристор 7, анод которого подключен к выходам стабилизаторов тока 3-1 (CT1)…3-N(CTN), а катод - к отрицательному полюсу выпрямительного блока 2 (ВБ), две выходные клеммы 8 и 9 для подключения нагрузки, причем клемма 9 соединена с выходами стабилизаторов тока 3-1 (CT1)…3-N(CTN) и анодом тиристора 7, а клемма 8 - с отрицательным полюсом выпрямительного блока 2 (ВБ) и катодом тиристора 7, датчик напряжения 10 (ДН), вход которого подключен к выходным клеммам 8 и 9, а выход - к управляющему электроду тиристора 7, входу блока управления 6 (БУ) и управляющему входу выпрямительного блока 2 (ВБ).

В качестве понижающего трансформатора 1 (Т) может быть использован трехфазный трансформатор с жесткой или пологопадающей внешней вольтамперной характеристикой. Выпрямительный блок 2 (ВБ) может быть выполнен по трехфазной мостовой схеме с использованием тиристоров в анодной или катодной группе вентилей. Необходимую емкость (порядка 0,3 Ф) каждого индивидуального накопительного конденсатора 5-1…5-N обеспечивают параллельным включением соответствующего числа электролитических конденсаторов. Блок управления 6 (БУ) может быть выполнен на базе микропроцессорной системы. В качестве стабилизаторов тока 3-1 (СТ1)…3-N(CTN) могут быть использованы последовательные импульсные стабилизаторы тока, транзисторы которых работают в ключевом режиме. В качестве разделительных диодов 4-1…4-N могут быть использованы диоды, обеспечивающие необходимый ток заряда соответствующего индивидуального накопительного конденсатора 5-1…5-N. Тиристор 7 следует выбирать по ударному току, величина которого должна превышать максимальное нормируемое значение тока источника питания. Датчик напряжения 10 (ДН) может быть выполнен на основе полупроводникового компаратора, который обеспечивает формирование управляющего сигнала на его выходе в момент превышения входного сигнала заданного порогового значения (U_пop).

Источник питания работает следующим образом.

Трансформатор 1 (Т) (фиг.1) понижает напряжение трехфазной сети переменного тока, которое преобразуется в постоянное выпрямительным блоком 2 (ВБ) и прикладывается через разделительные диоды 4-1…4-N к соответствующим накопительным конденсаторам 5-1…5-N, обеспечивая их заряд до напряжения 50 В. Передача энергии накопительных конденсаторов 5-1…5-N в нагрузку, подключаемую к клеммам 8 и 9, осуществляется включением стабилизаторов тока 3-1 (CT1)…3-N(CTN), каждый из которых обеспечивает протекание униполярного тока стабильной фиксированной величины i_cт≤0,04·i_св.max, где i_cв.max - максимальное требуемое значение тока при сварке. В конкретный момент времени формирования сварного соединения результирующее значение тока в сварочной цепи i_н определяется количеством включенных стабилизаторов тока 3-1 (CT1)…3-N(CTN), которое задает блок управления 6 (БУ) в соответствии с программой модуляции тока (см. временную диаграмму изменения тока в цепи нагрузки i_н: сплошные и пунктирные линии, фиг.2). При этом скорость нарастания или спада результирующего значения тока будет определяться, соответственно, длительностью задержки включения или выключения очередного стабилизатора тока 3-i(CTi)_i=1…N. С уменьшением длительности задержки скорость изменения результирующего значения тока будет возрастать.

В процессе сварки датчик напряжения 10 (ДН) обеспечивает непрерывный контроль напряжения нагрузки (клеммы 8 и 9) и сравнивает его с заданным пороговым значением (U_пop), а в момент его превышения, что может быть обусловлено уменьшением усилия сжатия электродов или нарушением контакта в цепи электрод-электрод, формирует на выходе сигнал, обеспечивающий включение тиристора 7, выключение выпрямительного блока 2 (ВБ) и выключение блока управления 6 (БУ). При этом прекращается заряд накопительных конденсаторов 5-1…5-N и отключаются стабилизаторы тока 3-1 (CT1)…3-N(CTN), а открытый тиристор 7 шунтирует цепь нагрузки и ограничивает поступление в нее энергии, запасенной в индуктивных элементах стабилизаторов тока 3-1 (CT1)…3-N (CTN).

В случае пробоя силового транзистора одного из стабилизаторов тока 3-i (CTi)_i=1…N происходит самопроизвольный разряд соответствующего индивидуального накопительного конденсатора 5-i _i=1…N на нагрузку, подключенную к клеммам 8 и 9, что вызывает рост напряжения на ней. При превышении падения напряжения на нагрузке заданного порогового значения (U_пор) датчик напряжения 10 (ДН) вырабатывает сигнал, по которому включается тиристор V7, а выпрямительный блок 2 (ВБ) и блок управления 6 (БУ) выключаются. При этом прекращается заряд накопительных конденсаторов 5-1…5-N и отключаются работоспособные стабилизаторы тока 3-1 (CT1)…3-N (CTN), а открытый тиристор 7 шунтирует цепь нагрузки, подключенной к клеммам 8 и 9, существенно ограничивая ток в ее цепи и прикладываемое напряжение. Кроме того, накопительные конденсаторы 5-1…5-N отключенных работоспособных стабилизаторов тока 3-1 (CT1)…3-N (CTN) не разряжаются из-за наличия разделительных диодов 4-1…4-N, что существенно снижает токовую нагрузку на тиристор 7.

Пример конкретного выполнения.

Сваривали две пластины из сплава Э-110 толщиной 0,25 мм. Использовали электроды со сферической поверхностью радиусом 4,0 мм. Материал электродов - БрХЦр. Усилие сжатия электродов задавали равным 30 Н, которое на порядок меньше расчетного значения, и тем самым при протекании сварочного тока обеспечивали условия для нарушения контакта в цепи электрод №1 - деталь №1 - деталь №2 - электрод №2. Длительность импульса тока задавали равной 16 мс. При этом модуляцию тока осуществляли по программе: сначала ток в цепи нагрузки увеличивали дискретно до уровня 1500 А, затем его кратковременно ограничивали до уровня 1000 А и вновь увеличивали, сначала до 2000 А, а потом до 3500 А, после чего ток отключали.

На фиг.3а приведены осциллограммы напряжения и тока в цепи нагрузки, при заданных параметрах режима сварки, которые свидетельствуют, что в момент повышения напряжения на нагрузке до уровня 8,6 В (точка А) создаются условия для возбуждения электрического дугового разряда, длительность которого составляет 1,3 мс. После погасания дуги (точка В) контакт в цепи нагрузки восстанавливается, что способствует протеканию тока малой величины за счет остаточной энергии, накопленной в индуктивных элементах сварочной цепи, и его последующему уменьшению до нулевого уровня (точка С). В период горения дуги максимальное значение ее напряжения составляет 23,2 В, а тока - 3500 А, что характеризует ее как очень мощный источник тела. В результате такого теплового воздействия оба электрода и поверхности свариваемых пластин были оплавлены.

На фиг.3б приведены осциллограммы напряжения и тока в цепи нагрузки, при заданных параметрах режима сварки, а также при использовании предлагаемого технического решения (источника питания для контактной сварки). В этом случае при превышении напряжения на нагрузке заданного порогового уровня 7,8 В (точка А) датчик напряжения обеспечивает включение тиристора, который обеспечивает шунтирование цепи нагрузки и ограничивает напряжение на ней на уровне 1,58 В (точка В). С этого момента в цепи нагрузки начинает протекать ток 640 А, который затем непрерывно уменьшается и достигает нулевого значения (точка С). При таком алгоритме изменения электрических параметров в цепи нагрузки полностью исключаются прожоги свариваемых деталей.

Таким образом, предложенный источник питания для контактной сварки обеспечивает контроль напряжения между электродами и принудительное его ограничение в критический момент, что исключает возможность возбуждения дугового разряда между электродами и, соответственно, предотвращает прожог свариваемых деталей.

1. Источник питания для контактной сварки униполярным током, модулированным по амплитуде, содержащий понижающий трансформатор, выпрямительный блок, вход которого соединен с выходом трансформатора, N стабилизаторов тока, включенных параллельно, входы которых соединены с положительным полюсом выпрямительного блока и одним выводом накопительного конденсатора С_нак, две выходные клеммы для подключения нагрузки, одна из которых соединена с выходами стабилизаторов тока, а другая - с отрицательным полюсом выпрямительного блока и вторым выводом конденсатора, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами стабилизаторов тока индивидуальными линиями связи, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен разделительными диодами, тиристором и датчиком напряжения, а накопительный конденсатор С_нак разделен на N индивидуальных конденсаторов С_инд, емкость каждого из которых равна С_инд=С_нак/N подключенных одними выводами ко входам соответствующих стабилизаторов тока и присоединенным к ним катодам разделительных диодов, аноды которых соединены с положительным полюсом выпрямительного блока, а вторыми выводами - к отрицательному полюсу выпрямительного блока и катоду тиристора, анод которого подключен к выходам стабилизаторов тока, при этом вход датчика напряжения подключен к выходным клеммам, а его выход соединен с управляющим электродом тиристора, входом блока управления и управляющим входом выпрямительного блока.

2. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что выпрямительный блок выполнен на управляемых полупроводниковых вентилях тиристорах.

Читайте также: