книги из ГПНТБ / Глебов Л.В. Установка и эксплуатация машин контактной сварки

Продолжение табл. 2-7

лие зажатия. Большая уста­ новочная длина

40

образования трещин и раковин. В узлах ответственного назначения число вну­ тренних выплесков должно быть ограничено.

Непровар при сварке является наиболее опасным дефектом, так как в общем случае его выявление без разрушения соединений не представляется возможным. Полный непровар и уменьшение литой зоны точечных и роликовых соединений некоторых алюминиевых (Д16) и магниевых (МА8) сплавов могут быть обнару­ жены с помощью рентгеновского просвечивания. Непровар в сварных соедине­ ниях большинства металлов выявляется рентгенопросвечиванием при условии использования так называемых рентгеноконтрастных материалов (РКМ), поме­ щаемых под нахлестку при сборке деталей. Искажение геометрических размеров деталей при стыковой сварке легко обнаруживается при внешнем осмотре (см. табл. 2-8).

УСТАНОВКА И МОНТАЖ МАШИН КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

3-1. Требования к помещению для установки машин контактной сварки

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [27] зда­ ния сварочных цехов и мастерских должны отвечать санитарным и противо­ пожарным требованиям действующих Строительных норм и правил (СНиП и Правилам техники безопасности и производственной санитарии при электро­ сварочных работах. При этом сварочное производство относится к категории Г. К этой категории [32] относятся производства (сварочные цехи), связанные с обработкой несгораемых веществ и материалов в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, сопровождающейся выделением лучистого тепла, искр и пламени.

Требуемая степень огнестойкости зданий для производств категории Г зависит от этажности. Для одноэтажных зданий (в зависимости от площади здания) — IV—V степень; для двухэтажных — III степень и при неограничен­ ной этажности — I—II степень. Степень огнестойкости здания или сооружения определяется минимальным пределом огнестойкости (в часах) его отдельных частей. Огнестойкость брандмауеров для зданий и сооружений всех степеней огнестойкости должна быть не ниже 5; минимальная огнестойкость несущих стен и стен лестничных клеток колеблется от 4 для I степени до 0,4 для IV сте­ пени; для V степени допускаются сгораемые конструкции.

Большие сборочно-сварочные цехи должны располагаться в зданиях, име­ ющих над основными пролетами световые фонари, оборудованные открыва­ ющимися фрамугами, управляемыми с помощью соответствующих механизмов с пола. В конструкциях окон, фонарей и дверей должна быть предусмотрена возможность проветривания цеха в летнее время года. При необходимости цехи должны быть оборудованы сборочными стендами — стапелями и подъемно­ транспортными устройствами соответствующей грузоподъемности. Все произ­ водственные помещения сборочно-сварочных цехов и участков должны иметь отопление. Температура в рабочей зоне помещений в зимний период не должна быть ниже +16° С. Пол в помещении должен быть плотным, прочным, огне­ стойким, нескользким и малотеплопроводным. Устройство электроосвещения помещения должно соответствовать требованиям, предусмотренным СНиП.

В многопролетных зданиях сварочные участки должны быть отделены от несварочных щитами (ширмами), установленными между пролетами на высоте 2,5 м от уровня пола до перекрытия здания. В местах проведения сварочных работ запрещается применение и хранение огнеопасных материалов.

В помещении, где установлены машины для контактной сварки, не допу­

41

загрязнение конструктивных или изоляционных деталей машин. Вентиляция помещения выполняется в соответствии с действующими правилами и инструк­ циями.

В помещении для установки машин должны быть:

1.Электрическая силовая сеть с соответствующим сечением проводов и жела­ тельно отдельная осветительная сеть с ответвлениями, защищенными пред­ охранителями, и с самостоятельными выключающими устройствами на каждую машину.

2.Сеть заземления с ответвлениями на каждую машину.

3.Водопровод и воздухопровод с отдельными ответвлениями и запорными

кранами на каждую машину.

4. Сливные трубы или каналы для слива жидкости из охлаждающих устройств машины.

Подключение машины ко всем устройствам должно быть надежным и удобным.

3-2. Планировка сварочного участка

При расстановке оборудования для контактной сварки необходимо учиты­ вать требования ПУЭ и Правил техники безопасности и производственной сани­ тарии при электросварочных работах. Согласно этим требованиям, ширина про­ ходов между точечными и шовными машинами при расположении рабочих мест друг против друга должна быть не менее 2 м, для стыковых машин при тех же условиях — не менее 3 м. При расположении машин тыльными сторонами друг к другу ширина проходов должна быть не менее 1 м. Если машины расположены

передними и тыльными сторонами друг к другу, проходы должны быть не менее 1,5 м. Ширина прохода между машиной и стеной или каким-нибудь производ­ ственным оборудованием должна быть не менее 1 т. Для удобства и безопасности

работы, а также для транспортировки изделий должны быть предусмотрены проходы шириной не менее 1 м.

Если контактные машины устанавливаются в цехах (пролетах), где, помимо контактной сварки, проводятся другие, непожароопасные технологические операции, то должны быть выполнены следующие требования:

1)контактные машины устанавливать только по условиям непрерывности технологического процесса;

2)в местах проведения сварочных работ не допускать применения и хра­ нения огнеопасных материалов;

3)при сварке соблюдать противопожарные мероприятия, обусловленные окружающим производством.

Как правило, большинство машин контактной сварки может устанавли­ ваться без специального фундамента непосредственно на полу производственного помещения, если последний достаточно монолитен и при работе машины не возникает опасных вибраций. В противном случае машины надо закреплять, для чего в основании станины предусмотрены отверстия. Крупные агрегаты, составляющие поточную линию и требующие взаимного центрования и выверки, а также мощные машины для контактной точечной, рельефной, шовной и сты­ ковой сварки устанавливаются на фундаментах. Чертежи разметки фундамент­ ных болтов даются, как правило, предприятиями-изготовителями. Если при проектировании фундамента необходимо соблюдать какие-либо дополнительные условия (в отличие от общемашиностроительных), то предприятие-изготовитель сообщает их в технической документации и дает чертежи фундамента.

Машины контактной сварки небольшой мощности, предназначенные для установки на верстаках или стеллажах, обязательно крепятся болтами.

При планировке сварочного участка необходимо выделить места для скла­ дывания деталей и сваренных узлов. Особое внимание следует обратить на удоб­ ство и безопасные условия работы. Если масса деталей больше 20 кг, необходимо

предусмотреть подъемно-транспортные приспособления для транспортировки деталей к машине, поддержки их при сварке и укладки готовой продукции. Необходимо также учитывать, что каждая машина контактной сварки должна иметь отдельный отключающий и защитный аппарат (предохранитель или авто-

42

матпческий выключатель) и измерительные приборы, смонтированные на отдель­ ном или групповом щитке. Щитки и выключающее устройство должны быть установлены на видном и доступном месте, недалеко от машины, для быстрой ее остановки.

На участке должны быть воздушная и водяная магистрали и обеспечен слив отработанной воды. В тех случаях, когда машина охлаждается по замкну­ тому циклу, подвод и слив воды предусматриваются совместно с охлаждающей установкой.

т 2

L T

■8 W

1

If

Общая планировка участка или цеха, где производится контактная сварка, должна производиться с учетом общего технологического процесса изготовления узлов, деталей и изделий. Если контактная сварка совмещается с рядом других операций: штамповкой, гибкой, зачисткой, сборкой и прихваткой свариваемых деталей, то машины контактной сварки устанавливаются так, чтобы технологи­ ческий процесс был непрерывным, а количество транспортных операций наи­ меньшим. При этом необходимо предусматривать, чтобы был доступ к самой машине и аппаратуре управления для ее обслуживания и наладки. Для уста­ новки подвесных машин монтируются монорельсы или поворотные стрелы, которые позволяют обслужить сваркой большую площадь и сваривать крупно­ габаритные детали.

Можно привести много различных схем расположения и планировки рабо­ чего места сварщика. Все они будут зависеть от конкретных условий работы — габарита свариваемых изделий, наличия подъемно-транспортных механизмов, необходимости создания кондукторов для сборки и сварки, заданного цикла

43

работы, производительности и размещения пультов управления машиной. Приведем только отдельные примеры планировок рабочих мест при работе на точечных, рельефных, шовных и стыковых машинах в условиях мелкосерийного, серийного и массового производства.

На рис. 3-1 показана планировка рабочего места при работе на точечной, шовной (для поперечной сварки) и рельефной машинах, на рис. 3-2 — при работе на шовной машине для продольной сварки и на рис. 3-3 — при работе на сты­ ковой машине для сварки арматуры.

3-3. Характер нагрузки электрической сети, создаваемой машинами контактной сварки

Вопросы расчета электрических сетей, трансформаторных под­ станций, пусковых и предохранительных устройств, предназначен­ ных для энергоснабжения электросварочного оборудования для кон­ тактной сварки, не нашли должного отражения ни в отечественной, ни в зарубежной литературе. Объясняется это тем, что до последнего времени оборудование для контактной сварки не было массовым, имело незначительную мощность и работало среди другого металло­ обрабатывающего оборудования, суммарная мощность которого зна­ чительно превосходила мощность контактных машин. В этих усло­ виях периодический и толчкообразный характер нагрузки, создава­ емой машинами контактной сварки, мало отражался на работе всей сети и не требовал учета своей специфики.

Впоследние годы контактная сварка нашла широкое применение

вряде отраслей промышленности, и в первую очередь в сельхоз­

машиностроении, автомобилестроении, самолетостроении и на транс­ порте. Мощность машин контактной сварки стала достигать десятков тысяч киловольт-ампер. Возросла мощность серийных и специаль­ ных машин контактной сварки. В этих условиях пренебрежение периодическим и толчкообразным характером нагрузки, создавае­ мой машинами контактной сварки, имело нежелательные последст­ вия, сказывалось на надежности их работы, а в ряде случаев приво­ дило и к авариям.

На рис. 3-4 приведены характерные циклограммы включения сварочного тока для каждой группы нагрузок, где / 1пик — пик

44

первичного тока при включении; / 1св — установившийся первичный ток при сварке; / 10п — первичный ток при оплавлении; / 10С — пер­ вичный ток при осадке; / 1пг — первичный ток при подогреве; £пик — время пика включения; tCB — время сварки; £оп — время оплавле­ ния; £ос — время осадки; tK п — время импульса подогрева; tn п — время паузы при подогреве; £пг — время подогрева; t„ — время импульса включения тока; tn — время паузы; ta — время нараста­ ния тока; tcn — время спада тока.

Как видно из циклограмм каждой группы нагрузок, токи вклю­ чения имеют частоту и продолжительность включения, обусловленные

[іпнк

Рис. 3-4. Циклограммы включения первичного сва­ рочного тока: а — первая группа нагрузки; 6 н е —

вторая группа нагрузки; г — третья группа нагруз­ ки; д — четвертая группа нагрузки; е — пятая группа

нагрузки

производительностью машины. "У первой группы благодаря асинхронному включению сварочного тока (включение нагружен­ ного трансформатора на переменное напряжение неизменной ампли­ туды) пики токов включения могут достигать 200—300% от устано­ вившегося тока нагрузки. Это особенно существенно при малых временах сварки, соизмеримых со временем переходного процесса включения трансформатора.

Вторая группа отличается от первой тем, что благодаря син­ хронному включению сварочного тока отсутствуют пики включения и ток при сварке равен установившемуся току нагрузки. У второй группы может быть модуляция переднего и заднего фронта свароч­ ного импульса.

Третья и четвертая группы характерны тем, что сварочный транс­ форматор при сварке постоянно подключен к первичной сети, а вклю­ чение нагрузки производится на вторичной стороне при замыкании

45

деталей. В этом случае пики токов включения практически отсут­ ствуют из-за большого сопротивления сварочной цепи, и ток включе­ ния мало отличается от установившегося трка нагрузки. С другой стороны, по сравнению с первой и второй группами нагрузок в третьей группе имеет место пик тока в конце сварки, обусловленный осадкой деталей под током в конце сварки. В четвертой группе пики тока имеются как в начале сварки (подогрев свариваемых деталей), так и в конце сварки (осадка под током). Частота и величина пиков

Пятая группа представляет собой разновидность второй и отли­ чается от нее только частотой следования импульсов.

Следует особо подчеркнуть однофазный характер всех этих групп нагрузок. Однофазными они являются не потому, что трудно симметрировать установленную мощность контактных машин по фазам, а потому, что трудно обеспечить одновременное включение машин в сеть при работе.

Шестая группа должна равномерно нагружать питающую трех­ фазную сеть. Как правило, машины этой группы имеют сложную аппаратуру, обеспечивающую их синхронное включение в сеть, модуляцию переднего и заднего фронта сварочного импульса, и дру­ гие устройства. Поэтому пики токов включения у этой группы на­ грузки, как правило, отсутствуют. Частота включения определяется производительностью машин. В зависимости от заданного технологи­ ческого процесса возможны пики токов в начале, середине или конце сварочного цикла: а также дополнительные включения после основ­ ного цикла сварки. Более полная характеристика этой группы может быть получена только после установления технологического процесса сварки и его осциллографирования.

Помимо приведенных групп нагрузок, могут быть и несколько другие типы нагрузок, отличающиеся от приведенных включением дополнительного импульса подогрева или отжига, модуляцией переднего или только заднего фронта импульса сварочного тока или другими особенностями. В этих случаях для установления ха­ рактера нагрузки также необходимо провести осциллографирование сварочного цикла.

Толчкообразный характер нагрузки контактных машин вызы­ вает в питающей сети быстро чередующиеся падения напряжения в ритме прерывистого потребления мощности. Эти падения напряже­ ния, даже небольшие по величине, но постоянно следующие друг за другом, создают помехи для других потребителей энергии, под­ ключенных к тем же сетям. Они проявляются в мигании осветитель­ ных устройств, ухудшении действия телевизионных приемников и другой аппаратуры, чувствительной к быстрым колебаниям напря­ жения. При большой величине помех возможны более серьезные нарушения работы многих приемников тока, а также снижение качества сварки.

46

3-4. Допустимые падения напряжений в электрических сетях, питающих машины контактной сварки

Тепловой расчет питающих сетей достаточно подробно рассмотрен во многих специальных руководствах и в ПУЭ. Основной труд­ ностью этого расчета для машин контактной сварки является опре­ деление суммарных нагрузок, создаваемых работающими машинами. Этот вопрос неразрывно связан с допускаемым падением напряжения в питающих сетях. Величина падения напряжения должна выби­ раться с учетом обеспечения качественной сварки и сведения до минимума мешающего действия работы контактных машин на осталь­ ные приемники энергии (тока).

К сожалению, в существующих рекомендациях по выбору допу­ стимых падений напряжения в питающих сетях этому обстоятель­ ству уделяется недостаточно внимания.

Остановимся прежде всего на мешающем действии работы контактных машин.

В соответствии с ПУЭ отклонение напряжения на зажимах электродвигателя от номинального должно быть не более ±5% , в отдельных случаях допускаются отклонения выше номинального до +10% . По ГОСТ 13109—67 отклонение напряжения должно быть от —5 до +10% от номинального. Снижение напря­ жения у наиболее удаленных ламп внутреннего рабочего освещения должно быть не более 2,5%. По ГОСТ 13109—67 отклонение напряжения в этом случае должно находиться в пределах от —2,5 до +5% от номинального. Частота резких изменений напряжения у ламп рабочего освещения при изменении менее 1,5% не ограничивается, при изменении 1,5—4% должна быть не более 10 раз в час, при изменении более 4% — 1 раз в час.

Следовательно, создаваемые при работе машин контактной сварки падения

иколебания напряжения сети на зажимах других приемников не должны пре­ восходить заданных значений. Поэтому вопрос о допустимой величине падений

иколебаний напряжения в сети при работе контактных машин не может быть

приемниками энергии она подключена к сети.

Работе машин контактной сварки в последнее время стали уделять особое внимание. Исследовательским отделом «Электрисите де Франс» (Ed F), а затем американскими предприятиями по электроснабжению (АІЕЕ), были построены кривые, позволяющие учитывать влияние периодической нагрузки на работу ламп накаливания. Эти кривые (рис. 3-5) дают возможность установить предель­ ные значения падения напряжения при работе контактных машин от сети, пита­ ющей одновременно и световую нагрузку. Следует отметить, что для люмине­ сцентных ламп этот порог выше и представлен кривой 1 на рис. 3-6.

Если при подключении машин контактной сварки к сетям, питающим одно­ временно и световую нагрузку, невозможно обеспечить колебания напряжения менее 1,5%, то тогда машины контактной сварки должны быть выделены на отдельную сеть (трансформатор) или же работать с числом включений в час в зависимости от создаваемого ими падения напряжения.

Аналогичная картина будет и при совместной работе машин контактной сварки с электродвигателями. Если общее падение напряжения на зажимах электродвигателей при работе машин контактной сварки будет более 5%, то тогда последние также должны быть выделены на отдельную сеть.

Какие допустимые падения напряжения можно принять при работе машин контактной сварки, питающихся от отдельной сети?

Решение этого вопроса определяется требованиями к качеству сварного соединения и работой аппаратуры управления контактной машины.

В соответствии с ГОСТ 297—61 машины контактной сварки должны надежно работать при колебаниях напряжения сети в пределах от + 5 до —15% от

47

номинального. Это предельные значения изменения напряжения на зажимах лю­ бой машины контактной сварки, при которых еще возможна ее надежная работа. При более низких напряжениях перестает работать аппаратура управления, содержащая, как правило, большое количество электронных, ионных и электро­ магнитных аппаратов, напряжение отпускания которых находится в пределах 0,8—0,75 номинального.

За последние годы накоплен большой экспериментальный материал о вли­ янии изменения параметров машин контактной сварки на качество сварки. Со­ гласно этим данным [17, 35], точечные и шовные машины для сварки легирован­ ных сталей и легких сплавов должны обеспечивать стабильность сварочного тока в пределах ±5% . Считая, что сварочный ток прямо пропорционален напря­

Число включений в час в минуту в секунду

Другие исследования показали, что с учетом комбинированного снижения напряжения от других приемников тока можно рассчитывать на безукоризнен­ ное исполнение сварных соединений, если снижение напряжения у машин для точечной сварки не будет превышать следующих предельных величин: при сварке высокоуглеродистых сталей 3—7%; при сварке низкоуглеродистых сталей (автомобильная промышленность) 10%; при сварке стальных листов, оцинкован­ ных гальваническим способом, 5—10%; при сварке алюминия и алюминиевых сплавов 2—5%.

Приведенные данные могут оказаться неполными, если не учесть того обсто­ ятельства, что в Советском Союзе и за рубежом создана аппаратура управления контактных машин, которая обеспечивает стабильность сварочного тока или напряжения на зажимах трансформатора контактной машины при колебаниях напряжения питающей сети. Так, например, широко распространенные пре­ рыватели тока типов ПИТ и ПИШ обеспечивают стабильность сварочного тока в пределах ±5% при колебаниях напряжения сети в пределах ±10% , регуля­ торы времени типа РВД-200 — в пределах ±3% при колебаниях напряжения сети от + 5 до —15%. В импульсных машинах типа МТПТ, МТИП, МШШТ, МШШИ выпрямленное напряжение поддерживается в пределах ±2% (незави­ симо от тока нагрузки) при колебаниях напряжения сети в пределах ±10% .

Как видно из этих данных, выбор допустимых падений напряжения в сети, питающей контактные машины, зависит от многих факторов: работают ли ма­ шины контактной сварки совместно с другими приемниками энергии или под­ ключены к отдельной, независимой сети; обеспечивает ли их аппаратура упра­ вления стабильность сварочного тока или напряжения при колебаниях напряже-

48