2. Процесс электроконтактной сварки труб с кольцевым трансформатором. Определение первичного и вторичного тока трансформатора

Электроконтактная сварка оплавлением относится к прессовым методам сварки трубопроводов и предусматривает нагрев места соединения до высокой температуры с последующим осевым сдавливанием. Сварное соединение получается одновременно по всему периметру стыка, что позволяет резко механизировать сварочные работы на трассе и приблизить их выполнение к заводскому поточному производству.

При электроконтактной сварке оплавлением находящиеся под током трубы сближаются до соприкосновения своих торцов. Первоначальное касание практически осуществляется в точке. Поверхность соприкосновения за короткий промежуток времени резко возрастает за счет относительного перемещения деталей, пластической деформации контактирующих неровностей и теплового расширения металла в зоне контакта. Металл резко на­гревается в средней части контакта до температуры плавления и превращается в жидкую перемычку.

Для оптимального расчета конструктивных и технологических параметр ров электроконтактных установок принимаем несколько значений вторич­ных напряжений сварочного трансформатора, равных 7В, 8В, 9В, и несколько значений удельных потребляемых мощностей на оплавление Ру_Д, равных 0,6 кВт/см², 0,7 кВт/см², 0,8 кВт/см².

Определим площадь поперечного сечения свариваемых труб

где d_cp— средний диаметр трубы, см; (5 — толщина стенки, см; d_rp = d_H — д.

Мощность, потребляемая на сварку:

Полная мощность сварочной установки:

где N_ecn — мощность, потребляемая на привод вспомогательных механизмов в процессе сварки (принимаем 20 % от потребляемой мощности); rj — коэф­фициент, учитывающий случайные перегрузки, а также возможные откло­нения размеров поперечных сечений свариваемых труб, г] = 0,7. Ток в первичной и вторичной обмотках трансформатора

где Ii — ток в первичной обмотке трансформатора, A; Uj — напряжение на первичной обмотке трансформатора, 380 В; ц — коэффициент мощности,

U1

0,67; К = коэффициент трансформации; щ напряжение на вторичной

U ₂

обмотке трансформатора, В.

Максимально допустимое сопротивление сварочной цепи при коротком замыкании:

где Руд — удельная мощность , потребляемая на оплавление, — удельное сопротивление стали (17-10"⁶ Ом-см); pi — коэффициент мощности составляет 0,67; Ь'г— вторичное напряжение сварочного трансформатора принимаем 7, 8, 9 В; F— площадь поперечного сечения свариваемой трубы, см"'.

Поскольку такой процесс должен отвечать рациональной технологии сварки, то средняя скорость оплавления подсчитывается по формуле:

где Руд — удельная мощность оплавления.

Время оплавления Минимальное время оплавления, необходимое для достижения в стыке, перед осадкой, температуры плавления металла и покрытия каждого из сва­риваемых торцов жидкой пленкой толщиной 1 мм, при этом:

где t_s — время, необходимое для достижения в стыке температуры плавле­ния, - время, необходимое для образования на оплавляемых торцах жидкой пленки металла, с (10 с).

где /л' — постоянная времени, зависящая от основных технологических па­раметров оплавления и характеристик сварочного трансформатора.

Постоянная времени /л' может быть определена из формулы:

температура плавления свариваемого металла, °С (условно принимаем 1500°С); М— коэффициент Лоренца, В'^:/градус² (принимаем 3,05-10 ⁹); а — коэффициент температуропроводности, см²/с (принимаем 0,08);/ — частота тока, Гц — 50; \',р — средняя скорость оплавления, см/с; А, В, С — постоянные, зависящие от принятого закона перемещения для п = 1,25, они составляют

Величина оплавления

Величина оплавленного участка в процессе нагрева труб до сварочной температуры рассчитывается по формуле:

где lorn ^- время оплавления, с.

Величина осадки Для определения величины осадки 1_0С используют формулу.

где Vo — вторичное напряжение сварочного трансформатора,- сред­

няя скорость оплавления, см/с.

Общее перемещение свариваемых труб в процессе оплавления и осадки

Для избежания теплоотвода в губки сварочной машины вылет сваривае­мых труб обычно принимают равным (1,5 - 2,0) 1_опл .

При заданных технологических параметрах осадки и полученном темпе­ратурном поле усилие осадки можно определить, используя формулу:

где F— площадь поперечного сечения трубы в мм²; V_occp— средняя скорость осадки по всей длине периметра 25 мм/с; V_0CH — начальная скорость осадки 80 мм/с; Iqc начальную величину осадки принимаем 4 мм; I — температур­ный интеграл определяют по формуле:

Здесь К' — градиент температурного поля (0,08 cm"^j). Значение Щ вычисляет­ся для Т_т= 1550°С (£,= 1794,1).

Мощность механизма осадки можно определить:

где - мощность привода механизма осадки, кВт; Р_ж — усилие осадки, кгс/см²; Т]' — кпд привода осадки, 0,9; V^— скорость осадки, см/с.

Усилие для зажатия труб в сварочной машине и удержания в процессе осадки составит:

где/' — коэффициент зацепления между трубами и зажимными башмаками сварочной машины (/'= 1,25).

Расчет величины усиления после осадки Максимальная величина усиления толщины стенки трубы после осадки подсчитывается по формуле:

где 6 — толщина свариваемой трубы в мм; £_у— относительная деформация в радиальном направлении, определяют по формуле:

где температура свариваемого металла перед осадкой (1500°С).

Ширина усиления пояска грата в основании может быть определена по формуле:

где - полная величина осадки в мм,

к'— градиент температурного поля (0,08 см"¹).