СПОСОБЫ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Различают стыковую, точечную и шовную сварку.

Стыковая контактная сварка

Стыковая контактная сварка — способ контактной сварки, при котором заготовки свариваются по всей площади касания. Схема контактной стыковой сварки приведена на рис.1. Свариваемые заготовки 1 закрепляют в зажимах стыковой машины. Зажим 3 установлен на неподвижной плите 2, зажим 4 — на подвижной плите 5. Сварочный трансформатор 6 соединен с плитами гибкими шинами и питается от сети переменного тока через включающее устройство. При помощи механизма давления подвижная плита 5 перемещается, свариваемые заготовки 1 сжимаются под действием усилия Р.

Различают стыковую сварку сопротивлением и оплавлением. Сваркa сопротивлением — стыковая сварка с разогревом стыка до пластического состояния и последующей осадкой. Сваркой оплавлением называется стыковая сварка с разогревом стыка до оплавления и последующей осадкой.

Параметрами режима контактной стыковой сварки являются плотность тока j (А/мм 2 ), удельное усилие сжатия торцов заготовок p (Мпа), время протекания тока t (с) и установочная длина L (мм). Установочной длиной L называют расстояние от торца заготовки до внутреннего края электрода стыковой машины, измеренное до начала сварки.

Для правильного формирования сварного соединения и высоких механических свойств соединения необходимо, чтобы процесс протекал в определенной последовательности. Совместное графическое изображение изменения тока I и давления Р при сварке называется циклом или циклограммой контактной машины.

Контактная стыковая сварка сопротивлением.

Цикл стыковой сварки сопротивлением представлен на рис.2.

При сварке сопротивлением чисто обработанные торцы свариваемых заготовок приводят в соприкосновение и сдавливают усилием Р. Затем включают сварочный ток I. После нагрева металла в зоне контакта до пластического состояния увеличивают усилие (осаживают заготовки) и одновременно выключают ток. При этом происходят пластическая деформация металла в стыке и образование соединения в твердом состоянии. При сварке сопротивлением трудно обеспечить равномерный нагрев заготовок по сечению и достаточно полное удаление окисных пленок. Поэтому сварка сопротивлением используется ограниченно. Этим способом сваривают одинаковые заготовки простой формы (круг, квадрат, прямоугольник с малым отношением сторон) малого сечения (до 250 мм 2 ) из низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей и цветных металлов и сплавов.

Контактная стыковая сварка оплавлением в отличие от стыковой сварки сопротивлением не требует предварительной подготовки торцов заготовок. Стыковая сварка оплавлением имеет две разновидности: непрерывным и прерывистым оплавлением.

При непрерывном оплавлении заготовки сближают при включенном сварочном токе и очень малом усилии. В начале соприкосновение заготовок происходит по отдельным небольшим площадкам, через которые проходит ток высокой плотности, вызывающий оплавление заготовок в результате непрерывного образования и разрушения контактов — перемычек междуих торцами. В результате оплавления на торце образуется слой жидкого металла. Затем производят осадку и выключение тока. При осадке жидкий металл вместе с загрязнениями и оксидными пленками выдавливается из стыка, образуя грат. Соединение при этом образуется в твердом состоянии. Цикл сварки непрерывным оплавлением показан на рис.3.

При прерывистом оплавлении зажатые заготовки сближают под током, приводят их в кратковременное соприкосновение и вновь разъединяют на небольшое расстояние. Повторяя одно за другим сближение и разъединение, производят оплавление всего сечения. Затем ток выключают и производят осадку заготовок.

Стыковой сваркой оплавлением можно сваривать заготовки с различными сечениями, как простой, так и сложной формы, из однородных или разнородных металлов. Сварка непрерывным оплавлением применяется для соединения заготовок сечением до 1000 мм 2 , а прерывистым оплавленном — до 10 000 мм 2 . Наиболее типичными изделиями, свариваемыми стыковой сваркой, являются элементы трубчатых конструкций, колеса, кольца, рельсы, железобетонная арматура и др.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

7. Что называется стыковой сваркой?

8. Какова последовательность технологических операций при сварке

сопротивлением и оплавлением ?

9. Чем отличается стыковая сварка сопротивлением от стыковой сварки оплавлением?

10. Чем отличается стыковая сварка непрерывным оплавлением от стыковой сварки прерывистым оплавлением?

11. В каких случаях целесообразно применять стыковую сварку сопротивлением? А когда оплавлением (непрерывным или прерывистым)?

Контактная точечная сварка

Точечная сварка — вид контактной сварки, при котором заготовки соединяются в отдельных точках. Поверхности заготовок перед сваркой тщательно очищают от грязи, масла и оксидных пленок (наждачным кругом, металлической щеткой или травлением). При точечной сварке (рис.4) заготовки собранные внахлестку, сжимает электродами, связанными со сварочным трансформатором, при включении которого заготовки в месте контакта нагреваются электрическим током до появления расплавленной зоны (ядра точки). Затем ток выключают, а усилия сжатия некоторое время сохраняют постоянными для того, чтобы кристаллизация расплавленного металла точки проходила под давлением. Тем самим предотвращается образование усадочных дефектов — трещин, рыхлот и т.п. В некоторых случаях для улучшения структуры сварной точки усилие сжатия перед выключением тока увеличивается (проковка точки).

Точечная сварка по количеству одновременно свариваемых точек может быть одно- , двух- и многоточечной.

По способу подвода тока точечная сварка может быть двусторонней (рис.4а) и односторонней (рис.4б)

При двусторонней сварке ток подводят к верхней и нижней заготовкам, при односторонней — к одной из них. Для повышения плотности тока в зоне соединения при одностороннем токоподводе, заготовки располагают на токоподводящей медной подкладке. Одностороннюю сварку применяют при затрудненном доступе к одной из заготовок, а также при необходимости увеличения производительности процесса, так как в этом случае можно одновременно сваривать две точки.

Один из циклов точечной сварки — цикл с проковкой представлен на рис 5.

Весь цикл сварки состоит из четырех периодов: сжатие свариваемых заготовок электродами включение тока и разогрев места контакта до температуры плавленая с образованием литого ядра точки; выключение тока и увеличение усилия сжатия (проковка точки); снятие усилия с электродов.

Режим точечной сварки может быть мягким и жестким. Мягкий режим характеризуется относительно малой плотностью тока (j=80…160A/мм 2 ) и большим временем его протекания (Т=0,5…3с) при сравнительно малом удельном давлении (р=15…40МПа). Жесткий режим характеризуется большой плотностью тока (j=160…350А/мм 2 ), большим удельным давлением (р=40…150МПа) и малым временем протекания тока (t=0,001…0,1с). Мягкие режимы применяют преимущественно при сварке углеродистых и низколегированных сталей, жесткие – коррозионностойких сталей, алюминиевых и медных сплавов.

Точечной сваркой можно сваривать листовые заготовки одинаковой или разной толщины, пересекающиеся стержни, листовые заготовки со стержнями или профильными заготовками (уголками, швеллерами и т.п.), изготовленными из низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных и коррозионно-стойких сталей, алюминиевых и медных сплавов. Толщина свариваемых металлов составляет 0,5-6 мм, а в отдельных случаях может достигать 30 мм.

Многоточечная контактная сварка — разновидность контактной сварки, когда за один цикл свариваются несколько точек. Многоточечную сварку выполняют по принципу односторонней точечной сварки. Многоточечные машины могут иметь от одной пары до 100 пар электродов, соответственно можно сваривать 2 — 200 точек одновременно. Многоточечную сварку применяют в основном в массовом производстве;

Разновидностью точечной сварки является и рельефная сварка,

Рельефная сварка — способ точечной контактной сварки, при котором расположение точек определяется заранее подготовленными выступами (рельефами) в заготовке 2. При рельефной сварке (рис.6) заготовки 2 и 4 зажимают между плоскими электродами 5 и 1 (контактными плитами). Соединение происходит в точках 3 (определяемых выступами), которые получает штамповкой в одной из заготовок.

При включении тока верхний электрод сжимает заготовки и спрессовывает их до полного уничтожения выступов. Таким образом, за один ход машины выполняют столько сварных точек, сколько выступов оказалось между электродами; Этот способ высокопроизводителен. Недостатком является значительная потребляемая мощность.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

12. Что называется точечной сваркой?

13. Какова последовательность технологических операций при точечной сварке?

14. Чем отличается двусторонняя точечная сварка от односторонней?

15. На каких режимах выполняют точечную сварку?

16. Чем отличается мягкий режим от жесткого?

17. Для сварки каких изделий применяют точечную сварку?

18. Что называется многоточечной сваркой?

19. Что называется рельефной сваркой?

Контактная шовная сварка

Шовная сварка — вид контактной сварки, при которой сварной шов образуется путем постановки последовательного ряда перекрывающих друг друга точек, что обусловливает его плотность и герметичность. При шовной сварке подвод тока i передачу усилия Р к заготовкам 1 и их перемещение осуществляют через вращающиеся дисковые электроды — ролики 2 (рис.7).

Перед сваркой заготовки с очищенными поверхностями от грязи масла и оксидных плёнок собирают внахлестку. Ровную сварку так же как и точечную можно выполнять при двусторонней (рис.7а) и одностороннем (рис.76) подведении тока.

На рис.8 представлены наиболее распространенные циклограммы шовной сварки с непрерывным включением тока (а) и с прерывистым (б) при непрерывном вращении роликов.

Последовательность операций такая же, как и при точечной сварке.

Первый цикл предназначен для сварки коротких швов и металлов и сплавов, не склонных к росту зерна и не претерпевающих заметных структурных превращений при перегреве околошовной зоны (низкоуглеродистые и низколегированные стали); второй цикл для сварки длинных швов и металлов и сплавов, для которых опасен перегрев околошовной зоны (нержавеющие стали, алюминевые сплавы).

Основными параметрами режима шовной сварки являются: плотность тока j в А/мм 2 » удельное давление р в МПа и скорость сварки v_св м/ч.

Шовная сварка широко используется в массовом производстве для изготовления различных емкостей, резервуаров, топливных баков автомобиля и т.д. из низкоуглеродистых, легированных конструкционных сталей, а также цветных металлов и сплавов, Толщина свариваемых листов составляет 0,3…3 мм.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

20. Что называется шовной сваркой?

21. Какова последовательность технологических операций при шовной сварке?

22. В каких случаях применяют прерывистую шовную сварку, а когда непрерывную?

23.Для каких конструкций целесообразно применять шовную сварку?

Для одного из вариантов разработайте технологический процесс сборки и точечной сварки балки из низкоуглеродистой стали (рис.9). Шаг точек t=3d_t. Производство крупносерийное.

№ варианта	2
толщина ∂ мм	0.5	1.5	2.5	3.5	4.5

1. Укажите подготовку заготовок под сварку. По толщине свариваемых заготовок выберите тип машины и укажите ее технические данные. Рассчитайте площадь контактной поверхности электрода. По значениям плотности тока j (А/мм 2 ) и давления р (МПа) определите сварочный ток J (А) и усилие Р (МН), приложенное на электродах. Определите время сварки изделия t (с).

2. Начертите и опишите цикл точечной сварки.

Источник

Контактная сварка. Виды контактной сварки.

1.1. Физические процессы при контактной сварке

Контактная электрическая сварка — это процесс получения неразъемного соединения в результате нагрева металлических деталей протекающим по ним электрическим током, который предусматривает сжатие деталей с последующим расплавлением зоны сварки и охлаждением.

Установки для контактной сварки имеют две основные части: электрическую и механическую. Электрическая часть состоит из сварочного трансформатора специальной конструкции, токопроводящих частей и устройств для коммутации сварочного тока. Механическая часть установки является устройством для импульсного сжатия деталей во время прохождения импульса электрического тока.

Этот вид соединения деталей объединяет несколько способов сварки, для которых характерны надежность сварных соединений, высокий уровень автоматизации и механизации, высокая производительность процесса, культура производства и экологичность.

Различают три вида контактной сварки: стыковую, точечную и шовную (рис. 1.1). От сварочного трансформатора Т ток к соединяемым деталям 2 подводится посредством водоохлаждаемых электродов 1. В месте сварки 3 происходит сваривание деталей за счет выделяющейся джоулевой теплоты. Количество энергии Q (Дж), выделяющейся между электродами, можно определить по формуле

где Rк — контактное сопротивление между деталями, Ом; т — время прохождения тока, с; Rд — сопротивление детали от электрода до места сварки, Ом; I — сварочный ток, А.

Необходимая для сварки энергия при малых значениях сопротивления в точке контакта свариваемых деталей может быть получена только при больших значениях токов (сотни и тысячи ампер), протекающих через сопротивление контакта Rк в течение малого времени (единицы секунд). Для повышения КПД контактной сварки необходимо, чтобы при размещении сварочных установок источники питания были максимально приближены к месту сварки. Напряжение на электродах сварочных машин колеблется от 1 до 16 В.

Соединение металла происходит в месте контакта свариваемых деталей по плоскости их соприкосновения. В данном месте сопротивление будет наибольшим. Поверхность металла не является идеально гладкой, поэтому свариваемые детали при их сжатии соприкасаются лишь в отдельных точках, через которые проходит электрический ток. Ввиду того что площадь точек очень мала, в них возникает большое сопротивление прохождению тока, что обеспечивает сильный местный нагрев металла. Повышение температуры в месте сварки вызывает рост сопротивления, что ускоряет выделение теплоты и нагрев металла до температуры сваривания. При нагреве металлических деталей до пластического состояния и их сжатии происходит сваривание. Остывание металла в точке сварки после отключения тока происходит быстро, за счет теплопроводности свариваемых деталей и их большой площади.

Рис. 1.1. Виды контактной сварки: а — стыковая; б — точечная; в — шовная; 1 — электроды; 2 — детали; 3 — место сварки; Fсж — сила сжатия; R — сопротивление электродов; R — сопротивление деталей; RK — сопротивление контакта; Т — сварочный трансформатор

При контактной сварке нагрев зависит от времени прохождения тока. Нагревать детали можно очень быстро, используя токи большой силы, и наоборот. Режимы сварки с применением токов большой силы при минимальном времени нагрева называют жесткими. Они применяются при сварке легированных сталей и легкоплавких цветных металлов, например алюминия и его сплавов, и имеют следующие параметры: плотность тока сварки j = 160-400 А/мм2; усилие сжатия Р = 0,4-1,2 ГПа; время сварки tсв = 0,1-1,0 с.

Режим с длительным прохождением тока и постепенным нагревом называют мягким. Он применяется при сварке обычных углеродистых сталей, менее чувствительных к нагреву при сварке, и имеет следующие параметры: j = 80-160 А/мм2; Р = 0,15-0,4 ГПа; tсв = 0,5-3 с.

1.2. Стыковая сварка

Стыковая сварка — способ контактной сварки, при котором детали соединяются по всей площади их касания. Различают два способа стыковой сварки — сопротивлением и оплавлением.

При сварке сопротивлением (рис. 1.1, а) свариваемые детали 2 укрепляют в токоподводах и сжимают с усилием Fcж. При пропускании по ним тока происходит нагрев деталей в стыке 3 до температуры, близкой к температуре плавления металла — (0,8-0,9)Тпл. Затем резко увеличивают усилие сжатия (осадка деталей), в результате чего в твердой фазе образуется сварное соединение.

Сварку оплавлением подразделяют тоже на два способа: на сварку непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.

В процессе сварки непрерывным оплавлением детали сближаются при включенном сварочном трансформаторе, и при сжатии возникает их контакт. Стык при этом разогревается за счет протекания тока. Затем силу сжатия уменьшают, вследствие чего увеличивается контактное сопротивление и снижается сварочный ток. При снижении давления сплошность соприкосновения деталей заменяется соприкосновением в отдельных точках. Эффективность нагрева в этих точках повышается, и выступающие участки оплавляются.

Оплавление торцов свариваемых деталей продолжается до образования прослойки жидкого металла. После этого возникает сплошное металлическое соединение свариваемого стыка за счет приложения небольшого усилия осадки. Лишний расплавленный металл, называемый гратом, выдавливается из зазора между свариваемыми деталями.

При сварке оплавлением с подогревом детали предварительно подогреваются методом кратковременных замыканий их торцов, а затем оплавляются. Сварка с оплавлением стыка деталей по сравнению со сваркой без оплавления имеет ряд преимуществ: более прочный шов, не требующий большой механической обработки; меньшая мощность сварочной установки; меньший удельный расход электроэнергии; возможность сваривания разнородных металлов.

Конструкция и сварочный контур машин стыковой сварки приведены на рис. 1.2. Установки для стыковой сварки подразделяют по способу сварки (без оплавления стыка и с его оплавлением), назначению (универсальные и специализированные) и способу установки (стационарные и переносные). Они различаются мощностью, типом зажимных устройств и механизмом подачи свариваемых деталей.

По способу осадки деталей сварочные машины делят на три группы. Первая группа машин снабжается рычажно-эксцентриковым механизмом подачи и осадки, а также устройством для отжига металла зоны сварки непосредственно в зажимах машины.

Рис. 1.2. Конструкция (а) и сварочный контур (б) машины стыковой сварки: 1 — источник тока; 2 — станина; 3 — токоподводы; 4 — неподвижная плита; 5 — губки; 6, 7 — зажимные устройства; 8 — подвижная плита; 9 — привод подачи; 10 — направляющие; 11 — аппаратура управления; Fсж — сила сжатия деталей; Foc — сила осадки деталей

Машины второй группы предназначены для сварки оплавлением и оплавлением с подогревом деталей из сталей и цветных сплавов. Их также используют и для сварки сопротивлением, для чего предусмотрен отдельный пружинный привод осадки.

Сварочные машины первых двух групп имеют ручной рычажный привод подачи и осадки. Сварочный ток выключается в конце осадки.

Третья группа машин производит сварку непрерывным оплавлением в автоматическом и полуавтоматическом цикле с предварительным подогревом концов свариваемых деталей. Машины имеют электромеханический привод, который обеспечивает непрерывное оплавление и осадку Foe. Зажимные устройства деталей имеют пневмогидравличе- ский привод, а устройство подачи и осадки — гидравлический.

Универсальные сварочные машины используются для сварки различных деталей, а специализированные — для сварки однотипных деталей.

1.3. Точечная сварка

При точечной сварке соединяемые детали помещают между двумя электродами, закрепленными в электрододержателях (рис. 1.1, б). При помощи нажимного механизма электроды плотно сжимают свариваемые детали. После чего на электроды подается напряжение, и проходящий через детали ток нагревает место сварки до температуры плавления. При достаточном сжатии в месте сварки образуется неразъемное сварное соединение. Диаметр сварной точки равен диаметру медных электродов. В центре сварочной точки температура немного выше температуры плавления свариваемого металла.

Время, достаточное для сварки одной точки, определяется толщиной свариваемых деталей, физическими свойствами свариваемого материала, мощностью сварочного устройства и степенью сжатия деталей. Оно колеблется от тысячных долей секунды (при сварке тонких листов цветных металлов) до нескольких секунд (толстые стальные детали). Цикл точечной сварки показан на рис. 1.3.

Установки точечной сварки различаются по способу подвода тока. Наиболее широко распространена одноточечная двусторонняя (нормальная) сварка (см. рис. 1.4, a-в). Оба электрода имеют рабочую поверхность, обеспечивающую достаточную плотность тока для точечного разогрева места сварки деталей.

Рис. 1.3. Цикл точечной сварки: 1 — сжатие деталей электродами (Р); 2 — удержание электродов в сжатом состоянии и повышение давления в конце импульса тока; 3 — снятие давления; 4 — включение тока; 5 — выключение тока; I — импульс тока

При отсутствии возможности осуществления одноточечной сварки применяют точечную сварку с косвенным токоподводом. При этом с одной стороны ток подводится электродом с нормальной контактной поверхностью, а с другой — электродом с большей контактной поверхностью (рис. 1.4, г). Для уменьшения местных остаточных деформаций от сварки применяются дополнительные приемы, показанные на рис. 1.4, д, е.

Для сварки тонколистовых изделий применяют одностороннюю многоточечную сварку (рис. 1.4, ж). Одновременная сварка двух точек при двустороннем токоподводе от спаренного трансформатора (рис. 1.4, д) позволяет сваривать металлические изделия большой толщины, обеспечивая высокое качество сварного соединения.

На производстве применяется много конструкций машин для точечной сварки. Они отличаются устройством механизмов для сжатия электродов, которые подразделяются на педальные, электрические и пневматические. Машины точечной сварки бывают стационарные универсальные, переносные универсальные, стационарные специализированные (многоточечные) и прессы для рельефной сварки деталей.

При точечной сварке громоздких изделий или при сварке в труднодоступных местах применяют переносные сварочные клещи и сварочные пистолеты.

Установки для многоточечной сварки последовательно сваривают несколько точек за одну операцию, обеспечивая тем самым высокую производительность процесса сварки. Существует два типа многоточечных сварных машин.

Рис. 1.4. Принципиальные схемы основных способов точечной сварки: а—в — одноточечная двусторонняя сварка; г — сварка с косвенным токопод- водом; д, е — дополнительные приемы сварки; ж — односторонняя многоточечная сварка; з — одновременная сварка двух точек при двустороннем токо- подводе от спаренного трансформатора; Р — усилие сжатия; Рк — косвенное (дополнительное) усилие сжатия

В машинах первого типа на свариваемые листы одновременно опускают только два электрода, через которые в данный момент пропускают сварочный ток. В машинах второго типа на листы опускаются одновременно все электроды, ток же проходит последовательно через каждую отдельную пару электродов, осуществляя сварку деталей.

Конструкции сварочных машин специального назначения бывают двух- и многоэлектродными. Такие машины предусматривают специальные поворотные столы, устройства подачи деталей и механизмы их вращения. Многоэлектродные машины различаются способами зажатия электродов и подачи тока: с последовательным зажатием электродов через гидрораспределитель и подачей тока токораспределителем; с одновременным зажатием электродов при последовательном включении трансформатора в сварочной цепи с токораспределителем или с одновременным или групповым включением нескольких трансформаторов с первичной стороны. Многотрансформаторные машины применяются в робототехнических устройствах, снабженных микропроцессорами. Машины с поворотными столами применяются при совмещении операций сборки и сварки, чаще на конвейерах.

Электроды, применяемые в точечных машинах, устанавливают в электрододержатели, которые крепятся в хоботах сварочной машины. Электрододержатели изготовляют из латуни. В них делают каналы для охлаждающей воды. Машины имеют сменные электроды, изготавливаемые из холоднотянутой красной меди или из специального хромо- цинко-медного сплава, обеспечивающих их надежную работу.

1.4. Шовная сварка

Шовная сварка — способ контактной сварки, при котором детали соединяются с помощью вращающихся роликов за счет пропускания через место сварки электрического тока (рис. 1.5). Установки шовной сварки отличаются от стационарных точечных сварочных машин типом электродов (ролики с механическим приводом). Машины для шовной сварки имеют два токопроводящих ролика, из которых один ведущий, а другой вращается за счет трения при передвижении свариваемых листов. По принципу действия шовная сварка подобна точечной сварке обычного типа.

Процесс шовной сварки может иметь следующие режимы:

1) непрерывное движение роликов с непрерывной подачей тока;

2) непрерывное движение роликов при прерывистой подаче тока;

3) прерывистое движение роликов с прерывистой подачей тока.

Первый режим применяется при сварке листов общей толщиной

до 1,5 мм. При большей толщине сваренные листы могут расслоиться. Более того, при непрерывной подаче тока может происходить значительное коробление свариваемых листов. Наиболее распространен второй режим: швы получаются с малым короблением листов и наименьшим расходом электроэнергии.

Рис. 1.5. Схема шовной сварки: 1 — сварочный трансформатор; 2 — контактные ролики; 3 — прижимное устройство; 4 — свариваемые детали

Рис. 1.6. Схема расположения роликов и свариваемых деталей при различных способах шовной сварки

Применение шовной сварки наиболее целесообразно при изготовлении тонкостенных сосудов, сварных металлических труб и других подобных изделий. Расположение роликов и свариваемых деталей при выполнении различных способов шовной сварки показано на рис. 1.6.

1.5. Электрооборудование, применяемое при контактной сварке

Электрическая контактная сварка характеризуется высокой производительностью, а во многих случаях является единственно возможным и экономически целесообразным способом соединения металлических деталей.

Машины контактной сварки, выпускаемые отечественной промышленностью, подразделяют на машины общего назначения и высокопроизводительные специализированные машины, предназначенные для сварки конкретных изделий.

В установках контактной сварки общего назначения применяются сварочные трансформаторы с витыми сердечниками и обмотками, залитыми эпоксидным компаундом, а также аппаратура управления на логических элементах с интегральными схемами. В качестве прерывателей тока применяют тиристоры. Пневматическая и гидравлическая аппаратура отличается высокой производительностью и надежностью.

По роду тока, преобразования или накопления энергии различают следующие типы машин:

а) однофазного переменного тока промышленной или пониженной частоты;

б) постоянного тока (с выпрямлением тока во вторичном контуре);

в) трехфазного тока, низкочастотные с тиристорным преобразователем;

г) с накоплением энергии (в конденсаторах, электромагнитных системах, вращающихся массах).

Установки контактной сварки с выпрямлением тока на стороне низкого напряжения силового трансформатора имеют ряд технологических преимуществ при сварке крупногабаритных листовых конструкций из алюминиевых сплавов, титана, жаропрочных и нержавеющих сталей. По сравнению с низкочастотными машинами они более универсальны, экономичны и надежны в работе. Применение постоянного тока в шовных машинах позволяет значительно повысить скорость сварки без снижения качества сварного соединения, а в многоэлектродных машинах поочередное или групповое питание электродов можно осуществлять от одного источника тока.

Рис. 1.7. Структурные схемы электрической части основных типов машин контактной сварки: 1 — деталь; 2 — вторичный контур; 3 — трансформатор; 4 — переключатель; 5 — контактор; 6 — выпрямитель; 7 — коммутатор; 8 — накопитель энергии; 9 — трансформатор; 10 — аппаратура управления

Схема электрической силовой части машин контактной сварки обеспечивает получение необходимого сварочного тока от 2 до 10 кА от питающей сети 380 или 220 В при мощности источников питания от 75 до 750 кВ • А и более.

Структурная схема электрической части машин контактной сварки показана на рис. 1.7. Для подвода сварочного тока к детали 1 служит вторичный контур 2. Вид формы кривой и значение силы сварочного тока получаются путем преобразования или накопления электрической энергии от сети промышленной частоты с помощью трансформаторов 3, 9, выпрямителей 6 или накопителей энергии 8 (например, батареи конденсаторов). Силовые преобразователи (трансформаторы, выпрямители) включают в сеть или подсоединяют к накопителю энергии 8 с помощью контакта 5-6, а необходимое чередование полярности тока в сварочном трансформаторе обеспечивается коммутатором 7. Сварочный трансформатор 3 обеспечивает получение больших значений тока при низком напряжении. Регулировка сварочного тока производится ступенчатым изменением вторичного напряжения трансформатора 3 путем переключения числа ступеней его первичной обмотки переключателем 4. Регулирование сварочного тока осуществляется аппаратурой управления 10 путем изменения момента включения вентилей контактора 5 (выпрямители 6) относительно фазы напряжения сети в каждой полуволне. Аппаратура управления обеспечивает заданную последовательность и продолжительность всех или части операций сварочного цикла.

В однофазных машинах переменного тока (рис. 1.8, а) сварочный трансформатор Т включается в электрическую сеть рубильником через предохранители 2 и переключателем ступеней ПС посредством контактора-прерывателя Пр. Момент включения переключателя-прерывателя Пр определяется аппаратурой управления АУ, причем ток во вторичной обмотке сварочного трансформатора имеет синусоидальную или близкую к ней форму (рис. 38, б, в), а при наличии специальных модуляторов тока можно получить импульс тока с плавным изменением амплитуды (рис. 38, г), что существенно улучшает качество сварного соединения.

Машины контактной сварки имеют коэффициент мощности от 0,5 до 0,6. Повышение энергетических показателей однофазных машин при тех же значениях тока и размерах сварочного контура возможно путем понижения частоты вторичного напряжения сварочного трансформатора установки.

Рис. 1.8. Электрическая схема силовой части машины переменного тока (а) и форма импульсов сварочного тока I2 (б-г) : АУ — аппаратура управления; Т — трансформатор; ПС — переключатель ступеней; Пр — контактор- прерыватель; 1 — электрическая сеть; 2 — предохранители

В применяемых сварочных машинах постоянного тока (трехфазные с выпрямителем тока во вторичном контуре) (рис. 1.9) первичную обмотку включают по схеме «треугольник», а к соединенной по схеме «звезда» вторичной обмотке через вентили 1-3 (рис. 1.9, а) подключают вторичный контур. Общая электрическая схема сварочной машины представляет собой трехфазный выпрямитель. В таких машинах проблемой является выпрямление очень больших сварочных токов.

Управление машиной — включение и отключение трехфазного понижающего трансформатора Т и регулирование тока — осуществляется тиристорами, включенными последовательно с первичными обмотками. При мгновенной коммутации ток через тиристор VSi и связанную с ним первичную обмотку трансформатора проходит в течение одной трети периода (я/3), когда напряжение в данной фазе больше, чем в двух других (в точке К рис. 1.9, б). В эту треть периода ток через два других тиристора проходить не может, поскольку потенциал их анодов ниже общего потенциала катода. В следующую треть периода ток будет пропускать второй вентиль VS2 и т. д. Переход тока от одного вентиля к другому (рис. 1.9, в) происходит в момент пересечения положительных полусину- соид напряжения (точки К, L, М на диаграмме рис. 1.9, б). Аналогично коммутация тока проходит и в сварочной цепи (рис. 1.9, г, д). Несмотря на униполярное протекание тока в первичной обмотке (рис. 1.9, в),

магнитные потоки в стержнях трехфазной магнитной системы (рис. 1.9, е) не имеют постоянной составляющей (потока вынужденного намагничивания, который возникает при отсутствии вентилей в первичной обмотке), поскольку алгебраическая сумма магнитных потоков в трехстержневой магнитной системе равна нулю.

Рис. 1.9. Схемы выпрямителей сварочных машин постоянного тока: а — электрическая схема трехфазного выпрямителя; б—д — диаграммы токов и напряжений, наблюдаемых во время коммутаций в сварочной цепи; е — направления магнитных потоков в стержнях магнитной системы

Размагничивание того или иного стержня происходит намагничивающими силами обмоток, расположенных на двух других стержнях. Вследствие соединения первичных обмоток по схеме «треугольник» и наличия вентилей не только в первичной, но и во вторичной цепи сумма ампер-витков, расположенных на одном стержне обмоток, в любой момент времени практически равна нулю.

Преимуществами сварочных машин постоянного тока являются: равномерная загрузка фаз, широкие возможности регулирования формы и длительности импульса тока, а также получение многоимпульсного режима; меньшая потребляемая мощность по сравнению с однофазными машинами, особенно при больших вылетах и при сварке материалов с малым удельным сопротивлением; отсутствие влияния вносимых в сварочный контур ферромагнитных масс на значения сварочного тока.

В низкочастотных сварочных машинах используется преобразование трехфазного тока промышленной частоты в импульсы тока низкой частоты (5-20 Гц). Это достигается кратковременным включением силового игнитронного выпрямителя в первичную обмотку сварочного трансформатора Т машины (рис. 1.10). Преимуществами таких машин являются: благоприятная форма импульса сварочного тока — его плавное нарастание и спад; равномерная нагрузка трехфазной сети при пониженной потребляемой мощности вследствие пониженной индуктивности контура; повышенный коэффициент мощности по сравнению с однофазными машинами.

Рис. 1.10. Схема преобразователя однополупериодной низкочастотной машины: Т — сварочный трансформатор; ПП — пакетный переключатель

В машинах контактной сварки с накоплением энергии во время паузы происходит медленное накопление энергии в накопителе с потреблением небольшой мощности из сети и кратковременное использование ее во время процесса сварки.

Для обеспечения заданной производительности контактных сварочных машин и высокого качества сварки необходимо строго соблюдать определенное время протекания сварочного тока для каждого цикла сварки. Это достигается с помощью соответствующих элементов схем управления сварочных установок: выключателей сварочного тока, регуляторов времени. Выключатели сварочного тока выпускаются нескольких типов: механические выключатели, асинхронные электромагнитные контакторы, синхронизированные электромагнитные контакторы, игнитронные выключатели и др. Механический выключатель тока имеет систему подвижных и неподвижных контактов, которые включаются в первичную цепь трансформатора сварочного тока. Механизм привода контактов связан с устройством зажатия свариваемых изделий. При малой скорости коммутации контакты механического выключателя подгорают и требуют частой замены, что ограничивает их применение в маломощных машинах контактной сварки.

Применяющиеся в сварочных машинах асинхронные электромагнитные пускатели имеют ограниченный срок службы контактов, поскольку они разрывают рабочий ток в произвольной точке синусоиды.

Время протекания сварочного тока обеспечивается специальными регуляторами времени, которые подразделяются на электромеханические, электропневматические и электронные.

При электродвигателъном приводе контактных машин обычно применяются электромеханические регуляторы времени, рабочими органами которых являются кулачки, воздействующие при вращении вала электродвигателя своими выступами на механические выключатели тока.

В контактных сварочных машинах с пневматическим механизмом сжатия применяются электропневматические регуляторы времени. Схема электронного регулятора времени приведена на рис. 1.11. Цепь управления электромагнитным контактором КЦ сварочного трансформатора Т1 приводится в действие замыканием контактов ключа К, а его отключение осуществляется автоматически электронной схемой через определенный промежуток времени. До замыкания контактов ключа К ток от зажима сети протекает через регулируемое сопротивление R — сетку лампы Л, нормально замкнутые контакты реле Э и катушку контактора КТ к полюсу 2 сети. Шунтирующий сопротивление конденсатор заряжается при протекании тока через лампу Л.

Рис. 1.11. Схема электронного регулятора времени: 1 — первый полюс сети;

2 — второй полюс сети; КЦ — электромагнитный контактор; Т1 — сварочный трансформатор; Т2 — трансформатор регулятора времени; К — ключ; Л — лампа; Э — замкнуты контакт реле; КТ — катушка контактора; R — регулируемое сопротивление; С — конденсатор

Поскольку сеточный ток мал, включения контакта КТ не происходит. Сеточный ток на лампу прекращается при нажатии ключа К, при этом сетка оказывается соединенной с ее внешней частью через отрицательно заряженный конденсатор и катушку реле.

Контактные сварочные установки являются массовыми потребителями электроэнергии, поэтому их рациональное использование является важным направлением экономии электроэнергии. Наилучшие результаты дают следующие мероприятия: совершенствование технологии сварки, включающее подготовку деталей под сварку; ускорение компоновки деталей, оптимизация цикла сжатия деталей, ограничение холостого хода источников питания, периодическая ревизия контактных соединений в цепи сварочного тока; установление норм расхода электроэнергии на сварочные работы.

Резюмируем вышесказанное. Контактная сварка в машиностроении является одним из востребованных способов соединения деталей, поскольку обеспечивает высокую скорость сварки, необходимое качество сварного соединения и может быть легко автоматизирована. Одно из преимуществ контактной сварки — минимальные тепловые потери.

Источник