9 семестр / МУ_ЛР1_ТОСпл

15

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Политехнический институт

Кафедра «Сварка, литье и технология конструкционных материалов

Методические указания к

лабораторной работе № 1

Автоматы для дуговой сварки плавлением.

Основные элементы, электрические схемы автоматов.

Понятие саморегулирования и принудительного регулирования дуги

по дисциплине

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Направление подготовки: 150700 Машиностроение

Профиль подготовки: «Оборудование и технология сварочного производства»

Квалификация выпускника: бакалавр

Форма обучения - очная

Тула, 2012 г.

Методические указания к лабораторным работам составлены профессором А.С. Рыбаковым и обсуждены на заседании кафедры СЛ и ТКМ механико-технологического факультета

протокол № 7 от 30 января 2012 г.

Зав. кафедрой А.А. Протопопов

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры Сл и ТКМ механико-технологического факультета

протокол №___ от "___"____________ 20___ г.

Зав. кафедрой А.А. Протопопов

1. Цель работы

Изучение принятых на сегодня основных схем поддержания постоянства главных параметров дуги – тока и напряжения, принятых в автоматах и полуавтоматах для сварки плавлением

2. Общие сведения

Особенности автоматов. При автоматической сварке требуется поддержание постоянства основных параметров дуги - тока и напряжения. Для этих целей используют принудительное регулирование и саморегулирование дуги.

Принудительное регулирование дуги нашло применение в автоматах для сварки плавящимся и неплавящимся электродами. Обычно регулируемой величиной служит напряжение дуги. При сварке плавящимся электродом регулирующее воздействие чаще всего оказывает изменение скорости подачи электродной проволоки. Например, при снижении напряжения дуги механизм подачи проволоки уменьшает скорость подачи проволоки; при увеличении напряжения, наоборот, - ускоряет. В автоматах для сварки вольфрамовым электродом регулирующим воздействием служит принудительное восстановление ранее заданного (опорного) напряжения. Это осуществляется изменением длины дугового промежутка перемещением электрода по высоте.

Принудительное регулирование по напряжению особенно эффективно при наличии высоких значений градиента β в столбе дуги

_,

где α - падение напряжения в приэлектродных областях, В; l_д - длина дуги, см;

β – градиент падения напряжения в столбе дуги, в/см.

Для принудительного регулирования в автоматах для сварки плавящимся электродом могут быть использованы и другие регулируемые величины (например, ток дуги) и регулирующие воздействия (например, напряжение холостого хода источника, сопротивление сварочной цепи).

Саморегулирование дуги использовано в автоматах для сварки плавящимся электродом с постоянной скоростью его подачи.

Основные элементы автоматов и их назначение. В настоящее время широкое распространение получили передвижные автоматы и неподвижные подвесные автоматические головки. В передвижных автоматах встречаются следующие основные элементы: сварочная головка, тележка, пульт управления, аппаратурный шкаф и др. в неподвижных подвесных головках отсутствует механизм ее перемещения - тележка. Передвижной автомат выполняет две основные функции: подачу сварочной проволоки в зону дуги по мере ее оплавления и перемещение дуги вдоль стыка. Неподвижная подвесная автоматическая головка предназначена только для подачи сварочной проволоки в зону дуги. Перемещение свариваемого стыка осуществляется механизмами стапеля (установки).

Сварочная головка предназначена для механизированной подачи сварочной проволоки. Основные элементы головки: механизм подачи

проволоки, подающие ролики, мундштук и устройства для установочных перемещений головки.

Механизм подачи состоит из электродвигателя и редуктора. При использовании электродвигателей переменного тока применяют регулируемые редукторы. Электродвигатели постоянного тока могут работать в сочетании с нерегулируемыми редукторами.

Подающие ролики расположены на выходных валах редуктора. Их назначение - стабильная подача сварочной проволоки без проскальзывания. Достаточно надежно это обеспечивается применением двух пар ведущих роликов. Нанесение насечки на ролики иногда недопустимо из - за смятия поверхности проволоки.

К корпусу редуктора крепят мундштук для обеспечения электрического контакта и подачи проволоки в сварочную ванну. Мундштук должен обеспечивать минимальное блуждание торца проволоки относительно сварочной ванны. Для этого иногда перед мундштуком устанавливают правильный механизм. Кроме того, в мундштуке должен обеспечиваться надежный электрический контакт со сварочной проволокой. Блуждание контакта по высоте мундштука нежелательно. Конструкции мундштуков различны в зависимости от способа сварки, диаметра и жесткости проволоки. Для сварки плавящимся электродом проволоками большого диаметра (3…5 мм) наибольшее распространение получили мундштуки с роликовым скользящим контактом. При использовании проволок меньшего диаметра (0,8…2,5 мм) применяют трубчатые мундштуки. Скользящий контакт создается сменным наконечником мундштука.

Конструкция подвески головки должна предусматривать возмож­ность ее установочных перемещений: вертикальное - для установления необходимого вылета электрода или угла наклона электродной проволоки относительно свариваемого стыка; поперечное - для установки торца сварочной проволоки по центру стыка в начале сварки и корректировки его в процессе сварки.

Тележка предназначена для перемещения автомата по свариваемому стыку. В большинстве конструкций тележка выполняет роль базового элемента. На ее корпусе устанавливают головку, кассету для сварочной проволоки и пульт управления автоматом. Тележка должна обеспечивать плавность хода в широком диапазоне скоростей сварки. Различают тележки тракторного и кареточного типа. Тележка тракторного типа перемещаются с помощью бегунковых колес либо по направляющим стапеля, либо непосредственно по свариваемому изделию. Тележка кареточного типа перемещается только по направляющим стапеля или самого автомата.

Конструкция направляющих элементов зависит от формы свари­ваемого стыка. Для сварки прямолинейных продольных стыков часто применяют консольные направляющие. Консольные автоматы универсальны. Их можно использовать и для сварки поворотных кольцевых швов. В этом случае каретку автомата устанавливают неподвижно. В автоматах для сварки неповоротных кольцевых стыков каретка перемещается по направляющим, имеющим форму окружности. Для перемещения каретки применяют бегунковые колеса, зубчатые рейки, ходовые винты.

Тележки автоматов перемещаются с помощью электродвигателя через редуктор. В автоматах с электроприводом постоянного тока скорость перемещения тележки регулируется изменением частоты вращения электродвигателя. В автоматах с электроприводом переменного тока настройку скорости перемещения тележки осуществляют сменными шестернями в редукторе.

Электрические схемы автоматов. В практике получили распространение два типа автоматов с принудительным регулированием напряжения дуги для сварки – плавящимся (рис. 1) и неплавящимся электродами (рис. 2.). В автоматах для сварки плавящимся электродом якорные цепи электродвигателя сварочной головки ДГ и электродвигателя ДТ питаются от отдельных генераторов: генератора головки ГГ и генератора тележки ГГ. Вращение генераторов осуществляется асинхронным электродвигателем ЭД. Генератор головки имеет две обмотки возбуждения: дуговую ДОВ, питающуюся от дугового напряжения через выпрямитель ВДВ, и независимую НОВ, получающую питание от понижающего трансформатора ПТ через выпрямитель ВНВ.

Рис. 1. Электрические схемы автоматов с принудительным регулированием для сварки плавящимся электродом

Магнитные потоки, создаваемые намагничивающими силами этих обмоток в генераторе, направлены встречно. Величина и направление э. д. с. генератора будут определяться величиной и направлением суммарного магнитного потока в генераторе. При подаче на дуговой промежуток напряжения холостого хода источника результирующий магнитный поток в генераторе создается в основном намагничивающей силой (н. с.) дуговой обмотки возбуждения (Ф_Д>Ф_Н). Э. д. с. генератора будет иметь такое направление, при котором электродвигатель головки будет подавать проволоку к изделию.

В момент короткого замыкания напряжение на дуговом промежутке снизится до нуля (Ф_Д = 0). Суммарный магнитный поток в генераторе будет наводиться только независимой обмоткой возбуждения. Э. д. с. генератора изменит направление на противоположное и электродвигатель головки будет подавать проволоку от изделия. Благодаря этому произойдет возбуждение дуги. С появлением дугового напряжения снова возникает неравенство Ф_Д > Ф_Н , и электродвигатель начнет подавать проволоку к изделию. Это создает возможность непрерывного горения дуги при условии равенства скоростей плавления проволоки и ее подачи.

Напряжение дуги, а следовательно, и скорость подачи электродной проволоки регулируются изменением тока в независимой обмотке возбуждения. Для этих целей предусмотрен регулятор напряжения РНД. Колебания напряжения дуги в процессе сварки через обмотку возбуждения и генератор головки воздействуют на частоту вращения электродвигателя головки и соответственно на скорость подачи проволоки. При возрастании напряжения дуги принудительно увеличиваются частота вращения электродвигателя головки и скорость подачи проволоки. Это приводит к восстановлению заданного напряжения дуги. При уменьшении напряжения снижается скорость подачи проволоки, и напряжение дуги вновь восстанавливается.

Генератор тележки имеет одну обмотку возбуждения ОВГТ, которая питается от выпрямителя обмоток возбуждения ВОВ. Скорость движения тележки регулируется регулятором скорости тележки РСТ. От этого выпрямителя питаются также обмотки возбуждения электродвигателей тележки ОВДТ и головки ОВДГ.

Для включения автомата и его выключения предусмотрены кнопки «Пуск» П, «Стоп» С и промежуточное реле РП.

Автоматы с неплавящимся электродом имеют следующие электродвигатели (рис. 2): ДПП - подачи проволоки; ДТ- тележки; ДГП - горизонтального перемещения головки; ДРЗК - реостата заварки кратера. Каждый из электродвигателей имеет автономное питание якорных цепей. Питание обмоток возбуждения электродвигателей осуществляется от однофазных выпрямителей (на схеме не показаны).

Рис. 2. Электрические схемы автоматов с принудительным регулированием для сварки вольфрамовым электродом

Скорость подачи присадочной проволоки настраивается с помощью магнитного усилителя МУ в цепи якорной обмотки ДПП. Ток в управляющей обмотке МУ регулируется сопротивлением R. Скорость перемещения тележки автомата изменяется регулятором напряжения РН. Аналогичным способом регулируется скорость перемещения ползуна в реостате заварки кратера. Скорость горизонтальных перемещений головки автомата не регулируется. Управление горизонтальными перемещениями осуществляется с пульта. В некоторых автоматах ДГП связан с механизмом слежения по стыку.

Механизм вертикального перемещения головки приводится в действие с пульта и связан с системой слежения по напряжению дуги (принудительное регулирование длины дуги). Для этой цели имеется блок слежения БС, состоящий из измерительного устройства U (для измерения отклонений напряжения дуги), усилителя постоянного тока У, усилителя мощности УМ и исполнительного электродвигателя ДВП. Напряжение дуги U_Д подается на измерительную схему, представляющую собой схему сравнения двух напряжений: напряжения дуги и некоторого опорного (эталонного) U_оп. Величина U_оп регулируется сопротивлением R_оп и зависит от выбранного режима сварки. В результате сравнения образуется напряжение ΔU_д = U_оп – U_д.

Это напряжение подается на усилитель У постоянного тока. Выход усилителя постоянного тока рассчитан на поляризованное реле ПР. контакты реле ПР управляют работой усилителя мощности УМ, включенного в цепь якорной обмотки ДВП. Отклонение напряжения дуги приводит в движение ДВП. Изменяется длина дугового промежутка, и напряжение восстанавливается. При обрыве дуги система срабатывает вверх. Точность принудительного регулирования обычно составляет ±(0,10 - 0,15) В.

В автоматах для сварки неплавящимся электродом предусмотрено зажигание дуги с помощью осциллятора Ос и дросселя Др без короткого замыкания. Включение и выключение осциллятора происходит с помощью реле РД. На схеме (рис. 1, б) для упрощения не приведены цепи, связанные с управлением автоматом.

Автоматы с саморегулированием дуги. Распространение получили две схемы автоматов с саморегулированием дуги (рис. 3, 4). В одной из них применяется электропривод постоянного (рис. 3) тока, в другой - переменного (рис. 4).

В автоматах с электроприводом постоянного тока якорные цепи электродвигателей головки ДГ и тележки ДТ питаются от регулятора напряжения РН через отдельные выпрямительные блоки. Обмотки возбуждения электродвигателей головки ОВДГ и тележки ОВДТ получают питание от понижающего трансформатора ПТ через выпрямитель обмоток возбуждения.

Параллельно дуге включено реле зажигания РЗ. Оно предназначено для реверсирования электродвигателя головки при зажигании дуги.

При замыкании кнопки «Пуск» П реле РЗ оказывается под напряжением холостого хода источника питания дуги. Срабатывают замыкающие контакты РЗ и РП в якорной цепи электродвигателя (размыкающие контакты РЗ при этом разомкнутся). Начинается его вращение с подачей проволоки к свариваемому изделию.

В момент короткого замыкания катушка реле РЗ шунтируется. Благодаря этому замыкающие контакты РЗ размыкаются. Питание якорной цепи осуществляется через размыкающие контакты РЗ. Происходит реверсирование электродвигателя, и начинается подача проволоки от изделия. Это вызывает возбуждение дуги. С появлением дугового напряжения вновь замыкаются размыкающие контакты РЗ, и электродвигатель начинает подавать проволоку к изделию.

При равенстве скоростей подачи и плавления проволоки создаются условия для стабильного горения дуги. Необходимая скорость подачи проволоки предварительно настраивается регулятором напряжения. При необходимости она корректируется в процессе горения дуги. Аналогичным способом устанавливается и скорость перемещения тележки. Прекращают работу автомата размыканием цепи катушек реле РП кнопкой «Стоп» С.

В автоматах с электроприводом переменного тока (рис. 4) электродвигатели головки ДГ и тележки ЦТ питаются от понижающего трансформатора ПТ через замыкающие контакты промежуточного реле РП. Для возбуждения дуги используют реле зажигания РЗ. Зажигание дуги обычно начинается с предварительного короткого замыкания электродной проволоки на изделие (за счет установочных перемещений сварочной проволоки).

Рис. 3. Электрические схемы автоматов с саморегулированием дуги

с двигателем постоянного тока

Рис. 4. Электрические схемы автоматов с саморегулированием дуги с двигателем переменного тока

При нажатии кнопки «Пуск» П напряжение на электродвигатель головки передается через контакты промежуточного реле РП и размыкающие контакты реле зажигания РЗ. Электродвигатель начинает подачу проволоки от изделия. Это приводит к возбуждению дуги. С появлением дугового напряжения катушка реле РЗ оказывается под током. Происходит замыкание замыкающих и размыкание размыкающих контактов реле РЗ. Электродвигатель реверсируется и начинает подавать проволоку к изделию.

Скорость подачи, равная скорости плавления, устанавливается предварительно с помощью сменных шестерен в редукторе механизма подачи сварочной проволоки. Движение тележки начинается при включении муфты, расположенной на ведущем бегунковом колесе. Скорость ее перемещения также устанавливают предварительно с помощью сменных шестерен.

Классификация автоматов и их технические характеристики. В основе классификации могут лежать различные признаки: тип электрода, способ перемещения, характер защиты и др.

По типу применяемого электрода автоматы подразделяют на автоматы с плавящимся электродом и автоматы с неплавящимся (вольфрамовым) электродом. По способу перемещения тележки различают автоматы тракторного типа и кареточные. По способу защиты ванны различают автоматы для сварки в среде защитных газов, для сварки под флюсом или по флюсу и универсальные.

По пространственному выполнению сварных соединений различают автоматы для сварки швов в нижнем положении, вертикальных и горизонтальных швов в вертикальной плоскости; кольцевых поворотных и неповоротных стыков и кольцевых в горизонтальной плоскости.

По способу поддержания постоянства параметров дуги выпускают автоматы с принудительным регулированием дуги и саморегулированием.

По числу горящих дуг различают автоматы для сварки одной дугой, двумя дугами и трехфазной дугой.

В настоящее время для дуговой сварки выпускают большое число различных типов подвесных и самоходных автоматов. Их базовые узлы имеют одинаковое функциональное назначение. Поэтому наиболее перспективными следует считать автоматы, собранные из унифицированных узлов. Переход к унифицированным автоматам позволит осуществить их массовое производство, облегчит условия эксплуатации, упростит разработку новых типов. Широкое применение получили автоматы для сварки вольфрамовым электродом АДСВ-5, АСГВ-4, АРК-3; для сварки плавящимся электродом АДПГ-500, ТС-35, АДС-1000 и др.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с описанием лабораторной работы, записать цель работы.

2. Описать к каким дефектам приводит колебания напряжения дуги в процессе сварки, причины их возникновения и почему эти колебания приводят к дефектам формы и размеров шва.

3. Описать на каких физических закономерностях существования сварочной дуги базируются две основные схемы построения автоматов и полуавтоматов для дуговой сварки плавящимся и неплавящимся электродами, чтобы обеспечить в процессе сварки постоянства напряжения дуги.

4. Изучить и кратко описать сущность саморегулирования напряжения дуги при сварке плавящимся электродом.

5. Изучить и кратко описать сущность принудительного регулированиянапряжения дуги при сварке.

4. Контрольные вопросы

1. С помощью какого устройства производится зажигание дуги с неплавящимся (вольфрамовым) электродом ?

2. Какие два из параметром режима сварки задаются при работе автомата с саморегулированием дуги при сварке плавящимся электродом ?

3. Какое условие необходимо выполнять при дуговой сварке плавлением (РДС, сварке под флюсом, сварке в защитных газах и т.д.), чтобы обеспечить постоянство получения размеров сварного соединения ?

4. Что такое схема построения автомата с принудительным регулированием дуги ?

Список рекомендуемых источников

Основная литература

1. Технология конструкционных материалов (Технологические процессы в машиностроении): в 4-х ч. - Тула : Изд-во ТулГУ, 2007. Ч.2: Сварочное производство: учебник для вузов / С.К. Захаров [и др.]. - 2007. – 544 с. : ил. — Библиогр.: с. 514-515 .— Предм. указ.: с. 529-537 .— ISBN 978-5-7679-1057-1 (в пер.)

2. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки: учебник для вузов / А.И. Акулов, В.П. Алехин, С.И. Ермаков; под ред. А.И. Акулова.– Изд. 2-е, испр. и доп.– М.: Машиностроение, 2003.– 560 с.

3. Тульский государственный университет. Известия Тульского государственного университета. Компьютерные технологии в соединении материалов, Серия / ТулГУ. - Тула: Изд-во ТулГУ, 1994-2011 / редкол.: О. И. Борискин (отв. ред.) [и др.] - ISSN 2071-6168.

Дополнительная литература

4. Сварка и свариваемые материалы: справочник: в 3 т. / под ред. В. Н. Волченко и др. - М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1991 - . - ISBN 5-5-229-00816-4. Т. 1: Свариваемость материалов / под ред. Э. Л. Макарова.- 1991. - 528 с. - ISBN 5-229-00815-3.

5. Сварка и свариваемые материалы: справочник: в 3 т. / под ред. В. Н. Волченко. - М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. - ISBN 5-7038-1248-8. Т. 2: Технология и оборудование / под ред. В. М. Ямпольского.- 1997. - 574 с. - ISBN 5-7038-1253-4.

6. Колачев, Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: Учебник для вузов /Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: МИСИС, 2001. – 416 с.: ил. - Библиогр. в конце кн. - ISBN 5-87623-027-8 /в пер./: 74.80.