Климов А.С., Смирнов И.В. Основы технологии и построения оборудования для контактной сварки

Подождите немного. Документ загружается.

261

амплитудой до 20…30 кА в зависимости от значения ПВ. При времени

включения выпрямителя порядка 1 с и ПВ = 20 % максимально допустимый ток

диода составляет 16 кА. Благодаря этому шестифазный выпрямитель на шести

диодах Д 253-4000 (по одному диоду в фазе) обеспечивает питание машины с

номинальным током 25 кА для сварки стали и 40 кА для сварки алюминиевых

сплавов. Все шесть диодов

VD1…VD6

такого выпрямителя устанавливаются на

общем групповом охладителе, закрепленном непосредственно на сварочном

трансформаторе. Охладитель является одним полюсом выпрямителя и

присоединяется к шине вторичного контура. Вторым полюсом выпрямителя

является шина, соединенная непосредственно с выводами вторичных обмоток

трансформатора. Вторые выводы вторичных обмоток подключены к диодам с

помощью гибких шин и индивидуальных охладителей, прижатых к диодам

болтами через тарельчатые пружины. Получившийся таким образом ком-

пактный трансформаторно-выпрямительный блок устанавливается в корпусе

машины аналогично сварочному трансформатору в машинах переменного тока.

Такую же конструкцию имеют источники питания для многоэлекродных

машин постоянного тока. В них к трансформаторно-выпрямительному блоку

крепится переключатель ступеней и трехфазный тиристорный контактор,

содержащий три или шесть тиристоров в зависимости от схемы выпрямления.

Для питания более мощных машин применяется выпрямитель,

содержащий по два диода в фазе. При этом вторичная фазная обмотка

выполнена из двух изолированных друг от друга дисков, к каждому из которых

подключается один диод. Первичные обмотки трансформатора делятся на

секции так, чтобы в каждую секцию входили последовательно соединенные

катушки, прижатые к тем дискам, к которым подключены диоды, работающие

параллельно. Это обеспечивает равномерное распределение тока между ними.

Конструктивно выпрямитель на 12 диодах выполнен также в виде единого

компактного трансформаторно-выпрямительного блока.

9.3. Источники питания конденсаторных машин для контактной сварки

В конденсаторных машинах энергия, необходимая для сварки,

накапливается в электрических конденсаторах в паузе между сварками.

Учитывая, что в точечных и рельефных машинах ПВ не превышает в

большинстве случаев 20 %, время заряда конденсаторов в пять и более раз

превышает время их разряда на первичную обмотку сварочного

трансформатора при сварке. Соответственно средняя мощность Р

, выделяемая

на сварочном трансформаторе при разряде конденсаторов, значительно больше

средней мощности Р

, потребляемой из сети при их заряде, что определяется

соотношением

ррзз

tPtP

, (9.1)

где t

– время заряда конденсатора;

– время разряда;

262

η – КПД зарядно-разрядной системы.

Таким образом, одна из существенных особенностей конденсаторных

машин заключается в снижении потребляемой из сети мощности по сравнению

с машинами с непосредственным потреблением энергии из сети при сварке.

Конденсаторные машины представляют собой разновидность машин с

запасанием энергии. Однако другие способы запасания энергии, например в

электрохимических источниках, вращающихся массах, в электромагнитном

поле, практически не нашли применения в контактных машинах.

Снижение мощности, потребляемой из сети конденсаторными машинами,

имеет практическое значение. Так, например, точечную сварку изделий из

алюминиевых сплавов толщиной 1,5+1,5 мм можно производить на машине

переменного тока МТ-4019 и на конденсаторной машине МТК-5502. Вылет

электродов на машинах соответственно 500 и 600 мм. При этом потребляемая

из сети мощность составит 300 кВ⋅А у машины МТ-4019 и 20 кВ⋅А у машины

МТК-5502. Снижение мощности имеет существенное значение при увеличении

толщины металла свариваемых изделий или сечения рельефа при рельефной

сварке, что особенно характерно при сварке кольцевых или другой формы

контурных рельефов для герметизации корпусов полупроводниковых

приборов, мембран и других изделий, при сварке изделий из легких сплавов

толщиной до 3 + 3 мм.

Вторая особенность конденсаторных машин – это более высокая

стабильность качества сварки, чем при других способах питания машин. При

питании машины от заряженных конденсаторов энергия, отдаваемая

конденсаторами на первичную обмотку сварочного трансформатора,

Сн

CUW =

, (9.2)

зависит от колебания начального напряжения на конденсаторах U

Cн

, которое в

современных машинах поддерживается с точностью до ±1% при допустимых

отклонениях напряжения питающей сети от -10 до +5% номинального

значения. Емкость конденсаторов С практически остается постоянной. В то же

время для машин группы А напряжение, подводимое к первичной обмотке

сварочного трансформатора, должно поддерживаться с точностью ±3% при

непосредственном питании машины от сети при сварке.

Значение более стабильного питания конденсаторных машин возрастает

при уменьшении толщины металла свариваемых изделий, когда время сварки

уменьшается и стабилизация тока при непосредственном питании от сети

становится все более затруднительной. В особенности это относится к тем

случаям, когда время сварки составляет доли периода тока промышленной

частоты. Поэтому для сварки изделий из металла малой толщины (до

0,2…0,3 мм) наиболее целесообразно применять конденсаторные машины,

которые обеспечивают более стабильное качество по сравнению с другими

машинами. В своей основе силовая электрическая часть конденсаторных

машин относительно проста. Она состоит из зарядной части конденсатора и

разрядной части. Однако в зависимости от технических требований,

предъявляемых к машинам, разнообразие их источников питания весьма вели-

263

ко. Накопляемая в конденсаторах энергия в различных машинах варьируется в

пределах 0,1…50 кДж. В машинах с большой запасаемой энергией часто

необходимо предусматривать улучшение их энергетических характеристик —

снижение пиковой мощности и более равномерную загрузку трехфазной сети,

снижение массогабаритных показателей батареи конденсаторов, сварочных

трансформаторов, токоограничивающих зарядных элементов и уменьшение

выделяемой на них активной мощности, повышение КПД источников. В

машинах с небольшой запасаемой энергией часто требуется обеспечить

регулирование сварочного импульса тока во избежание начального выплеска

при сварке. Регулирование сварочного тока в широких пределах в ряде случаев

требуется и в машинах с большой накопляемой энергией. Все эти требования,

иногда и противоречивые, вызывают разнообразие схем, появление новых

решений вместе с новыми входящими в схемы элементами.

Принципиальная электрическая схема конденсаторной машины (рис. 9.4)

состоит из двух частей: зарядной и разрядной. Как правило, силовые

электрические схемы зарядной части и разрядной части источника не зависят

друг от друга и проектируется отдельно. С одной и той же зарядной частью

схемы могут комбинироваться различные ее разрядные варианты. И, наоборот,

с одной какой-либо разрядной частью в различных сочетаниях могут

находиться разные зарядные части.

Рис. 9.4. Двухполупериодная мостовая зарядная цепь с токоограничивающим

резистором

Зарядная цепь состоит из выпрямителя, который в зависимости от

мощности сварочной машины может быть однофазным или трёхфазным (на

рис. 9.3 показан двухполупериодный выпрямитель на диодах VD1…VD4), и

зарядного сопротивления R, которое подбирается исходя из условия

ограничения тока зарядки. В общем случае разрядная цепь состоит из

последовательно включённых рабочего конденсатора С, коммутирующего

устройства К и первичной обмотки сварочного трансформатора ТС, вторичная

обмотка которого подсоединена к сварочному контуру машины. Для гашения

колебаний тока при разрядке конденсатора С параллельно ему устанавливается

шунтирующий вентиль В

В некоторых случаях для сварки целесообразно иметь импульс сложной

формы, в котором явно выражены участки предварительного подогрева деталей

перед сваркой и поддержания заданной температуры в течение некоторого вре-

мени после сварки. Для получения подобных импульсов тока разработаны

264

различные схемы с применением дросселей насыщения, дополнительных

конденсаторов, с переключением секций первичной обмотки сварочного

трансформатора и др. Наиболее универсальной является схема с применением

инвертора в цепи первичной обмотки сварочного трансформатора и

выпрямителя в цепи его вторичной обмотки. В этом случае можно получать

сварочный ток, регулируемый в широком диапазоне по длительности, амп-

литуде и форме.

9.4. Источники питания с промежуточным звеном повышенной частоты

Проблема создания сварочной оснастки для роботов и

робототехнологических комплексов в значительной мере связана с разработкой

принципиально новых источников сварочного тока. Одними из самых

перспективных из них являются источники с промежуточным звеном

повышенной частоты. В таких источниках осуществляется трехкратное

преобразование энергии питающей электросети. Сначала переменное на-

пряжение трехфазной питающей сети выпрямляется. После выпрямления

производится инвертирование напряжения с повышенной частотой. Это

напряжение питает первичную обмотку сварочного трансформатора и понижа-

ется, а на стороне вторичной обмотки трансформатора напряжение

выпрямляется.

Применение таких источников сварочного тока позволяет разработать

установки для контактной сварки, имеющие ряд преимуществ перед

однофазными машинами переменного тока и машинами постоянного тока.

Главные из них:

1. Снижение массы и габаритов сварочных трансформаторов примерно в

10 раз по сравнению со сварочными трансформаторами, питаемыми

напряжением сетевой частоты 50 Гц.

2. Высокоскоростное регулирование параметров сварочного тока, и,

следовательно, самого процесса сварки.

3. Равномерное распределение нагрузки по всем трем фазам питающей

сети.

4. Малая глубина пульсаций сварочного тока, следовательно, более

эффективный вклад энергии в сварную точку.

На рис. 9.5 представлена структурная схема такого источника, которая

включает в себя трехфазный мостовой выпрямитель с конденсаторным

фильтром на выходе 1, инвертор 2, сварочный трансформатор 3, однофазный

двухполупериодный выпрямитель с нулевым выводом 4 и сварочный контур 5.

Рис. 9.5. Структурная схема ИСТ

265

Контрольные вопросы к главе 9

1. Каковы преимущества контактных сварочных машин постоянного тока перед

машинами переменного тока?

2. Изобразите и опишите принцип работы схемы однофазного

двухполупериодного выпрямителя.

3. Изобразите и опишите принцип работы схемы трёхфазного

двухполупериодного выпрямителя.

4. Каковы преимущества конденсаторных контактных сварочных машин перед

другими машинами?

5. Каковы преимущества контактных машин, использующих источники

питания с промежуточным звеном

повышенной частоты?

266

ГЛАВА 10. ЭКОНОМИКА И ОРГАНИЗАЦИЯ

ТРУДА ПРИ КОНТАКТНОЙ СВАРКЕ

Во многих случаях контактная сварка становится единственным или наи-

более целесообразным способом получения сварного соединения. При исполь-

зовании именно этого способа создания неразъемного соединения взамен дру-

гих экономятся металл и сварочные материалы, улучшается качество изделия и

условия труда рабочего. Важным средством

повышения экономии сварочных

материалов и электроэнергии при контактной сварке металлов является разра-

ботка и внедрение обоснованных норм времени на создание сварного соедине-

ния.

10.1. Нормирование контактной сварки

Контактная сварка – один из высокопроизводительных технологических

процессов, не требующих применения присадочных материалов, машины для

контактной сварки легко встраиваются в поточные механизированные линии, а

в некоторых отраслях промышленности являются основой повышения техниче-

ского и организационного уровня производства сварных конструкций. Это под-

тверждается технико-экономическими данными. При проведении технико-

экономического анализа эффективности контактной сварки в первую очередь

необходимо произвести нормирование процесса контактной сварки.

Норма времени – это регламентированное время выполнения технологи-

ческой операции (работы) в определённых

организационно-технических усло-

виях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации.

Норму времени можно установить на любой объём выполняемой работы, но

чаще она устанавливается на технологическую операцию и относится к едини-

це измерения объёма работы. В этом случае её называют нормой штучного

времени. То есть нормой штучного времени является время, устанавливаемое

на

выполнение единицы работы (изготовление детали, узла, и т.д.).

Технические нормы времени (нормы выработки) устанавливаются в соот-

ветствии с техническими и эксплуатационными возможностями оборудования,

указанными в его паспорте.

Норма штучного времени при контактной сварке включает основное и

вспомогательное время, время обслуживания, время на отдых и личные надоб-

ности рабочего, регламентированные

перерывы и подготовительно – заключи-

тельное время:

шт

= t

+ t

обсл

л.отд

+ t

п-з

, (10.1)

Основное время t

при контактной сварке предназначается непосредст-

венно для сварки стыка, точки, шва (соответственно при стыковой, точечной,

шовной сварке). Под основным временем контактной сварки следует понимать

время двойных (прямого и обратного) ходов электрода. Оно состоит из времени

на опускание и сближение электродов, их сжатие, протекание тока, выдержку

267

электрода при повышенном давлении и возвращение электрода в исходное по-

ложение.

Основное время определяется на основании исследовательских работ и

хронометражных наблюдений, проводимых при оптимальных режимах сварки,

обеспечивающих максимальную производительность и необходимое качество

сварного шва, а также по формулам, приведенным ниже или по таблицам нор-

мативов, разработанных для отдельных видов контактной

сварки (табл. 10.1,

10.2, 10.3)

Таблица 10.1

Основное время точечной сварки на машинах автоматического и

неавтоматического управления, мин

Число ходов в

минуту

Время на одну точку

или проход, мин.

Число ходов в

минуту

Время на одну точку

или проход, мин.

10 0,1 50 0,02

12 0,084 60 0,017

14 0,072 72 0,014

17 0,059 86 0,011

20 0,05 100 0,01

24 0,042 120 0,0082

29 0,035 140 0,0071

35 0,029 170 0,0059

42 0,024 200 0,005

Таблица 10.2

Основное время стыковой сварки (на один стык) оплавлением низ-

коуглеродистой стали, мин

Сварка деталей

с подогревом без подогрева

Площадь

сечения

стыка, мм

Номинальная

мощность

мащины, кВА

сплошного

сечения

с развитым

периметром

сплошного

сечения

сплошного

сечения

30 0,05 -

50 0,06 0,6

0,08 0,18

120 0,1 0,2

150 0,12 0,23

200

0,15 0,25

250 0,17

Не применя-

ется

0,28

Не применя-

ется

300 0,19 0,13 0,31 0,21

400

0,21 0,14 0,34 0,22

500 0,25 0,17 0,4 0,29

600 0,28 0,2 0,46 0,34

700 0,31 0,22 0,52 0,38

800

100

0,34 0,24 0,58 0,46

1000 0,39 0,28 0,72 0,53

1200 0,34 0,6

2000

250

0,68

268

Таблица 10.3

Основное время шовной сварки, мин

Номинальная мощ-

ность мащины,

кВА

Суммарная толщи-

на металла в мм.

Скорость сварки в

м/мин

Норма времени на

1 пог. м шва в мин.

60 1,6

2,0

1,2

0,8

0,83

1,25

100 2,0

3,0

1,0

0,8

1,00

1,25

150 2,0

3,0

4,0

1,75

1,5

0,9

1,57

0,66

1,12

200 2,0

3,0

4,0

2,5

1,75

1,0

0,4

0,57

1,0

Основное время для контактной шовной, стыковой и точечной сварки

можно рассчитать по формулам следующим образом.

Основное время шовной сварки, мин:

св

t =

, (10.2)

где

– длинна шва; v

св

– скорость сварки.

Основное время стыковой сварки, мин:

кво

t += , (10.3)

где n – число рабочих ходов электрода (электродных зажимных губок) в мину-

ту: t

в.к

– время включения рабочего хода.

Основное время

точечной сварки, мин:

кв

, (10.4)

где m – число свариваемых точек за одно включение машины.

Вспомогательное время t

при контактной сварке расходуется:

- при точечной сварке на стационарных машинах – на сборку деталей в приспо-

соблениях по рискам, отверстию и шаблону, установку деталей в электродах

машины, включение машины, перемещение и снятие изделия;

- при точечной сварке переносными машинами – на подноску и установку ма-

шины в начале сварки, включение машины, перемещение

ее для сварки после-

дующей точки и возвращение в исходное положение;

- при шовной сварке – на поднос детали и установку ее на нижний ролик, вклю-

чение и выключение машины, поднятие верхнего ролика, снятие и перемеще-

ние изделия;

- при стыковой сварке – на поднос деталей и установку их в губки машины,

опускание защитного

щитка, раскрепление губок, снятие и перемещение изде-

лия.

269

При сварке алюминиевых сплавов и коррозионно - стойких сталей необ-

ходимо вспомогательное время и на зачистку электрода, кроме приведенных

выше показателей затрат времени.

Вспомогательное время для массового производства деталей может быть

определено по нормативам, приведенным в табл. 10.4 – 10.6.

Таблица 10.4

Время на закрепление и открепление детали при точечной, шовной

и стыковой сварке, мин

Таблица 10.5

Вспомогательное время на установку детали на стол,

в приспособление или кондуктор при точечной и шовной сварке,

мин

Способ установки Масса де-

тали, кг, не

более

свободно, без

фиксации

с выверкой по

одной плоско-

сти

с выверкой по

двум плоско-

стям

по конту-

ру, риске

по шты-

рю

2 0,043 0,073 0,12 0,047 0,063

3 0,048 0,08 0,13 0,052 0,069

5 0,053 0,088 0,14 0,057 0,076

7 0,058 0,097 0,16 0,063 0,094

10 0,064 0,11 0,17 0,069 0,092

15 0,07 0,12 0,18 0,076 0,1

Таблица 10.6

Вспомогательное время при стыковой сварке

сплошного сечения, мин

Площадь свариваемого се-

чения, мм

Гидравлические, пневма-

тические, механические за-

жимы

Ручные рычажные винто-

вые зажимы

100…200 0,6 0,7…0,8

200…600 0,7 0,8…1,0

600…1000 0,75 1,0…1,2

1000…1500 0,8 1,2…1,4

1500…2500 1,0 1,4…1,7

Время на обслуживание рабочего места t

обсл

при контактной сварке за-

трачивается на зачистку и смену электродов, роликов, губок; осмотр, смазыва-

ние, очистку сварочной машины; уборку рабочего места. Время на обслужива-

ние рабочего места устанавливают по данным фотографии рабочего дня, а при

укрупненных расчетах – в виде коэффициентов к оперативному времени t

опер

(сумма основного и вспомогательного времени). Также можно воспользоваться

данными, приведенными в таблице 10.7

Тип зажимного приспособления Время на один зажим

Пневматический или пневмогидравлический 0,0016

Эксцентриковый 0,02

Рычажный или откидная планка 0,053

270

Таблица 10.7

Время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности

Вид

сварки

Оборудование Рабочая

поза

Обслуживание

рабочего места,

% от t

опер

Отдых

и лич-

ные

надоб-

ности,

% от

опер

Коэффициент,

К, учитываю-

щий увеличе-

ние t

опер

Стационарная

машина

Сидя

1,1

Клещи 1,11

Точечная

Пистолет

1,12

Шовная Стационарная

машина

4 1,11

Машина с

пневматиче-

ским управле-

нием

1,13 Стыковая

Машина с ав-

томатическим

управлением

Стоя

1,14

Подготовительно-заключительное время t

п-з

при контактной сварке

затрачивается на получение задания, наряда, чертежа, технологической карты,

указаний и инструктажа, ознакомление с работой, получение и сдачу приспо-

соблений и инструмента, наладку оборудования на заданный режим сварки,

сдачу выполненной работы.

В условиях единичного и мелкосерийного производства принимают

подготовительно-заключительное время равным 6…10 мин. на партию при вы-

полнении работы

на стационарной машине (клещах), при применении пистоле-

та – 5 мин.

В условиях массового и крупносерийного производства подготовитель-

но-заключительное время отдельно не нормируют, а небольшие затраты его по-

рядка 2…4 % от оперативного времени, включают в штучное время.

Нормы штучного времени для рассмотренных видов сварки можно рас-

считать по следующим формулам:

шт т

= (t

⋅ i+ t

)К, (10.5)

шт ш

= (t

⋅ l+ t

)К, (10.6)

шт с

= (t

+ t

)К, (10.7)

где i – число точек, свариваемых за данную операцию; l – длинна свариваемого

шва;

- вспомогательное время, связанное со свариваемым швом и сваривае-

мыми изделиями; К - коэффициент, учитывающий время на обслуживание ра-

бочего места, отдых и личные надобности рабочего.