Ориентировочные режимы точечной сварки низкоуглеродистых сталей

Нарушение технологического процесса и отклонение от оптимальных режимов сварки приводят к образованию дефектов в сварном соединении:

1) занижение размеров литого ядра точки или полное его отсутствие (непровар);

2) выплеск расплавленного металла из под электродов (наружный выплеск); 

3) нарушение сплошности литого ядра или околошовной зоны (рыхлости, раковины, трещины);

4) перенос металла электродов на поверхность заготовок; 

5) ухудшение структуры и свойств металла ядра и околошовной зоны.

Машина для точечной сварки должна обеспечивать в соответствии с установленной циклограммой выполнение в определенной последовательности и в строго заданные по длительности отрезки времени, следующие операции сварки, обозначенные на регуляторе циклов (рис. П.1. и П.2 ):

1. «Сжатие» – сжатие деталей между электродами перед включением сварочного тока.

2. «Сварка» – нагрев заготовок импульсом сварочного тока до образования между ними расплавленного ядра.

3. «Проковка» - выдержка заготовок в сжатом состоянии после выключения тока с усилием согласно заданному циклу до полной кристаллизации ядра.

4. «Пауза» – раскрытие электродов и пребывание их в этом положении заданное время для перемещения свариваемых заготовок на шаг точек.

Циклограмма сварки может быть более сложной в зависимости от свариваемости материала заготовок, их толщины и требований к качеству сварного соединения.     

Порядок выполнения работы

1. В порядке самостоятельной подготовки уяснить теоретические основы контактной точечной сварки.

2. Изучить конструкцию, назначение и размещение узлов и элементов точечной машины. При изучении использовать машину МТ-1928, ее техническое описание.

3. Проверить работу узлов машины на холостом ходу.

1) открыть вентили, подводящие в машину воду и сжатый воздух;

2) отключить на регуляторе циклов сварки сварочный ток;

3) подать напряжение на машину, включить цепи управления;

4) с помощью редуктора по манометру установить давление в пневмосистеме 0,2-0,3 МПа;

5) с помощью регулятора цикла сварки задать продолжительность операций «Сжатие», «Сварка», «Проковка», «Пауза»;

6) проверить работу механизма сжатия: при кратковременном нажатии на пусковую педаль произойдет однократное срабатывание; при длительном нажатии – многократные; при изменении продолжительности операций – частота срабатываний.

4. Освоить методику выполнения точечной сварки и исследовать влияние параметров режима на качество сварного соединения.

1) подготовить образцы под сварку, очистив их поверхность от жировых пленок и загрязнений;

2) подготовить машину к сварке;

3) подобрать ориентировочный режим сварки в зависимости от толщины и материала свариваемых заготовок (табл.1). Этот и другие режимы занести в табл.2;

4) настроить машину в соответствии с рекомендуемым ориентировочным режимом сварки.

Необходимую ступень трансформатора, обеспечивающую заданный сварочный ток, определяют одним из следующих методов:

а) по нагрузочным характеристикам машины (рис.П.5 и П.6)

б) путем расчета по формуле Е = I_св Z_cв;

в) непосредственным измерением сварочного тока специальным прибором (АСА-1) при изменении ступени трансформатора.

Усилие зажатия устанавливают редуктором по манометру в соответствии с таблицей, размещенной на корпусе машины (см. также рис. П.3).

Время сварки устанавливают регулятором цикла сварки.

Диаметр контактной поверхности электрода проверяют, при необходимости затачивают, кроме того, обеспечивают соосность верхнего и нижнего электродов.

4) сварить образцы, испытать их, результаты занести в табл. 2;

5) исследовать влияние I_св,t_св, Р  на качество сварных точек с целью оптимизации режима сварки. Для этого сварить образцы как при уменьшенном, так и при увеличенном значениях одного из исследуемых параметров при неизменных рекомендуемых значениях трех других параметров режима. Результаты испытаний занести в табл. 2;

Таблица 2

7) построить зависимости: d (I); d (t); d (P);

Проанализировать эти зависимости и данные табл. 2, сделать выводы, рекомендовать наиболее оптимальный режим сварки.

8) составить отчет по работе, который должен содержать следующее:

- название работы, её цель и задачи;

- краткие теоретические сведения;

- основные технические характеристики машины;

- перечень основных узлов машины, их назначение;

- режимы сварки, результаты исследования;

- причины дефектов сварки, пути их устранения;

- выводы по работе.

Лабораторная работа 2

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ШОВНОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Цель и задачи работы

1. Изучить устройство и работу контактной шовной машины.

2. Освоить методику выбора параметров режима шовной сварки и научиться настраивать шовную машину на заданный режим сварки.

3. Исследовать влияние параметров режима на качество и размеры сварных швов.

Оборудование, приборы и материалы

- шовная машина МШ – 1001 У4;

- разрывная машина для испытаний на прочность сварных швов;

- ножницы для подготовки образцов на механические испытания;

- образцы из низкоуглеродистой или аустенитной стали размером 200х100 мм и толщиной до 1 мм.

Краткие теоретические сведения

Шовной сваркой получают герметичные прочноплотные швы, в которых каждая последующая точка перекрывает предыдущую на 25-30 %. Основной тип соединения – нахлесточное. Толщина заготовок не более 3+3 мм.

Заготовки, сжатые вращающимися роликами, нагревают периодическими кратковременными импульсами тока. Шаг точек и величина их перекрытия зависят от длительности пауз между импульсами и скорости сварки.

Качественные швы можно получить, если при выполнении каждой точки металл в зоне соединения будет нагрет до расплавления.

Размеры литого ядра (ширина шва) регламентированы ГОСТ-15878-79 в зависимости от толщины заготовок. Ориентировочный диаметр этого ядра, мм:

D =(2S+3),                                                                  

где  S – толщина наиболее тонкой заготовки, мм.

Технологический процесс изготовления деталей с применением контактной шовной сварки состоит из следующих операций: подготовки поверхностей заготовок (удаление с них жировых пленок и различных загрязнений); сборки; прихватки; сварки; правки и механической доработки изделия; антикоррозионной защиты; контроля промежуточных операций и качества готового изделия в целом.

Важнейшим условием получения качественных швов является выбор оптимального режима сварки с обеспечением этого режима путем подбора соответствующей контактной шовной машины и настройки её. Режим сварки выбирают в зависимости от толщины заготовок и теплофизических свойств металла.

Параметрами режима шовной сварки являются:

1) сварочный ток – Iсв, А;

2) усилие сжатия заготовок – Р сж, Н;

3) продолжительность импульсов тока – t имп, с;

4) продолжительность пауз – tп, с;

5) скорость сварки –Vсв, м/мин;

6) ширина контактной поверхности ролика – в, мм.

Исходные значения указанных параметров выбирают, как правило, по таблицам (см. табл.1), номограммам, графикам. Далее их корректируют по результатам сварки и испытаниям опытных образцов.

Нарушение технологического процесса и отклонение от оптимальных режимов сварки приводят к образованию дефектов в сварных швах: непроваров, выплесков, трещин, раковин, неблагоприятных изменений структуры металла.

Таблица 1

Ориентировочные режимы шовной сварки

Порядок выполнения работы

1. В порядке самостоятельной подготовки уяснить теоретические основы контактной шовной сварки.

2. Изучить конструкцию, назначение и размещение узлов и элементов шовной машины. При изучении использовать машину МШ-1001, её техническое описание.

3. Проверить взаимодействие узлов машины на холостом ходу:

1) открыть вентили, подводящие в машину воду и сжатый воздух;

2) разорвать цепь первичной обмотки трансформатора, вынув один нож из переключателя ступеней;

3) подать напряжение на машину. Включить цепи управления: пакетный выключатель «Напряжение» на панели машины поставить в положение «Вкл»;

4) с помощью редуктора по манометру установить давление в пневмосистеме 0,2-0,3 МПа;

5) установить рукоятку регулятора - задатчика скорости вращения роликов на второе - третье деления;

6) убедиться в отсутствии между роликами посторонних предметов, нажать педальную кнопку;

7) убедиться в работе узлов и механизмов машины при различных положениях рукояток на пульте управления машиной: 1) ролик «Вверх» – «Вниз»; 2) включение двигателя «Постоянно» - «В цикле»; 3) сварочный ток: «Выкл» – «Вкл».

Примечание. При проведении проверки помещать между роликами пластину из текстолита.

8) установить зависимость скорости сварки от положения рукоятки регулятора скорости. Для чего пропускать между роликами полосу определенной длины и фиксировать время ее прохождения. Измерения скорости производить через каждые пять делений регулятора. Данные занести в табл. 2.

Таблица 2

4. Освоить технику выполнения шовной сварки и исследовать влияние параметров режима на качество сварного соединения:

1) подготовить образцы под сварку, очистить их поверхность от окислов и загрязнений;

2) подобрать ориентировочный режим сварки в зависимости от толщины и материала заготовок (табл.1). Этот и другие исследуемые режимы занести в табл. 2;

3) подготовить машину к сварке, настроить ее на выбранный режим сварки:

- сварочный ток установить подбором соответствующей ступени трансформатора по внешним характеристикам машины (рис. П.7 и табл. П.2) и установкой рукоятки регулятора «Нагрев» на панели РКС-502;

- времена импульса тока и паузы установить с помощью переключателей соответствующих регуляторов РКС-502;

- усилие сжатия роликов установить регулятором давления по манометру в соответствии с таблицей на корпусе машине;

- скорость сварки установить задатчиком скорости сварки в соответствии с табл. П. 4;

- зачистить ролики и заправить их контактную поверхность до необходимой ширины;

4) произвести сварку на выбранном режиме;

5) оценить качество сварки по результатам внешнего осмотра шва и измерения его параметров;

6) сварить пластины, значительно увеличив и уменьшив с помощью регулятора «Нагрев» ток по сравнению с исходным режимом, не меняя другие параметры.

Таблица 3

Режимы сварки и оценка качества сварных швов

Примечание: В гр. «Сила тока» дополнительно указывать номер ступени трансформатора и положение переключателя регулятора «Нагрев».

7) сварить образцы, вдвое уменьшив и увеличив время «Пауза» по сравнению с режимом п 3. Оценку качества выполнить по пункту 5;

8) сварить образцы, вдвое уменьшив и увеличив скорость сварки. Оценку качества выполнить по пункту 5;

9) проанализировать результаты табл. 3 и в выводах отметить наиболее существенные зависимости между параметрами режима сварки и размерами сварных швов;

10) по результатам исследований установить оптимальный режим сварки. Сварить пластины, вырезать из них образцы шириной 20 см (начало и конец шва удалить). Выполнить механические испытания образцов.

5. Составить отчет по работе, который должен содержать:

- название работы, ее цель и задачи;

- краткие теоретические сведения;

- основные технические характеристики машины;

- перечень основных узлов машины, их назначение;

- режимы сварки, результаты исследований;

- причины дефектов, пути их устранения;

- выводы по работе.

Лабораторная работа 3

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СТЫКОВОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Цель и задачи работы

1. Изучить устройство машины для стыковой сварки сопротивлением.

2. Освоить технологию стыковой контактной сварки сопротивлением.

3. Исследовать влияние отдельных параметров стыковой сварки сопротивлением на качество соединения.

Оборудование, приборы и материалы

- Стыковые контактные машины МС-502, МС-1602.

- Образцы из низкоуглеродистой стали диаметром 4-12 мм.

Краткие теоретические сведения

По способу нагрева стыковую сварку подразделяют на сварку сопротивлением, непрерывным оплавлением, оплавлением с подогревом и импульсным оплавлением.

При сварке сопротивлением заготовки предварительно сжимают осевым усилием, затем на них подают напряжение. Стык нагревается до температур, близких к температуре плавления (0,9 Тпл) за счет выделения тепла внутри заготовок (90 %), а также в контакте между ними (10 %). Пониженная температура и неравномерность нагрева торцов снижают качество сварного соединения. С увеличением сечения заготовок этот недостаток проявляется в большей мере. Стыковой сваркой сопротивлением обычно сваривают заготовки небольшого сечения (не более 200 мм²).

При сварке непрерывным оплавлением на заготовки подают напряжение, затем их сближают с небольшой заданной скоростью. В точках касания торцы мгновенно нагреваются с образованием жидких мостиков, которые также мгновенно перегреваются до взрывообразного разрушения. В результате непрерывного образования и разрушения мостиков происходит оплавление торцов, их равномерный нагрев с образованием на торцах сплошного слоя жидкого металла. После этого скорость сближения заготовок и усилие сжатия резко увеличивают, осуществляя осадку на заданную величину. Вместе с жидким металлом из стыка удаляются разрушенные окисные пленки. Непрерывным оплавлением сваривают заготовки с компактным сечением до 1000 мм² и заготовки несколько больших сечений с развитым периметром (трубы, листы и др.).

При сварке оплавлением с подогревом заготовки перед оплавлением подогревают до 800-1000 ⁰С, периодически замыкая и размыкая их в результате возвратно-поступательного перемещения подвижной плиты. Этот способ позволяет уменьшить общий припуск на сварку, снизить скорости охлаждения заготовок после сварки, повысить устойчивость оплавления. Его применяют при сварке заготовок сечением 500-10 000 мм².

Технологический процесс стыковой сварки состоит из следующих операций: подготовки торцов под сварку; сварки по режиму, установленному в зависимости от размеров, формы и материала заготовок; послесварочных операций (удаление грата, термообработки и др.); контроля качества соединений.

При сварке сопротивлением подготовка торцов деталей под сварку заключается в ровной обрезке их и тщательной зачистке до металлического блеска. Основное условие качественной сварки – плотное соприкосновение торцов по всему сечению.

Процесс сварки деталей сопротивлением выполняют в следующей последовательности:

а) детали с ровно обрезанными и хорошо зачищенными торцами выставляют на определенную длину в электродах машины, зажимают с усилием Рз и сдавливают с усилием Рсж;

б) включают сварочный ток, при этом торцевые поверхности деталей нагреваются до сварочной температуры;

в) производят осадку разогретых деталей;

г) выключают сварочный ток и детали вынимают из зажимов.

К основным параметрам режима стыковой сварки сопротивлением относятся: сварочный ток Iсв; время сварки t св; величина усилия сжатия Рсж; установочная длина l уст; припуск на осадку Dlос; напряжение холостого хода трансформатора U₂₀. Дополнительным параметром является усилие зажатия заготовок Рзаж., величину которого выбирают из условия предупреждения проскальзывания заготовок в губках при осадке: Рзаж = (1,5-2)Рос.

Исходные значения указанных параметров выбирают, как правило, по таблицам (см. таблицу 1), по номограммам или эмпирическим формулам. Так, для низкоуглеродистых сталей рекомендуются плотности тока в пределах 90-200 А/мм², усилие осадки из расчета Р = (20-40)S,где  Р - усилие, Н; S – площадь сечения заготовки, мм.

Установочная длина выпускаемых из зажимов заготовок lуст =(0,7-1,0)d, где d – диаметр заготовки, мм. 

Таблица 1

Ориентировочные режимы сварки сопротивлением стержней

из низкоуглеродистых сталей

Выбранные по таблицам параметры режима корректируют по результатам сварки образцов – свидетелей до получения соединений требуемого качества. Уточненный (оптимальный) режим фиксируют в соответствующей технологической документации и выдают разрешение на сварку промышленных изделий.

 При неправильном выборе параметров режима сварки возможно образование в стыке следующих дефектов:

а) окисные включения – при недостаточной скорости и величине осадки, малой величине сварочного тока;

б) непровар – при недостаточном нагреве заготовок вследствие заниженных значений тока, времени нагрева, чрезмерном усилии нагрева;

  в) смещение торцов заготовок – при неправильной подготовке торцов, плохой наладке машины, большой установочной длине, недостаточной жесткости зажимов и направляющих машины;

г) надрывы, расслоения, рыхлость – при перегреве металла вследствие завышенных значений тока, припуска на оплавление, установочной длине.

Порядок выполнения работы

1. В порядке самостоятельной подготовки уяснить теоретические основы способов стыковой сварки.

2. Изучить конструкции, назначение и размещение узлов и элементов стыковых машин. При изучении использовать машины МС-502 и МС-1602, их технические описания.

3. Проверить взаимодействие узлов машины при выключенном вторичном напряжении.

1) установить переключатель ступеней трансформатора в положение, разрывающее первичную обмотку;

2) подать напряжение на установку и, нажав на пусковую кнопку включить контактор установки. Далее, перемещая рычаг привода осадки, по линейке на панели установки определить момент срабатывания выключателя контактора;

3) установить в зажимы установки образцы, выдвинув их из зажимов в соответствии с рекомендуемой установочной длиной;

4) ослабив один из зажимов, нажать на пусковую кнопку и перемещая рычаг подвижного зажима, определить по моменту срабатывания конечного выключателя величину осадки. После чего отрегулировать ее величину в соответствии с рекомендуемыми величинами;

5) с помощью динамометрической скобы произвести тарировку пружины, создающей усилие сварки. Результаты тарировки занести в таблицу 2.

                                                                                                     Таблица 2

4. Освоить технику выполнения сварки и провести анализ цикла сварки.

1) подготовить образцы под сварку;

2) выбрать по табл. 1 значения параметров режима сварки для заданных заготовок;

3) настроить машину на выбранный режим сварки. Ступень трансформатора выбрать в соответствии с внешней характеристикой машины МС-502 и сопротивлением деталей (см. рис.П.8 и табл.П.3).

4) произвести сварку и занести параметры процесса сварки в табл. 3;

Таблица 3

5) установить завышенные и заниженные значения сварочного тока (ступень трансформатора), провести сварку, дать характеристику процесса и оценить качество стыков;

6) установить завышенные и заниженные значения усилия осадки, провести сварку, дать характеристику процесса, оценить качество стыков;

7) произвести сварку с увеличенным и уменьшенным значением величины осадки, дать характеристику процесса, оценить качество стыков;

5. Составить отчет по работе, который должен содержать:

- название работы, ее цель и задачи;

- краткие теоретические сведения;

- основные технические характеристики машины;

- режимы сварки, результаты исследований;

- причины дефектов, пути их устранения;

- выводы по работе.  

Лабораторная работа 4

ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ КОНДЕНСАТОРНОЙ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Цель и задачи работы

1. Изучить конструкцию конденсаторной точечной и шовной машин.

2. Изучить электрические и кинематические схемы машин.

3. Усвоить методику выбора и наладки рационального режима конденсаторной сварки.

4. Исследовать влияние регулируемых параметров (емкости конденсаторов, коэффициента трансформации, напряжения зарядки конденсаторов) на качество сварных соединений.       

Оборудование, приборы и материалы

1.Конденсаторная точечная машина МТК-2001.

2. Конденсаторная шовная машина МРК-5.

3.Технические описания машин.

4. Образцы для сварки.

Краткие теоретические сведения

Конденсаторные машины позволяют создавать кратковременные импульсы сварочного тока большой величины при малой потребляемой из сети мощности. Длительность импульсов сварочного тока может регулироваться в пределах 0,01-0,2 с, при этом максимум тока приходится на 0,004-0,05 с от начала импульса (см. рис. П.9). Энергия в конденсаторах накапливается при их зарядке от источника постоянного напряжения (выпрямителя), а затем в процессе разряда конденсаторов используется для нагрева зоны соединения заготовок.

Накопленная в конденсаторе энергия

,

где - значение энергии, Дж; - рабочая емкость конденсаторов, Ф;

- напряжение зарядки конденсаторов, В.

Из приведенной формулы следует, что величину накопленной в конденсаторах энергии можно регулировать, изменяя емкость конденсаторов, напряжение их зарядки или одновременно оба эти параметра (рис. П.10). При этом изменяются величина и продолжительность сварочного импульса. Кроме того , величину и продолжительность импульса сварочного тока без изменения количества выделяемой энергии можно регулировать изменением коэффициента трансформации сварочного трансформатора, на первичную обмотку которого разряжаются конденсаторы, а в его вторичной цепи находятся сжатые электродами заготовки. При уменьшении коэффициента трансформации возрастает вторичная ЭДС сварочного трансформатора, соответственно возрастает и сварочный ток. Из-за неизменности накопленной при этом энергии время разрядки при этом сокращается.

Преимуществами конденсаторной сварки является:

- строго постоянное и точно регулируемое количество электроэнергии, накапливаемое в конденсаторах, что обеспечивает при прочих равных условиях высокую стабильность результатов сварки. Это имеет решающее значение при сварке заготовок малых толщин и сечений;

- кратковременность процесса конденсаторной сварки и высокие плотности тока способствуют концентрированному выделению тепла в зоне соединения, облегчают сварку разнородных и высокотеплопроводных металлов, обеспечивают минимальную зону термического влияния;

- возможность получения различных по величине и форме импульсов сварочного тока позволяет качественно сваривать разнородные трудно свариваемые металлы и сплавы;

- возможность получения больших импульсных мощностей для сварки при сравнительно низкой потребляемой из сети мощности.

Параметрами режима конденсаторной точечной сварки являются:

1) емкость рабочей батареи конденсаторов C_р, мкф;

2) напряжение заряда конденсаторов U_з, В;

3) коэффициент трансформации К_тр,.

4) сварочное усилие Р_св,, кг

Исходные значения указанных параметров выбирают, как правило, по таблицам (см. таблицу 1), эмпирическим формулам и номограммам.

Таблица 1

Ориентировочные режимы конденсаторной сварки на машине МТК-2001

Содержание и порядок выполнения работы

1. По описанию, схемам и непосредственному осмотру изучить конструкцию конденсаторной машины, ее технологические возможности; основные технические характеристики:                    

1) изучить общее устройство машины, назначение ее основных узлов. Выписать технические характеристики машины;

2) изучить и нарисовать электрическую схему машины (цепи зарядки и разрядки конденсаторной батареи, цепи управления), уяснить способы регулирования величины, формы и продолжительности импульса сварочного тока;

3) изучить и зарисовать кинематическую схему машины.

2. Проверить взаимодействие узлов машины на холостом ходу:

1) проверить наличие и исправность заземления машины;

2) подать охлаждающую воду, отрегулировать краном расход воды и убедиться в отсутствии течей в системе охлаждения;

3) подать на систему создания усилия сжатый воздух и убедиться в герметичности пневмосистемы;

4) подать напряжение на установку и, по загоранию лампочки «Сеть» убедиться, что машина готова к работе;

5) с помощью рукояток на панели пневмосистемы установить по манометру необходимое сварочное давление;

6) отключить кнопки «подогрев», «сварка», «отжиг» на панели управления;

7) подать напряжение на блок управления конденсаторами, нажав на кнопку «пуск». При этом должна загореться лампочка «схема»;

8) нажатием на правую педаль свести электроды, затем нажатием на левую педаль произвести пуск машины. Должен пройти сварочный цикл с сигнализацией лампочек на панели блока;

9) выключить схему, нажав на кнопку «стоп».

3. Выполнить пробную сварку:

1) установить режим работы: коэффициент трансформации 144, Емкость Ср –1000 мкф, емкость зарядных конденсаторов Сз – 4 мкф, напряжение заряда Uс – 560 В.

2) включить кнопки «подогрев», «отжиг», установив регуляторы времени и уровня тока в импульсах переменного тока в средние положения.

3) нажать кнопку «пуск», затем кнопкой «сварка» включить заряд батареи конденсаторов;

4) поместить свариваемые детали между электродами машины и нажатием нам левую педаль произвести пробную сварку.

4. Исследовать влияние параметров режима сварки на качество сварных соединений.

1) подготовить металлические образцы размером 20х100 мм;

2) произвести сварку образцов на установленных в соответствии с таблицей 1 значениях параметров режима;

3) определить качество сварных точек по внешнему виду и результатам испытания на отрыв;

   Качественное соединение характеризуется наличием между заготовками расплавленного ядра определенных размеров. Оно разрушается в большинстве случаев вырывом точки из одного из листов;

4) повторить сварку, изменяя в сравнении с режимом 1 в обе стороны только величину емкости конденсаторной батареи. Результаты занести в таблицу 2 с фиксацией качества соединений;

Таблица 2

5) повторить сварку, изменяя по сравнению с режимом 1 в обе стороны только коэффициента трансформации сварочного трансформатора. Результаты занести в табл. 2 с фиксацией качества соединений;

6) повторить сварку, изменяя в сравнении с режимом 1 только усилие на электродах. Занести результаты в табл. 2 с фиксацией качества соединений.

5. Сделать выводы по работе, в том числе по результатам анализа данных табл.2.

6. Составить отчет по работе, который должен содержать:

- название работы, ее цель и задачи;

- краткие технические сведения;

- основные технические характеристики машины;

- перечень основных узлов машины, их назначение;

- режимы сварки, результаты исследований;

- причины дефектов, пути их устранения;

- выводы по работе.

Лабораторная работа 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

МАШИН КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Цель и задачи работы

1. Изучить электрическую силовую часть серийной контактной машины.

2. По данным опытов холостого хода и короткого замыкания определить основные энергетические параметры контактной машины.

3. Построить внешние характеристики машины, уяснить методику выбора по ним номера ступени сварочного трансформатора.

Оборудование, приборы и материалы

1. Машина контактной сварки (МШ-1001, МТ-2023).

2. Амперметр, вольтметр, ваттметр, трансформатор тока , или комбинированный прибор типа К-155.

3. Набор проводов для схемы измерений, изоляционная и медная охлаждаемая пластины.

Краткие теоретические сведения

К основным энергетическим параметрам машин контактной сварки относят: вторичный ток Iсв, напряжение между электродами во время сварки Uээ, полезную мощность Рм, потребляемую машиной из сети, электрический к.п.д. контактной машиныh , показатель реактивных потерь или коэффициент мощности cos j , а также нагрузочная (Iсв = f(z_ээ)) и внешняя (Uээ = f(Iсв)) характеристики.

Нагрузочная характеристика машины определяется для каждой ступени трансформатора по следующей формуле:

где  - напряжение холостого хода трансформатора машины на i –й ступени, В;  - активное сопротивление вторичного контура машины току короткого замыкания на i – й ступени, Ом; - индуктивное сопротивление вторичного (сварочного) контура машины току короткого замыкания на i – той ступени, Ом; - сопротивление свариваемых деталей.

При построении нагрузочной характеристики берется от нуля (ток короткого замыкания) до 150-200 мкОм (т.е. до значений в 2-3 больше номинального значения сопротивления деталей для заданного типа машины) с интервалом 25-50 мкОм.

Внешняя характеристика машины контактной сварки позволяет судить о пригодности данной машины для выполнения конкретной сварочной операции. Если известны сварочный ток, необходимый для получения соединения и сопротивление свариваемых деталей, то по внешним характеристикам можно выбрать ступень мощности, на которой данная сварочная операция может быть осуществлена экономически наиболее выгодно.

Внешняя характеристика машины без учета тока холостого хода описывается уравнением:

                                                            (1)

где - напряжение между электродами в функции вторичного тока, В; i – порядковый номер ступени регулирования; - напряжение холостого хода на электродах машин на i – й ступени сварочного трансформатора;  - индуктивное сопротивление машины, приведенное ко вторичной обмотке трансформатора, Ом:   где, - ток короткого замыкания, протекающий в первичной обмотке трансформатора; - напряжение на первичной обмотке трансформатора (после контактора); К_i - коэффициент трансформации: ;  - коэффициент мощности при коротком замыкании;  - активное сопротивление машины, приведенное к вторичной обмотке трансформатора, Ом: .                                                              

По уравнению (1), задаваясь значениями в пределах от 0 до , можно построить внешние характеристики для каждой ступени регулирования сварочного трансформатора.

Полезная мощность, выделяемая на электродах, может быть определена из соотношения:

.                                                                               

Полная мощность, забираемая машиной из сети, определяется как:

.                                                                                

Ее соотношение с активной мощностью, определяемой в данной работе экспериментально:

.                                                                            

Порядок выполнения работы

1.Собрать схему замера первичного тока и активной мощности на холостом ходу контактной машины (рисунок П.1.11). Измерить на ступенях, заданных преподавателем, напряжение на первичной обмотке , ток холостого хода , напряжение холостого хода . Результаты измерений занести в таблицу 1. 

2. Собрать схему опыта короткого замыкания (см. рис.П.12 приложения) и измерить на ступенях, заданных преподавателем, ток первичной обмотки трансформатора , суммарную активную мощность при коротком замыкании . Результаты внести в таблицу 1.

3. На основании экспериментальных данных заполнить расчетную часть таблицы 1, принимая, что

Таблица 1

4. По уравнению внешней характеристики машины (1) определить значение

U_ээ  задаваясь значениями I₂  от нуля до I_2кзi  c интервалом 0,2.

Результаты занести в таблицу 2

Таблица 2

5. Рассчитать и внести в табл.2. значения полученной мощности Р_ээ  тока, протекающего в первичной обмотке трансформатора:

.

6. По расчетным данным табл. 2 построить для различных ступеней регулирования графики зависимостей:

;       ;      .

7. Рассчитать и построить нагрузочные характеристики для заданных преподавателем ступеней трансформатора, пользуясь формулой (1) и принимая значения сопротивления деталей от 0 до 150 мкОм с интервалом 25 мкОм.

8. Оформить отчет по работе, который должен содержать:

- название и цель работы;

- список применяемого оборудования и приборов;

- принципиальная схема экспериментов;

- результаты экспериментов, в виде таблиц и графиков;

- краткий анализ и заключение по работе.

Лабораторная 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВТОРИЧНОГО

 КОНТУРА КОНТАКТНЫХ МАШИН

Цель работы

1. Изучить конструкцию вторичного (сварочного) контура контактных машин;

2. Определить сопротивление отдельных переходных контактов;

3. Определить общее сопротивление вторичного контура;

4. Определить контактное сопротивление свариваемых деталей.

Оборудование и материалы

1. Контактные машины МТ-604; МТ-2023, МТ-1928.

2. Источник постоянного тока.

3. Амперметр с шунтом.

4. Милливольтметр (ВК-2-20).

5. Балластный реостат.

6. Соединительные кабели и провода.

Краткие теоретические сведения

Вторичный контур контактной машины состоит из электродов, электрододержателей, консолей, гибких и жестких шин, колодок и вторичного витка трансформатора. В машинах стыковой сварки электроды представляют собой электроподводящие части зажимов, закрепленные на контактных плитах, связанные гибкими шинами с колодками вторичного витка трансформатора.

Размеры контура (полезный вылет L и раствор H) определяют габаритные размеры свариваемых деталей и относятся к наиболее важным параметрам.

Электрическое сопротивление элементов контура и сопротивление контактов между ними определяют коэффициент полезного действия машины. Поэтому при выборе машины для конкретных изделий отдается предпочтение машинам с возможно меньшим вылетом, чтобы снизить сопротивление и повысить кпд.

Во вторичных контурах точечных, рельефных и стыковых машин все контакты между элементами токоподвода неподвижны. У шовных машин имеются подвижные контакты для обеспечения подвода тока к вращающимся роликам.

Активное сопротивление вторичного контура и его отдельных элементов измеряется согласно ГОСТ 297-80 при приемо-сдаточных испытаниях машины, а также при ежегодной аттестации машины в процессе эксплуатации.

Обычно для измерения сопротивления вторичного контура используется метод амперметра-вольтметра. При таком методе к изолированным друг от друга электродам контактной машины подключают источник постоянного тока, например сварочный выпрямитель, и с помощью милливольтметра измеряют падение напряжения между отдельными элементами сварочного контура или на их участках. Величина пропускаемого через вторичный контур постоянного тока выбирается в пределах от 1 до 10 % номинального вторичного длительного тока проверяемой машины и контролируется амперметром с шунтом, включенным последовательно в измерительную цепь.

После измерения падения напряжений на отдельных участках вторичного контура их сопротивление вычисляют по закону Ома:

В процессе сварки свариваемые детали также становятся одним из элементов вторичного контура, поэтому их сопротивление и сопротивление контактов между деталями также является одним из важных параметров процесса.

Для измерения сопротивления свариваемых деталей также может быть использован метод амперметра-вольтметра. При этом испытываемые детали зажимают между электродами машины с разомкнутым вторичным контуром. Так же, как и в предыдущем случае, к электродам подводят постоянный ток и измеряют падение напряжения на деталях при различных значениях усилия сжатия.

После определения сопротивлений подсчитываются потери электроэнергии на вторичном контуре при номинальном для испытываемой машины сварочном токе:

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться по техническим описаниям и на машинах с основными схемами сварочных контуров контактных машин, а также конструкций входящих в них элементов.

2. Составить электрическую цепь для замера падения напряжений во вторичном контуре (см. рисунок. П.1. 13)

3. Вычертить эскиз сварочного контура с обозначением участков, на которых будут производиться замеры падения напряжения.

4. Произвести измерение падения напряжения на участках при трех значениях тока, выбранных в пределах 10 % от сварочного тока испытываемой машины. Результаты измерений занести в таблицу 1. 

                                                                                                  Таблица 1

5. Подсчитать сопротивление контактов и участков по формуле (1).

6. Подсчитать общее сопротивление сварочного контура и определить потери мощности в сварочном контуре машины на номинальной ступени.

7. Подготовить к замеру сопротивления образцы деталей. Собрать схему измерения контакного сопротивления деталей (см. рис. П.14).

8. Выполнить пункты 4, 5 для замера сопротивления образцов при различных значениях сварочного давления.

9. Занести полученные значения в таблицу 2.

                                                                                                    Таблица 2

10. Оформить отчет по работе, который должен содержать:

- название и цель работы;

- список применяемого оборудования и приборов;

- принципиальную схему экспериментов;

- результаты экспериментов в виде таблиц;

- краткий анализ и заключение по выполненным экспериментам.

Лабораторная работа 7

ИЗМЕРЕНИЕ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРОВ МАШИН

КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Цель работы

1. Ознакомиться с правилами выполнения измерений параметров режима сварки контактной машины.

2. Освоить методику измерения сварочного тока..

3. Освоить методику измерения сварочного усилия машины.

4. Освоить методику замеров продолжительности сварочного тока.

Оборудование и приборы

1. Машины контактной сварки МТ-604, МТ-2023, МТ-1928, МТП-1110, МШ‑1001 (по выбору преподавателя).

2. Измеритель тока АСА-1 с поясом Роговского.

3. Измеритель времени ИВ-01.

4. Динамометр образцовый ДОСМ-3-1.

5. Образцы деталей с известным сопротивлением (100 и 200 мкОм).

     Краткие теоретические сведения

В процессе эксплуатации контактных машин происходит изменение их энергетических параметров, износ механических движущихся элементов, что может оказывать существенное влияние на качество сварных соединений, выполняемых на конкретной машине.

Прямые измерения сварочного тока контактных машин связаны с определенными трудностями, обусловленными большими значениями токов (от нескольких до сотен килоампер), а также малыми промежутками времени их протекания. Поэтому для измерения амплитудных значений вторичного тока контактных машин применяют специальные приборы типа АСУ-1М, АСА-1, ИТ-02, а для измерения действующих значений тока – АСУ-1М, АСД-1, ИТ-03. Датчиками тока для таких приборов могут быть тороидальный трансформатор тока, датчик Холла, пояс Роговского.

Пояс Роговского представляет собой кольцо или гибкую ленту из изолирующего материала, обвитые равномерно по всей длине тонким проводником. Напряжение снимаемое с пояса Роговского пропорционально производной от тока:

,                                                                                            

где е – ЭДС, S – сечение пояса, w - число витков, l – длина пояса, m₀ – магнитная проницаемость.

По величине этой производной можно судить о величине тока, для чего в приборе предусматривается интегрирующая цепь, состоящая из активного сопротивления и конденсатора.

Для измерения тока пояс Роговского устанавливается на токоведущей части вторичного контура машины.

Из-за возможного влияния магнитного поля тока на показания приборов последние следует при измерениях устанавливать не ближе чем в 1,5 м от машины.  

Вторичный ток короткого замыкания измеряют при замыкании электродов на каждой ступени машины, а наибольший вторичный ток – на максимальной ступени при наименьшем вылете и растворе и номинальном усилии электродов.

Для измерения вторичного тока между электродами помещают известное эталонное сопротивление, в качестве которого могут быть использованы стандартные шунты постоянного тока, либо специально изготовленные эталонные сопротивления в виде металлического стержня. 

Для измерения длительности отдельных интервалов цикла сварки (длительность вторичного тока, паузы, нарастания тока, усилия и т.п.) применяют осциллографы. Длительность исследуемых электрических сигналов измеряют, используя отметчик времени осциллографа.

Для измерения длительности тока машин переменного тока знать масштаб не обязательно, так как ее можно подсчитать по числу полупериодов тока (один полупериод – 0,01 с). Наиболее важным является определение длительности тока, которая может быть определена как с помощью осциллографа, так и с применением специального прибора – измерителя времени типа ИВ-02. Прибор снабжен разъемным устройством – поясом Роговского, который устанавливается на токоведущей части вторичного контура. Сигнал, пропорциональный ЭДС, возникающей в поясе Роговского при прохождении импульса тока, поступает в прибор, где преобразуется в цифровые значения продолжительности импульса тока.

Статическое усилие сжатия электродов измеряют пружинными динамометрами типа ДПС, ДОСМ. Перед измерением усилия необходимо проверить соосность электродов и состояние привода. Привод считается хорошо отрегулированным, если при снятии давления воздуха ползун опускается в нижнее положение.

Для измерений динамометр помещают между электродами сварочной машины. При выключенном вторичном токе включают привод и снимают показания с индикатора динамометра. Затем по тарировочному графику, прилагаемому к динамометру, определяют усилие электродов. При измерении ковочного усилия во избежание поломки индикатора его ножку поднимают и опускают лишь тогда, когда ковочное усилие уже установилось.

При измерениях усилия один из электродов должен иметь рабочую часть с запрессованным стальным шариком, а другой - плоскую рабочую поверхность.

Усилие измеряют динамометром при ходе подвижного электрода (до динамометра) не более 1 мм. Наименьшее и наибольшее усилия определяют при давлении сжатого воздуха от 0,08 до 1,05 номинального давления воздуха в питающей сети (0,63 МПа).

Порядок выполнения работы

1. Подготовить машину и необходимые приборы для проведения измерений.

2. Установить на вторичном контуре пояс Роговского и подключить его к прибору АСА-1. Включить прибор в сеть и выполнить его настройку согласно техническому описанию.

3. Установить на панели управления циклом сварки машины минимальную продолжительность импульса тока.

4. Выполнить измерение тока короткого замыкания и вторичного тока при эталонных сопротивлениях на ступенях мощности, указанных преподавателем. Занести данные измерений в таблицу 1.

                                                                                                             Таблица 1

5. Построить графики зависимостей вторичного тока от сопротивления нагрузки (нагрузочные характеристики) для значений 0, 100, и 200 мкОм на всех ступенях мощности.

6. Сравнить полученные данные с графиками нагрузочных характеристик машины, приведенными в техническом описании машины (см. также рис. П. 5 и П.6).

7. Установить разъемный пояс Роговского прибора ИВ-02 на вторичном контуре машины и подключить прибор к сети.

8. Установить минимальную ступень мощности трансформатора контактной машины.