§ 6.3. Саморегулирование, нагрузочные и внешние характеристики машин
Анализ зависимостей, приведенных на рис. 6.4—6.6, позволяет судить о технологических возможностях сварочной машины, в частности, о допустимости сварки на ней конкретных деталей, о ее способности саморегулировать — корректировать процесс .сварки так, чтобы при возмущениях не происходило снижения качества результатов сварки, а также о необходимости использования тех или иных средств (аппаратуры) автоматического дерегулирования для полной отработки возмущений.
Саморегулирование и нагрузочная характеристика машин. Наглядное представление об изменении сварочного тока /св машины в зависимости от электрического сопротивления деталей гээ (обычно при точечной рельефной и шовной сварке определяется средним сопротивлением) дает нагрузочная характеристика (НХ), т.е. /св = f (гээ). Нагрузочную характеристику рассчитывают по соотношению (6.3) для каждой ступени трансформатора. Значение гзэ выбирают в диапазоне от нуля (ток короткого замыкания У2к) до 200—300 мкОм и более.
г33,мк0м
0,83 1,66 3,33
а)
Рис. 6.5. Нагрузочные характеристики:
а - однофазной машины переменного тока (1) и маш
кошу | е (2); б — машины МШВ-1601
и тока во вторичном
229
На рис. 6.5, а даны нагрузочные характеристики машин двух типов:
Рис. 6.6. Внешние характеристики:
а — однофазной машины переменного тока (7) и машины с выпрямлением тока во вторичном контуре (2); б — машины МТ-1217
1) однофазной переменного тока, построенной по уравнению
/ев = ^2o//(^ + 02 + 4k- 5,1 //(гээ + 81)2 + 2882.КГ6А,
£/зо = 5,1 В; Z2k = 300 мкОм; Г2к = U20/Z2K ~ 17 кА; cos фк == = 0,27;
2) с выпрямлением тока во вторичном контуре (при xiK = 0), построенной по уравнению
/ев = ОУ(г3, -f г2к) = 2,28/(гээ + 60) 10-6А,
г2к — 60 мкОм; Ulo — 2,28 В: 1\к = U'2o/r2K — 38 кА. При сварке деталей (гээ — 90 мкОм) сварочный ток обеих машин /св = 15,2 кА.
Машина с выпрямлением тока 2, в которой отношение г^/г2к » ж 1,6 велико (мало внутреннее сопротивление rSK), имеет так называемую крутопадающую НХ, а машина однофазная переменного тока — пологопадающую (велико Z3K, мало отношение reJZ2u = = 0,3). Наклон их имеет прямое отношение к процессам саморегулирования (изменению /сн, Р»э и £4э) ПРИ возмущениях.
На качество сварки существенное влияние оказывают возмущения, связанные с изменением гээ (при стыковой сварке во время оплавления, при точечной рельефной и шовной от произвольных колебаний daJl, fCB, шунтирования тока) (см. гл. 9).
При сварке на машине 2 в случае изменения гэл значение /с„ отклоняется от исходного в значительно большей степени, чем на машине 1. Это объясняется тем, что при крутопадающей НХ машины 2 более активно идет процесс внутреннего (машинного) саморегулирования. Например, при снижении гээ в большей степени компенсируется снижение Рт за счет увеличения /св.
При одной и той же НХ активность саморегулирования зависит от свойств свариваемых металлов (значения гээ). В областях Б, В (см. рис. 6.4), которые характерны для точечной рельефной и шовной сварки металлов с высоким значением удельного электросопротивления р (легированные стали, сплавы титана) и для стыковой сварки
230
оплавлением, результаты сварки при возмущениях (например, при уменьшении гээ) за счет активного саморегулирования оказываются более устойчивыми, так как одновременно увеличиваются /св и Рт. В то же время, при тех же границах действия возмущений, в области А (характерна для сварки деталей с низким значением р — алюминиевые, магниевые сплавы) активность саморегулирования падает, соответственно снижается качество результатов сварки. Так, при точечной сварке легированных сталей на машине с крутопадающей НХ при г2ц = 70 мкОм при снижении гээ с 175 до 130 мкОм (примерно на 25 %) прирост тока за счет саморегулирования составляет 25 %, а Рээ увеличивается на 13 % (область В). При аналогичном снижении гЭд на 25 % (с 12 до 9 мкОм) при сварке сплава АМгб (область А) за счет больших потерь в г2к значение /св увеличивается всего на 5 %, а Рт уменьшается на 17 %.
По мере дальнейшего снижения гээ активность саморегулирования продолжает падать, одновременно снижаются границы допустимых возмущений.
При сварке сплавов с более высокими значениями р, например, сплавов на основе титана, процесс саморегулирования может полностью компенсировать снижение качества сварки в заданных пределах возмущения. Отмечаются случаи точечной сварки, когда за счет саморегулирования с уменьшением гээ размеры сварной точки несколько возрастают. При сварке конкретных деталей можно получить оптимальный эффект саморегулирования за счет 5ВК (см. § 6.5) путем переналадки конструктивных элементов мащины / и h (при этом изменяются Z2K, ^к и наклон НХ).
При стыковой сварке оплавлением за счет увеличения размеров и количества перемычек снижается гад. Для устойчивою оплавления необходимо непрерывное увеличение /св (активное саморегулирование), что обеспечивается машинами с крутопадающей НХ. В процессе стыковой сварки сопротивлением резко возрастает гээ. Поэтому для поддержания устойчивого нагрева зоны сварки стремятся сохранить постоянство сварочного тока, используя машины с полого-падающей НХ.
В рассматриваемых условиях произвольного колебания гээ, там, где саморегулирование не может в полной степени обеспечить постоянство качества сварки, применяют автоматическое дорегулиро-вание. Последнее обеспечивается, например, аппаратурой автоматической стабилизации иээ = гээ/св. Эта аппаратура сохраняет 1/ээ = — const за счет повышения уровня регулирования действующего значения сварочного тока и соответственно постоянства плотности тока /, удельной мощности./2Р и температуры в зоне сварки. Для выполнения этого условия (см. приведенный выше пример) за счет автоматического дерегулирования при сварке легированной стали ток дополнительно (свыше увеличения от саморегулирования) увеличивается на 10 %, Рэд на 23 %, а при сварке АМгб — более чем на 22 %,-Раэ на 52 %.
Использование аппаратуры с Us3 — const эффективно только при сварке металлов с высоким значением р (см. гл. 9).
231
На качество сварки влияют не только отклонения сопротивления гээ, но также колебания напряжения сети и изменения сопротивлений г2н и *2к машины (неравномерный нагрев токоведущих элементов, эрозия контактов, ввод в контур машины ферромагнитных масс — деталей, приспособлений). В большинстве машин контактной сварки аппаратура управления стабилизирует вторичное напряжение сварочного трансформатора при колебаниях напряжения сети. Меньшие изменения сварочного тока при изменениях г2к и лг2к имеют место при сварке на машинах с пологопадающей НХ, у которых относительно велико сопротивление Z2K. При больших колебаниях г2к, х2к используют автоматические стабилизаторы тока, например РТС1 (см. гл. 9).
В паспорте машины обычно приведены нагрузочные характеристики для всех ступеней сварочного трансформатора, по которым можно определить пригодность машины и ступень регулирования вторичного напряжения трансформатора для сварки деталей данной толщины и марки материала. Так, например, по НХ (рис. 6.5, б) машины МШВ-1601 для гээ = 130 мкОм и /св = 12 кА при шовной сварке деталей из коррозионно-стойкой стали толщиной 1,5 + + 1,5 мм находят точку Л, определяющую необходимую ступень трансформатора (VII).
Внешняя характеристика машины. Для однофазных машин переменного тока наряду с нагрузочными характеристиками используют и внешние характеристики — зависимости напряжения на электродах от сварочного тока, т. е. U% — f (/CB)> Для различных ступеней трансформатора.
Зависимость U2 = / (/Св) может быть выражена из соотношения (6.3):
U ч =-/'U\q— X2KllB — Г2к/св. '• .
При холостом ходе (гээ = оо) /св = 0 и V% — £/20, а при коротком замыкании (гээ = 0) /2К = Ј/20/Z2K и U= 0. Промежуточные точки находят при значениях токов, меньших /2К.
Построим внешние характеристики для одной ступени машин:
1) однофазной переменного тока с параметрами: U2o = 5,1 В; 22к = 300 мкОм; Г2к = 5,1/300-10~6 = 17 кА; cos фк = 0,27; г2к = = Z2K cos фк = 81 мкОм; хт — 288 мкОм. При этом уравнение внешней характеристики
U2 = /5,Г2-288-10-'2/^в - 81 • 10-6/св;
2) с выпрямлением тока во вторичном контуре с параметрами: [До = 2,28 В; г2к = 60 мкОм (х2к « 0); Г2к = 2,28/60- 10"в = 38 кА. При этом внешняя характеристика представляет собой прямую линию:
Ц2 = и20 ~ г2к1св = 2,28 - 60- 10-6/св. На рис. 6.6, а представлены внешние характеристики / и 2 соответственно машин / и 2, а также проведена прямая линия гт1съ = == (/ээ, представляющая собой падение напряжения на свариваемых деталях (/'ээ = 90 мкОм). Точка пересечения этой прямой с внеш-232
ними характеристиками машин определяет сварочный ток (/св « яу 15,2 к А) для данных деталей (проекция на ось абсцисс) и падение напряжения на электродах Um « 1,37 В (проекция на ось ординат). При сварке деталей с сопротивлением гээ = 90 мкОм на выбранных ступенях трансформаторов машин сварочный ток будет один и тот же (/св « 15,2 кА).
Наклон внешних характеристик зависит от сопротивления 1Ш или г2к. Машины с пологопадающей НХ имеют крутопадающую внешнюю характеристику, и наоборот (см. рис. 6.5, а и рис. 6.6, а).
По внешним характеристикам, как и по нагрузочным, выбирают необходимую ступень трансформатора для сварки конкретных деталей. Так, к внешним характеристикам (рис. 6.6, б) машины МТ-1217 проведены две линии: линия 0Л, представляющая собой напряжение гээ/Св Для деталей минимальной (0,7 -f- 0,7 мм), и линия 0В — максимальной (1,5 -Ь 1,5 мм) толщины. Проекции точек пересечения внешних характеристик с линией АВ определяют значения сварочных токов для сварки деталей толщиной от 0,7 4- 0,7 мм до 1,5 -Ь + 1,5 мм. Зная значение сварочного тока, например, 12 кА, проводят вертикально линию до пересечения с линией АВ и получают точку С, определяющую необходимую ступень трансформатора (У), а ее проекция на ось ординат (точка D) определяет падение напряжения на свариваемых деталях (Um « 1,5 В). Ток короткого замыкания на V ступени трансформатора /2Н « 14 кА; UM = 4,2 В.