1350
.pdfустройстве 1. При сварке подвижный стол машины сближается с неподвижным по дуге большого радиуса, близкой к прямой, вра щаясь в подшипниках 5, расположенных в эксцентриковых устрой ствах, предназначенных для регулирования зажимов по высоте. Машина имеет гидравлические механизмы подачи и зажатия полос и встроенный гратосниматель 4 резцового типа.
Машина 1700А предназначена для сварки полос и листов из низкоуглеродистой стали толщиной 2—4,5 мм и шириной 500— 1550 мм. Машина имеет гидравлический механизм подачи со следя щим золотниковым устройством. Для равномерного зажатия полос служат зажимы, имеющие по три гидравлических цилиндра. В ма шине установлены три сварочных трансформатора мощностью по 500 кВ «А. Машина снабжена отдельно стоящим гратоснимателем.
Ряд машин предназначен для сварки труб котельных агрегатов. Это машины ЦСТ-200, МС-2001, МСТ-200 и др. Машина ЦСТ-200 предназначена для сварки непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом труб из перлитных и аустенитных сталей сечением до 900 мм2. В машине использован кулачковый механизм подачи при оплавлении и пневматический при осадке. Скорость оплавления регулируется изменением профиля кулачка и частоты вращения двигателя постоянного тока. Машина снабжена пневматическими зажимными механизмами с вертикальным разъемом, обеспечива ющим сварку змеевиков с малым радиусом гиба.
Машину МС-2001 с номинальной мощностью 150 кВ*А исполь зуют для сварки труб из перлитных и аустенитных сталей диаметром 25—42 мм с толщиной стенок 2,5—5 мм. Машина имеет рычажные пневматические зажимные механизмы с разъемом в горизонтальной плоскости и кулачковый механизм подачи.
Для сварки рельсов в стационарных условиях применяют ма шины МСГР-500 и К190П. Машина МСГР-500 служит для сварки оплавлением с подогревом. Машина имеет гидравлический механизм подачи, пневмогидравлические зажимные механизмы и трехфазный преобразователь частоты (частота тока 7—12 Гц). При номинальной мощности 500 кВ-А на машине можно сваривать рельсы сечением
до 10 000 мм2. На универсальной машине К190П рельсы сваривают непрерывным оплавлением с программным регулированием напря
жения. Машина |
К 19017 имеет значительно |
меньшую массу |
и по |
|
требляет в 3—4 раза меньшую мощность. |
|
К555 применяют |
||
Передвижные |
машины К !55, К255Л, К355 н |
|||
для соединения |
рельсов непосредственно в |
нуте. |
В машинах |
KI55 |
и К255Л происходит сварка непрерывным оплавлением со ступен чатым регулированием напряжения по программе. Машины К355 и К555 предназначены для сварки рельсов импульсным оплавлением (частота колебаний 5 Гц). На машине К555 сваривают-рельсы сече нием до 10 000 мм2. Машины оборудованы гидравлическим механиз мом подачи со следящим золотником, позволяющим независимо от массы свариваемых рельсовых плетей (10—20 м) с высокой точностью воспроизводить заданный закон изменения скорости оплавления.
Машины К354, К393 и К375, предназначенные для сварки изделий из легких сплавов, имеют гидравлический механизм подачи со следя щим золотником, позволяющий изменять скорость оплавления от 0,3 до 30 мм/с и обеспечивающий скорость осадки до 30 мм/с. Машины оборудованы зажимными губками специальной конструкции с термо изолированными вкладышами, а также устройствами для автомати ческого контроля нагрева сопротивлением вылетов деталей. Машина К354 номинальной мощностью 4000 кВ-А позволяет сваривать профили из алюминиевых сплавов сечением до 20 000 мм2. Усилия осадки и зажатия соответственно равны 3000 и 6000 кН.
Машины МСГК-150, МСГК-500 и другие используют для сварки оплавлением с подогревом кольцевых заготовок из сталей и жаро прочных сплавов. Для сварки кольцевых заготовок импульсным оплавлением предназначены машины К616, К607, К566 и др. (см. табл. 5.6).
Для сварки труб в нолевых условиях при изготовлении ма гистральных н промысловых трубопроводов применяют трубосвароч-
Рис. 5.60. Схема расположения кольцевых трансформаторов при стыковой сварке труб:
a — наружное; 6 ~ внутри трубы
ные контактные установки полустационарные (ТКУС) и передвижные (ТКУП). Главные элементы установок — сварочные головки — имеют гидравлический механизм подачи со следящим золотниковым устрой ством и гидравлические механизмы центрирования и зажатия труб. Трубы диаметром 114—529 мм сваривают с использованием наруж ных сварочных головок СГ-1, СГ-2 и СГ-3, в которых механизм центрирования и зажатия, механизм подачи и сварочный трансфор матор расположены снаружи труб. В двухагрегатных сварочных головках СГ-4 и СГ-5, предназначенных для сварки труб диаметром 720—1020 мм, сварочный трансформатор с токоподводящим устрой ством расположен снаружи трубы (рис. 5.60, а), а все остальные элементы — внутри трубы.
Для сварки труб диаметром 1420 мм с толщиной стенки 16,5— 20 мм используют комплекс «Север- Ь, содержащий сварочную ма шину К700. Машина K7QQ располагается полностью внутри сварива емых труб (рис. 5.60, б). Концы свариваемых труб изнутри раз жимаются цанговыми зажимами с усилием до 12 000 кН. При разжатии одновременно происходит центрирование трубКонтурный сварочный трансформатор встроен в зажим. Кратковременная мощ ность машины 1000 кВ-А, усилие осадки 4000 кН, производитель ность 6—8 стыков в час. Сопротивление короткого замыкания коль цевого трансформатора находится в пределах 5—12 мкОм.
Имеется также ряд машин, предназначенных для сварки других изделий: звеньев цепей, ободьев автомобильных колес, фланцев, заготовок клапанов и т. д.
ГЛАВА 6
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ МАШИН КОНТАКТНОЙ СВАРКИ
§ 6.1. НАЗНАЧЕНИЕ И СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЧАСТИ МАШИН
Электрическая часть машины должна развивать при сварке требуемую мощность с достаточно высоким КПД и без недо пустимого нагрева ее элементов; иметь соответствующую нагрузоч ную характеристику (см. § 6.3) и обеспечивать безопасность работы. При этом важными показателями машины являются, потребляемая мощность из сети при заданном сварочном токе, коэффициент мощ ности машины и другие параметры.
Основными параметрами электрической части машины контакт ной сварки установлены (ГОСТ 297—80): максимальный ток корот кого замыкания / 2ктах во вторичном контуре машины, номиналь ный длительный вторичный ток /2ДЛ в и наибольшая длительность /С11
прохождения сварочного тока.
Указанные токи, а также необходимое значение и форму свароч ного тока ;си, протекающего через детали, получают путем пре образования или аккумулирования электрической энергии сети промышленной частоты 50 Гц, напряжением 380 В (или 220 В в ма шинах с наибольшей мощностью короткого замыкания менее 60 кВ-А) с помощью сварочных трансформаторов СТр, выпрямителей В или аккумуляторов Ак энергии (рис. 6.1). Для подвода строчного тока к деталям Д служит вторичный контур ВК.
Сварочный трансформатор СТр, предназначенный Для получения больших токов (до 300 кА) при пониженном (0,2—25 В) напряжении, включается в сеть или к аккумулятору энергии контактором К (см. рис. 6.1, а, в и г); в низкочастотных машинах трансформатор СТр подключается к трехфазному или шестифазному выпрямителю В (рис. 6.1, б). Необходимая чередующаяся полярность тона в транс форматоре СТр обеспечивается коммутатором полярности КП (см. рнс. 6.1, а, б и г).
Вторичное напряжение (сварочный ток) регулируЮт путем изме нения коэффициента трансформации трансформатора С^Р (ступенча тое регулирование) с помощью секционного переключателя ступеней ПС, или путем фазового регулирования (плавное регулирование), или тем и другим (смешанное регулирование). В машинах с аккуму лированием энергии в конденсаторах сварочный тоД регулируют,
изменяя напряжение или емкость батареи конденсатор08.
Фазовое регулирование сварочного тока осуществляется аппа ратурой управления АУ (на рис. 6.1 показана штрих0808 линией),
Рис. 6.1. Структурные схемы элек трической части основных типов машин:
а — однофазной переменного тока; б — трехфазной низкочастотной; в — трехфазной с выпрямлением тока во вто ричном контуре; г — конденсаторной
Этой же аппаратурой обеспе |
З^ОГц |
|||||||
чивается |
включение |
|
и вы |
S) [Т у] — i |
||||
ключение |
контактора |
или |
||||||
выпрямителей, |
коммутатора |
|
||||||
полярности, |
заданная |
по |
|
|||||
следовательность |
и |
продол |
|
|||||
жительность |
всех |
или |
части |
|
||||
операций |
св |
рочного |
цикла |
|
||||
и др. |
(см. |
гл. |
8) |
В |
данной |
|
||
главе |
рассмотрены |
режимы |
|
|||||
работы, основные |
энергети |
|
||||||
ческие |
показатели, нагрузоч |
|
ные и внешние характеристики машин контактной сварки; принци пиальные электрические схемы получения сварочного тока, их преимущества и недостатки, рациональные области применения; расчет вторичного контура; устройство сварочных трансформаторов; методика и пример расчета однофазного трансформатора и отличия в расчете трансформаторов других типов машин.
§ 6.2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ, ОСНОВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МАШИН
Машины контактной сварки, как правило, работают в режиме с постоянными чередованиями включения и выключения сварочного тока, связанными с установкой деталей для сварки, сваркой, выдержкой их под давлением после сварки, съемом деталей и другими операциями.
Такой режим работы электрической машины, при котором кратко временная нагрузка (сварочный ток) чередуется с отключениями машины (пауза), называется повторно-кратковременным режимом. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относи тельной (в процентах) продолжительностью включения (ПВ), опре деляемой по формуле
ПВ = 100/св//ц = 100/св/(/св -J- /п),
где tCB — время сварки; tn — пауза (отсутствие тока) и /ц — дли тельность полного цикла сварки (рис. 6.2, б).
При продолжительной работе (ПВ = 100 %, рис. 6.2, а) темпе ратура в любой токоведущей части машины плавно нарастает по экспоненциальному закону (кривая Л, рис. 6.2, в) и достигает некоторого установившегося значения Гу. При прерывистом вклю чении того же тока 1/кР = /дл, где /дл — длительный ток (ток при
Рис. 6.2. К определению режимов работы
машины:
а — ток при продолжительном режиме; б — токи при повторно-кратковременном режиме; в — на грев токопроводов при этих режимах
длительной работе) и Гкр — кратко временный ток (ток при повторно кратковременной работе машины), рис. 6.2, а и б] температура изме няется по кривой Б (рис. 6.2, в). Ее установившееся значение ТУ<С. Ту. Чтобы температура Ту достигла зна
чения Ту (кривая В, рис. 6.2, в), ток Гкр = /дл должен возрасти до /кр при данном значении ПВ.
ПВ зависит от назначения машины и обусловлено технологией изготовления изделий тем или иным видом контактной сварки (для точечных машин 20 %, шовных 50 %, стыковых 20—30 %, для трубосварочных станов 100 %).
Таким образом, одинаковый нагрев токоведущих элементов может быть получен при протекании различных по силе токов: чем меньше ПВ, тем больше должен быть кратковременный ток, чтобы нагреть элемент до той же установившейся температуры, полученной при протекании длительного тока.
ГОСТ 297—80 устанавливает номинальный длительный вторич ный ток / 2ДЛ. н> при протекании которого нагрев элементов вторич ного контура и трансформатора не превышает допустимых темпера тур: для элементов вторичного контура не более 100 °С; для обмоток сварочного трансформатора 60—140 °С в зависимости от условий охлаждения и класса изоляции. Сечение токоведущих элементов определяют исходя из этой силы тока. При выбранном ПВ номиналь ный кратковременный (сварочный ток) также определяется то
ком / Одл. Н*
Соотношение между кратковременным и длительным токами выводят из равенства теплоты /длг/ц, выделяемой в токоведущем элементе с сопротивлением г за время /ц при продолжительном ре
жиме работы (ПВ = 100 %), |
и теплоты /£рг/св, выделяемой |
при |
протекании тока в повторно-кратковременном режиме (ПВ): |
|
|
Л.р = |
/ Дл / ю о/п в |
(6 . 1) |
или |
|
|
^дл = |
Л(Р V /75/100. |
(6.2) |
Из соотношения (6.1) следует, что при малых ПВ можно полу чить очень большой кратковременный ток во вторичном контуре. Это справедливо только с точки зрения нагрева элементов мац|ИНы. Кратковременный ток не может быть больше максимального значе ния тока короткого замыкания / 2ктах машины, зависящего от ма ксимального вторичного напряжения сварочного трансформатора
(в режиме холостого хода) U20тах и полного сопротивления короткого замыкания Z2K машины:
= и |
/Z, |
|
20 тах'^2к |
Сварочный ток зависит от электрического сопротивления свари ваемых деталей гЭ9 и вторичного напряжения U2о трансформатора:
|
1св = U2о/^2 = |
U20 / |
(Гээ “Ь ^2к)2 + |
*2к» |
(6.3) |
где г2к и |
х2к — активное и |
индуктивное сопротивление короткого |
|||
замыкания |
машины, приведенное к вторичному контуру; |
Z2 = |
|||
= /< ■ ^ээ + |
г2к)2 + 4 к — полное |
сопротивление’ |
машины и |
сва |
риваемых деталей (рис. 6.3).
Соотношение между токами 1ШП св колеблется в широких пре делах: от 1,1—1,2 до 3 и более в зависимости от соотношения r3d/Z2K.
Значения U2о и Z2li = ]/~г2к + определяются схемой получения
и регулирования сварочного тока и конструктивным исполнением машины. Для осуществления сварки за время /сп во вторичном кон туре и через детали должен протекать заданный ток / св. Если элек тросопротивление (в основном активное) свариваемых деталей равно гээ, то активная (полезная) мощность, развиваемая на участке цепи между электродами,
^ЭЭ = ГЭЭ^СВ= ^ЭЭ^СВ» |
(6.4) |
|
где и ээ — падение напряжения |
на электродах, |
|
^ээ = |
Лээ^св- |
(6.5) |
Коэффициент полезного действия машины (КПД)
Г] = Рээ/Рц |
(6.6) |
где Рл — активная мощность, потребляемая машиной из сети,
Р\ = (Гээ + г2к) Цв. |
(6.7) |
Рис.,^.3. Ориентировочное распределение затрат мощности при точечной сварке:
о — деталей из стали на однофазных машинах переменного тока; б —^деталей из алюминие
вых сплавов на низкочастотных машинах; в — треугольники сопротивлений схемы замеще ния машины
Рис. 6.4 Энергетические |
характеристи |
||||
ки однофазной машины переменного тока |
|||||
|
При точечной и шовной сварке |
||||
на однофазных |
машинах |
перемен |
|||
ного тока часто гээ < |
Z2K |
поэтому |
|||
т] |
= 0,1 -f-0,3. При стыковой |
свар |
|||
ке |
оплавлением |
гээ > |
Z2„ и |
г| > |
|
> 0 ,9 . |
|
|
|
|
|
|
Полезная мощность Яээ меньше |
||||
активной мощности |
Ри |
забирае |
|||
мой машиной из сети, вследствие |
потерь во вторичном контуре, трансформаторе и в вентильных контакторах (выпрямителях), особенно при сварке деталей из алю миниевых сплавов (рис. 6.3, б).
Полная кратковременная мощность машины, необходимая для выполнения сварочной операции,
S = -2'св» |
(6.8) |
а предельная (максимальная) при коротком замыкании электродов машины
|
S к шах = Z:2к / 2к2 шах* |
|
||
Коэффициент |
мощности |
(cos <р) |
определяется из |
соотношений |
|
cos ср = |
PJS = |
(г33 + r2K]/Z2, |
(6.9) |
а при коротком замыкании электродов |
|
|||
|
COS фк = |
|
|
|
причем cos ф„ всегда меньше cos ф (см. рис. 6.3, в). |
|
|||
С увеличением |
сопротивления гт машины cos ф увеличивается, |
|||
а КПД ц уменьшается. |
|
|
|
Степень полезного использования мощности машины характери зуется коэффициентом
v = P J S = л cos ф = r33/Z2;
при сварке деталей из стали v = 0,1 -=-0,4; при сварке деталей из алюминиевых сплавов v = 0,025-^0,08.
В |
качестве |
примера на |
рис. 6.4 |
изображены характеристики |
||||||
1С В = |
f |
(^Ээ)> |
^ЭЭ = |
/ (^ээ)» |
Рээ = |
f (гдэ)‘> Р1 = / (^ээ)» |
= / (^ээ)» |
|||
cos Ф = |
/ (гээ) |
и г1 = |
/ (Гээ), |
рассчитанные по (6.3)—(6.9), для одно |
||||||
фазной |
машины |
переменного |
тока |
с |
параметрами: U20 = 5,1 В; |
|||||
/ 2К = |
17 кА; |
Z2к = 300 мкОм; |
cos фн = |
0,27 Электрическое сопро |
тивление свариваемых деталей гзэ принималось равным 0—500 мкОм.
Например, |
для значения г33 = 90 мкОм полезная мощность |
Роэ, |
|
развиваемая на участке между электродами, составляет V4 полезной |
|||
мощности |
S, потребляемой из сети |
при cos ф = 0,51 и т\ = |
0,53. |
При г33 = |
Z2K = 300 мкОм мощность |
РдЭ достигает максимального |
|
значения. |
|
|
|
С целью улучшения энергетических показателей (cos cp т], v) машин контактной сварки стремятся снизить сопротивление корот кого замыкания Z2K машины, уменьшая частоту питающего вторич ный контур напряжения и размеры (где это возможно) вторичного контура машины (например, путем приближения сварочного транс форматора к месту сварки). Не рекомендуется использовать глубокое фазовое регулирование для уменьшения' сварочного тока; в этом случае целесообразно уменьшить ступень регулирования вторич ного напряжения трансформатора.
§6.3. САМОРЕГУЛИРОВАНИЕ, НАГРУЗОЧНЫЕ
ИВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИН
Анализ зависимостей, приведенных на рис. 6.4—6.6, позволяет судить о технологических возможностях сварочной ма шины, в частности, о допустимости сварки на ней конкретных дета лей, о ее способности саморегулировать — корректировать процесс сварки так, чтобы при возмущениях не происходило снижения качества результатов сварки, а также о необходимости использова ния тех или иных средств (аппаратуры) автоматического дорегулмрования для полной отработки возмущений.
Саморегулирование и нагрузочная характеристика машин. Нагляд ное представление об изменении сварочного тока / св машины в зави симости от электрического сопротивления деталей гээ (обычно при точечной рельефной и шовной сварке определяется средним сопро тивлением) дает нагрузочная характеристика (НХ), т. е. / сп = / (гЭэ)- Нагрузочную характеристику рассчитывают по соотношению (6.3) для каждой ступени трансформатора. Значение г.ээ выбирают в диапа
зоне от |
нуля (ток |
короткого замыкания / 2И) до 200—300 мкОм |
и более. |
даны нагрузочные характеристики машин двух |
|
На |
рис. 6.5, а |
|
типов: |
|
|
*)
Рис. 6.5. Нагрузочные характеристики:
а — однофазной машины переменного тока (/) и машины с выпрямлением тока во вторичном копту| е (2); б — машины МШВ-1601
Рис. 6.6. Внешние характеристики:
а — однофазной машины переменного тока (1) и машины с выпрямлением тока во вторичном контуре (2): 6 — машины МТ-1217
1) однофазной переменного тока, построенной по уравнению
/Св = |
^20/ }/~{Гээ |
Г2к)2 4" |
= 5,1 j ]/~{гээ + 81) |
-f- 288 |
*10 А, |
Uж= 5,1 |
В; Z2K = |
300 мкОм; |
/2к = U2OIZ2K = 17 |
кА; |
cos фк = |
=0,27;
2)с выпрямлением тока во вторичном контуре (при х2к = 0),
построенной по уравнению
|
/св = ^2o/(fээ |
г2к) = |
2,28/(/*ээ -f- 60) 10 6А, |
|
г2к = 60 мкОм; U\о = 2,28 |
В: /2к |
= 6/2'о/г2к = 38 кА. При сварке |
||
деталей (гээ = |
90 мкОм) сварочный ток обеих машин / св = |
15,2 кА. |
||
Машина с |
выпрямлением тока |
2, в которой отношение |
гээ/г2к ~ |
« 1,6 велико (мало внутреннее сопротивление г2к), имеет так назы
ваемую крутопадающую |
НХ, а |
машина однофазная переменного |
тока — пологопадающую |
(велико |
Z2K мало отношение r3JZ 2l{ = |
= 0,3). Наклон их имеет прямое отношение к процессам саморегу лирования (изменению / св, Ръэ и и ьэ) при возмущениях.
На качество сварки существенное влияние оказывают возмуще ния, связанные с изменением г^ (при стыковой сварке во время оплавления, при точечной рельефной и шовной от произвольных колебаний Fcв, шунтирования тока) (см. гл. 9).
При сварке на машине 2 в случае изменения гэл значение / св отклоняется от исходного в значительно большей степени, чем на машине 1. Это объясняется тем, что при крутопадающей НХ ма шины 2 более активно идет процесс внутреннего (машинного) само регулирования. Например, при снижении гээ в большей степени компенсируется снижение Рээ 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 электросопротивле ния р (легированные стали, сплавы титана) и для стыковой сварки