10. Способы и устройства поддержания стабильности диаметра ядра сварной точки при контактной сварке

Конечной целью контактной сварки как технологического процесса является получение сварного соединения заданных геометрических размеров.

Жёсткое программирование основных параметров сварки не даёт постоянного температурного поля, а значит, и стабильного качества точечносварного соединения вследствие наличия целого ряда возмущающих факторов, к которым следует отнести:

1. Свойства свариваемых деталей – электро- и теплофизические характеристики, геометрические размеры и состояние свариваемых поверхностей. Эти факторы имеют тенденцию к изменению от партии к партии.

2. Монотонные изменения электрического и силового контуров о мере износа сварочной машины. Эти изменения кроме изменения диаметра контактной поверхности сварочных электродов, происходят сравнительно медленно и не устраняются после смены.

3. Условия проведения процесса сварки – изменение сетевого напряжения и полного сопротивления сварочного контура, шунтирование сварочного тока.

Компенсирующая обратная связь по напряжению сети (рис. 10.1). Перед началом сварки сигнал о величине измеренного действующего напряжения сети U_изм от измерительного устройства ИУ, подаётся на один из входов сумматора, на второй вход которого подаётся величина опорного напряжения сети U_оп. При этом на фазосдвигающее устройство ФСУ подаётся сигнал, пропорциональный разности опорного и измеренного напряжений сети, что приводит к корректировке угла  открытия тиристорного контактора КТ. В результате этого изменяется действующее напряжение U₁, подаваемое на первичную обмотку сварочного трансформатора контактной машины КМ. Таким образом, происходит измерение отклонения напряжения сети от номинального значения и автоматическое изменение угла открытия сварочных тиристоров, что компенсирует это возмущение.

Рисунок 10.1 – Система компенсации колебания напряжения сети: КМ – контактная машина, КТ – тиристорный контактор, ФСУ – фазосдвигающее устройство; ИУ – измерительное устройство

Среди систем автоматического регулирования по возмущению наиболее распространены системы стабилизации сварочного тока (рис. 10.2), в которых сигнал I_2,изм о величине сварочного тока, измеренный датчиком тока ДТ, поступает на сумматор. Сигнал рассогласования между заданным током I_2,зад и измеренным током I_2,изм приводит к регулирующему воздействию на тиристорный контактор КТ через фазосдвигающее устройство ФСУ. При этом изменяется угол открытия тиристоров  и действующее напряжение U₁ на первичной обмотке сварочного трансформатора контактной машины КМ.

Рисунок 10.2 – Система стабилизации сварочного тока

14. Шунтирование тока при контактной точечной шовной сварке

Шунтирование – утечка части расчётного сварочного тока параллельно основному току по ранее сваренным точкам, покрытию, приспособлению или участкам плотного касания детали вокруг свариваемой точки.

Шунтирование тока проявляется в протекании части тока вне зоны сварки, например, через ранее сваренные точки (рис. 14.1 а) при двухсторонней точечной сварке или через одну из деталей при односторонней сварке (14.1 б). Шунтирование в значительной мере нарушает симметрию электрического поля и может при малом расстоянии или шаге между точками tш привести к уменьшению плотности тока и размеров литого ядра.

Для учёта влияния тока шунтирования на параметры режима сварной точки в ряде случаев первую точку ставят на пониженном токе, а последующие сварные точки ставят на повышенных токах. Для уменьшения эффекта шунтирования рекомендуется увеличивать шаг расстояние между сварными точками.

а) б)

Рисунок 14.1 – Шунтирование тока при двусторонней (а)

и односторонней (б) точечной сварке

Шов в отличие от точки образуется при значительном шунтировании тока ранее сваренным участком и сильном разогреве свариваемых кромок. В результате этого происходит вытягивание сварных точек в сторону ранее сваренных (рис. 14.2 а, б). При шовной сварке низкоуглеродистых сталей ток только на 15 % выше, чем при обычной точечной сварке. Это объясняется высокой температурой ранее сваренной точки и вследствие этого большим значением её удельного сопротивления. При сварке лёгких сплавов ранее сваренные точки охлаждаются быстрее, вследствие чего происходит дополнительное увеличение тока шунтирования, вследствие того сварные точки становятся более вытянутыми в сторону ранее сваренных точек.

Для учёта эффекта шунтирования ток при шовной сварке увеличивают на 20…30 % по сравнению с точечной сваркой. Низкие значения тока сварки приводят к непровару, а высокие значения – к подплавлению поверхности и налипанию металла на ролики.

а) б)

Рис. 14.2 – Влияние шунтирования на форму сварной точки

при контактной шовной сварке