5.5.1.4. Машины для конденсаторной сварки
Машины для конденсаторной сварки — это машины с аккумулированием (накоплением) энергии. В этих машинах происходит медленное аккумулирование энергии с потреблением небольшой мощности из сети и кратковременное использование ее во время сварки.
Аккумулировать энергию, достаточную для получения необходимых сварочных токов, можно в конденсаторах, магнитопроводах трансформаторов, во вращающихся массах, электрохимических аккумуляторах и специальных униполярных электрических генераторах. В настоящее время нашла промышленное применение лишь схема с накоплением энергии в конденсаторах. Электрическая схема конденсаторной машины состоит из двух частей: зарядной, обеспечивающей зарядку конденсаторной батареи до заданного уровня напряжения зарядки, и разрядной, обеспечивающей разрядку конденсаторной батареи на свариваемое изделие с заданным сварочным током.
Одна из распространенных электрических схем конденсаторных машин приведена на рис. 5.15, а. В этой схеме батарея конденсаторов емкостью С заряжается от сети переменного тока через управляемый выпрямитель ВС (однофазный или трехфазный в зависимости от необходимой мощности) и зарядное сопротивление rз. При переключении переключателя П зарядка конденсаторов прекращается, и они разряжаются через первичную обмотку сварочного трансформатора СТр. Для предотвращения намагничивания сварочного трансформатора при сварке однополярными импульсами тока в схеме предусмотрен коммутатор полярности КП.
Сварка изделия осуществляется благодаря разряду конденсаторной батареи. Импульс разрядного тока и, следовательно, импульс сварочного тока определяются параметрами машины, рабочим напряжением U1C и емкостью С батареи конденсаторов, а также коэффициентом трансформации Кс трансформатора СТр. Упрощенная схема замещения разрядной цепи конденсаторной машины приведена на рис. 5.15, б.
В большинстве
конденсаторных машин
поэтому разряд носит колебательный
характер.
Для сварки используется лишь первый полупериод колебательного разряда с временем, в течение которого концентрированно отдается основная часть аккумулированной энергии. При этом в начале разрядки энергия WС конденсаторов тратится на тепловыделение и аккумулирование энергии в магнитном поле сварочной машины. К моменту, когда ток станет максимальным (точка 1, рис. 5.15, в), конденсаторы разряжаются настолько, что не могут поддерживать ток iсв во вторичном контуре, и в дальнейшем он уменьшается. Когда напряжение и2с становится равным нулю, ток iсв поддерживается только за счет расходования магнитной энергии (участок 2 – 3,), причем часть этой энергии идет на перезарядку конденсаторов. Когда ток снизится до нуля (точка 3), напряжение на конденсаторах достигнет вторичного максимума. Далее процесс повторится с той же частотой, но с меньшей амплитудой до полного затухания.
Д
ля
получения апериодического заряда (
),
более эффективного для сварки, в схему
вводят шунтирующий вентиль Вш
(рис. 5.15, а), который открывается при
изменении знака напряжения и2С,
и переходный процесс имеет апериодический
характер (штриховая линия 2 –
4; рис. 5.15, в). Ток iсв
поддерживается в цепи аккумулированной
магнитной энергией, которая преобразуется
в тепловую во вторичном контуре и
магнитопроводе трансформатора. Обратное
напряжение на конденсаторах незначительно
и равно падению напряжения ΔU
на вентиле Вш.
Значение сварочного тока и форма его импульса зависят от соотношения параметров r2 и L2 машины, от емкости С батареи конденсаторов, зарядного напряжения на ней U1C, коэффициента трансформации КС.
Графики токов короткого замыкания машины, характеризующие влияние изменения параметров С, U1C и КС на форму импульса сварочного тока, приведены на рис. 5.15, г. При увеличении зарядного напряжения U1C в основном увеличивается I2kmax (пропорционально U1C), незначительно возрастает общая длительность Т tсв импульса, и практически не изменяется длительность нарастания тока tmax. При снижении коэффициента КС увеличивается I2kmax, и снижаются tmax и Т. Изменение длительностей tmax и Т происходит примерно пропорционально изменению коэффициента КС. При увеличении емкости С увеличиваются максимальное значение тока, его длительности tmax и Т.
В отдельных случаях для повышения энергетических показателей машин применяют более сложные схемы зарядно-разрядных цепей: с накопительной емкостью; с использованием сварочного трансформатора с выводом средней точки первичной обмотки и др. Форма импульса тока в процессе сварки, как правило, не регулируется. Относительно крутой фронт нарастания импульса сварочного тока (tmax = 0,004…0,05 с) иногда вызывает выплески металла. Во избежание выплесков применяют повышенные усилия сжатия деталей, а также проводят более тщательную подготовку поверхностей деталей под сварку. При сварке ответственных деталей в конденсаторных машинах предусматривают возможность получения требуемых по технологическим соображениям форм импульсов сварочного тока. Для этой цели в разрядную цепь включают реактивную катушку со стальным магнитопроводом, имеющим небольшой зазор. Вначале, пока магнитопровод катушки не насыщен, скорость нарастания тока невелика. После насыщения магнитопровода влияние реактивной катушки на процесс разряда становится небольшим.
Емкость батареи и коэффициент трансформации — величины постоянные при данной настройке машины; напряжение батареи стабилизируется аппаратурой управления с высокой точностью. Поэтому импульсы сварочного тока отличаются высокой стабильностью, что при прочих равных условиях обусловливает стабильную повторяемость показателей качества свариваемых изделий.
Конденсаторные машины весьма широко используют для точечной и шовной сварки деталей малых толщин, для герметизации контактной сваркой корпусов интегральных микросхем, полупроводниковых приборов и др., а также для сварки деталей из легких сплавов. Для сварки очень тонких деталей применяют машины, в которых разряд конденсаторов осуществляется непосредственно на свариваемые детали без сварочного трансформатора (бестрансформаторная конденсаторная сварка сопротивлением) или сближающиеся детали (ударно-конденсаторная сварка встык и впритык проводов с диаметром до 2 мм).