книги / Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

При недопустимом	короблении узла ведут правку нагревом
с приложением внешних усилий. Узлы с базовыми и посадоч­
ными поверхностями	после сварки в ряде случаев подвергают

фрезерованию, точению или другой механической обработке. 20.3. Оборудование для точечной и шовной сварки

Современное сварочное оборудование — комплекс элементрв для решения конкретных технологических задач, включающий соответственно сварочную машину, средства механизации и автоматизации и систему управления этими устройствами.

рис. 20.18. Машина для точечной сварки:
/ — станина; 2 — сварочный трансформатор; 3, 4, 11—13 — шины;				5 — крон­
штейн;	б —домкрат;	7, 10 — консоли;	8 — электрододержатели;	9 — элек­
троды;	14 — колодки	вторичного витка;	/5 — ползун; 16 — привод	усилия

сварки с выпрямлением тока и с радиальным ходом элек­ трода.

Далее используется цифровое обозначение, из которого обычно первые цифры указывают максимальную силу вторич­ ного тока в килоамперах (в режиме короткого замыкания — включение без деталей), а следующая группа цифр — номер модели. Например, машина для точечной сварки переменного

Т^Ка С	/2 max = 20	кА, модель 23	обозначается	как	МТ 20 23.
В ряде	случаев	в обозначение	вводится не	/2 max,	а / с в .т а х ,

соответствующей максимальной силе тока при сварке некото­ рого эквивалента по гд, характерного для определенного ме­ талла, например низкоуглеродистой стали. В частности, указан­ ная выше машина может обозначаться как и МТ 12 23.

Сварочные машины характеризуются электрическими и ме­ ханическими техническими и технологическими параметрами.

Электрические параметры — максимальная сила вторичного тока в режиме короткого замыкания или при сварке; макси­ мальная мощность сварочной машины, продолжительность включения ПВ % = /Св/(/св+ /п), где /св и tn— время сварки и паузы между импульсами тока и соответствующие ей длитель­ ные ток и мощность, кВ-А, определяющие нагрев обмоток трансформатора и вторичного контура, например, = ЬкрХ

X V nB , номинальное вторичное напряжение, В, и пределы его регулирования (число ступеней), вид нагрузочной характери­ стики (зависимость силы тока от сопротивления деталей)— пологая или крутопадающая.

Механические параметры — номинальное и максимальное усилия, например, для пневмопривода Fuом соответствует 80 % /•’max, возможность программирования усилия (предварительное обжатие, ковочное усилие), точность установки электродов по отношению к деталям и жесткость элементов вторичного кон­ тура, определяющие степень коробления деталей после сварки.

Наиболее распространенными ( — 70 %) являются машины переменного

тока (рис. 20.19, а), рассчитанные на максимальный ток до 40—45					кА (то­
чечная и шовная сварка) и до 70 кА			(рельефная сварка) и сварку		деталей
цз^ металлов	с относительно	высоким	электрическим	сопротивлением — ста­
лей. сплавов	титана, никеля	и т. д. (см. табл. 20.15).		Эти машины отлича­

ются простотой конструкции, малой стоимостью и высокой производитель­ ностью. Машины этого типа большой мощности выпускать нецелесообразно из-за значительных индуктивных сопротивлений и низких значений cos <р. Вылет подобных машин по этой же причине не превышает обычно 1,0—1,2 м, максимальные усилия 25—30 кН, производительность ^С400 точек в ми­ нуту [7, 9).

Отечественной промышленностью выпускается также ряд подвесных ма­ шин с отдельно расположенными или встроенными в машину трансформато­ рами для сварки, в основном, листов и стержней из малоуглеродистой стали толщиной до 10+10 мм диаметром 16+16 мм, арматурных сеток и ряд спе­ циальных машин, напрнмер, многоточечной сварки для автомобилестроения, сельскохозяйственного машиностроения и т. п.

00

(О

Рнс.	20.19.	Электрические		схе­
мы	машин		для контактной
сварки и		осциллограммы		то­
ков:	СТр — сварочный транс­
форматор;		ПС — переключатель
ступеней;		КП — переключатель
полярности;			ВС — сварочный
выпрямитель;			Кс — коэффи­

циент трансф орм ации

Вновь начали выпускать машины низкочастотные или с вы­ прямителем тока в первичном контуре сварочного трансфор­ матора (рис. 20.19,6). Кратковременный импульс напряжения от выпрямителя через переключатель полярности подается на первичную обмотку трансформатора и во вторичном контуре проходит ток, плавно нарастающий 0,1—0,3 с до максималь­ ного. Эти машины отличаются высоким cos<p даже при боль­

шом вылете электродов (до	1,5 м), большой мощностью (до
1 МВ*А) и предназначены	для точечной и шовной сварки

алюминиевых и магниевых сплавов. В СССР налажен выпуск новой низкочастотной машины типа МТН 7501 (табл. 20.15). Заводом «Электрик» разработана новая серия шовных и рель­ ефных машин: МШН 7501, МШН 8002, МШН 3001, МРН 24001 [1]. Наиболее перспективны машины с выпрямлением тока во вторичном контуре (машины постоянного тока). В первичной цепи трансформатора (рис. 20.19, в) установлен тиристорный контактор, который на заданное время подключает этот тран­ сформатор к питающей сети, во вторичном контуре ток вы­ прямляется полупроводниковыми диодами и через электроды и детали проходит импульс тока, нарастающий по экспоненци­ альному закону:

*св = ^св. щах е(1

где т=^в.к/(гэ.э+г2к )— постоянная времени цепи; LB.K— ин­ дуктивность вторичного контура, г».», г2к — сопротивления со­ ответственно свариваемых деталей и вторичного контура ма­

шины.

Эти машины имеют высокий коэффициент мощности (» 1 ), обеспечивают импульс тока большой длительности ( ^ 2 с), программирование сварочного тока, высокую эффективность нагрева по сравнению с машинами переменного тока из-за не­ прерывного возрастания тока. На этом принципе построены самые мощные машины (до 2 МВ*А) с большим вылетом (до 6 м). Они универсальны, так как могут быть использованы для точечной и шовной сварки самых разных конструкцион­ ных металлов (см. табл. 20.15).

Из машин подобного типа, используемых за рубежом, можно отметить машины фирмы «Schlatter», которые исполь­ зуются для сварки стенок и пола вагонов. В частности, на

машине GPN56	сваривают крупногабаритные	узлы шириной
2,2 м и длиной до 26 м из стали толщиной до		12 мм при сва­
рочном токе до 90 кА [1].		процесс	и по­
Контактная	сварка — весьма энергоемкий
этому вызывают интерес машины с накоплением энергии			(в ос­

новном — конденсаторные машины). В этом случае достигается медленное накопление энергии (0,5—1 с) и быстрый ее расход (0,001—0,01 с) в виде очень мощного импульса тока. Полу-

ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЯДА МАШИН ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ (ТОЛЩИНА СВАРИВАЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ, ММ, ИЗ КОНСТРУКЦИОННЫХ МЕТАЛЛОВ [2, 7])

	Малоуглеро­	Низколеги­		Коррозионно-		Титановые	Жаропроч­	Медные	Алюминиевые
Марка машины		рованные							и магниевые
	дистые стали	стали		стойкие стали		сплавы	ные сплавы	сплавы	гплаои
	(08кп)			(12Х18Н10Т)		(ОТ4—1)	(ХН60ВТ)	(Л63)	LIWldDH
		(ЗОХГСА)							(Д16, МА2—1)
МТ-604		Машины для точечной сварки
	0,2-1	0,3—0,5		0,3—0,5		0,3—1	__	__	__
МТ-1818	0,5—2	0 ,5 -2		0,3—1,5		0 ,5 -2	—	0,5—0,8	__
МТ-2827	0,5—4	0,5—2		0,5-2,5		0,5—2,5	0,5—1	0,5—1	—
МТ-4218	1 ,5 -6	1,5—4		1—4		1—5	0,5—3	0,8—1,5	0,8—1,2
МТН-7501	0,3—5	0,3—4		0,3—4		0,3—4	0,3—3	0,3—2,5	0,3—2
МТВ-2001	0,5—3	0,5—4		0,5—4		0,5—4	0,5—3	0,3—1,8	0,3—1,5
МТВР-4001	0,3—3	0,3—3		0,3—3		0,3—3	0,3—2	0,3—1,8	0,3—1,5
МТВ-8002-1	1,5—4	0 ,5 -4		0,5—4		0,5—4	1—4	0,5—5	0,8-4,5
МТВ-16002	3—10	3—10		3—10		3—10	2—8	2—10	3—8
МТК-2001	0,1—0,5	—		0,1—0,3		0,1—0,5	—	0,1—0,5	0,1—0,5
МТК-5502	0,5-1,2	—		0,3—1,2		0,3—1,5	—	0,5—1,5	0,5—2
МТК-8004	0,5—2	—		0,5-1,5		0,5—2	—	0 ,5 -3	0,5—2,5
МТР-1201		Машины для рельефной сварки
	0,2— 1	0,3—0,5	I	0,3—0,5	I	0,3—1		0,3—1
МТР-2801	0,3—2	0,3—2	I	0,3—1,5	I	0,5—2
МШ-1601	0,5-1,5	0,3—1	Машины для шовной сварки
				0,3—1,2		0,3—1,5	—	—	—
МШ-2202	0,8—1,8	0 ,5 -2		0,5—1,8		0,8—2	0,5—0,8	0,5—0,8	—
МШ-3408	0,8—3	0,8—2,5		0,5—2,5		0,8—3	0,5—1	0,8—1,2	—
МШВ-1601	0,5-1,5	0,3—1		0,3—1,2		0,3—1,5
							—	—	—
МШВ-6301-2	0 ,5 -3	0,3—3		0,3—3		0,3—3,5	0,3—3	0,3—3	0,3—3
МШВ-12001	1—5	1—5		1—6		1—5	0,8—4	1,2—6	1,2—5
МШК-2002	0,05—0,5	—		0,05—0,4		0,05—0,5	—	0,03—0,4	0.05—0,4

проводниковый выпрямитель заряжает, например, батарею конденсаторов большой емкости (до 0,3 Ф), напряжение по команде от системы управления поступает на первичную об­ мотку трансформатора, вызывая во вторичной цепи очень крат­ ковременный импульс сварочного тока (рис. 20.19, г). Форма и параметры импульса регулируются изменением коэффициента трансформации кс, емкости С и зарядного напряжения Uc. Конденсаторные машины отличаются высокой стабильностью сварочного тока, что обусловливает их широкое применение для соединения деталей малых толщин или для микросварки [8]. Однако наряду с указанными преимуществами эти машины обеспечивают очень жесткий режим, что обусловливает их при­ менение лишь для сварки металлов с относительно невысоким сопротивлением пластической деформации (алюминиевых, ти­ тановых и магниевых сплавов, малоуглеродистых сталей). Отечественной промышленностью выпускается ряд конденса­ торных машин, рассчитанных на вторичный ток от 5 до85кА. Большинство' современных машин оборудовано пневматиче­ скими приводами (до 150 кН), на маломощных машинах уста­ навливаются пружинные приводы, на многоточечных маши­ нах—гидроприводы [2, 7].

20-3.2. Электроды сварочных машин

Электроды — весьма важный элемент сварочной машины: их стойкость определяет производительность точечной и особенно шовной сварки. При сварке алюминиевых и магниевых сплавов износ проявляется в виде «за­ грязнения» рабочей поверхности электродов свариваемым металлом, что приводит к снижению теплопроводности электродов, росту ядра, снижению коррозионной стойкости соединений. При сварке сталей деформируется (сми­

нается)	рабочая	поверхность	(см. рис. 20.14, б), уменьшаются п'лотность
тока и размеры		ядра (появляются непровары). Стойкость			электродов оце­
нивается	при сварке сплавов		алюминия 200—400 точками,		сталей — 5000—
10000 точек [2].			электродным материалам	(ГОСТ 14111—77):
Основные требования к
высокие электро-		и теплопроводность (преимущественно		при сварке алюми­

ниевых сплавов и т. п. металлов), сопротивление пластической деформации

при повышенных	(до 300—500 °С) температурах	(в основном при соедине­
нии сталей, жаропрочных сплавов).		меди, состав, свойства и
Электродные	материалы — сплавы на основе

области применения которых приведены в (2, 7]. В качестве электродных вставок используют чистыё металлы — молибден и вольфрам. Сравнительно новую группу представляют материалы, упрочненные дисперсными частицами оксидов (А120 3, С гОз), нитридов и карбидов (1, 2], отличающихся высокой

жаропрочностью и электропроводностью.

Для алюминиевых и медных сплавов применяют электродные материалы с высокой электропроводностью (^ 8 5 % электропроводности меди), для жа­ ропрочных сплавов — с высокими температурой разупрочнения (~500°С) яли твердостью в нагретом состоянии.

20.3.3. Системы управления оборудованием

Основная задача системы управления — воспроизведение в реальном масштабе времени заданной программы термоде­ формационного цикла путем подачи управляющих команд на функциональные узлы аппаратуры, управляющие приводами машины. В программу могут быть включены элементы управ­ ления вспомогательными операциями — перемещения деталей, зачистки электродов, автоматическое (адаптивное) регулирова­ ние параметров режима, диагностика оборудования и т. д. При этом с учетом специфики процесса аппаратура должна обеспе­ чивать достаточное быстродействие, точность и надежность вы­ полнения команд.

Для управления временем взамен ранее выпускавшихся прерывателей ПИТ и ПИШ на базе электронных ламп, элект­ ромеханических реле, аналоговых цепей RC используются бес­ контактные программаторы (регуляторы) типа РКС, ККС, РВИ с применением транзисторных логических элементов, ин­ тегральных микросхем, дискретных элементов программирова­ ния. Технические данные некоторых регуляторов цикла сварки типа РВИ на интегральных микросхемах с дискретным отсче­ том времени приведены в табл. 20.16.

		Т А Б Л И	Ц А 20 .IS
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ		РЕГУЛЯТОРОВ
Параметры и назначение	РВИ 501	РВИ 703	РВИ 801

Циклограмма усилия сжатия

Исполнительное устройство включе­ ния тока Включение электропневмоклапана усилия

Число регулируемых выдержек вре­ мени цикла сварки Число импульсов сварочного тока

Пределы регулирования выдержек вре­ мени цикла, периоды Пределы регулирования действующе­ го значения тока, %

Длительность нарастания переднего фронта импульса сварочного тока (мо­ дуляция), периоды, не менее Стабилизация тока при колебаниях на­ пряжения сети, %, не более

Точечная	Точечная	Точечная
и шовная	сварка с	сварка с
сварка с	постоянным	перемен­
постоянным	усилием	ным уси­
усилием	(подвесная	лием
Бескон­	машина)	—
	Фазоим­
тактное	пульсное	—
То же	—
5	7	8
2	1—10	1—ю
0-198	0—198	0—198
30-100	30—100	30—100
15	15	15
± 3		±3

Включение и выключение тока осуществляется тиристор­ ными контакторами типа КТ-1, КТ-03, КТ-04, КТ-07, КТ-11 и КТ-12, рассчитанные на номинальный ток (при ПВ = 20 % и время непрерывной работы 0,5 с) соответственно 250, 850, 1400, 480, 1000 и 1750 А, напряжение импульса управления 15—30 В.

Новое направление в этой области — применение микроЭВМ и микропроцессоров, позволяющих реализовать сложные уп­ равляющие программы, управлять группой машин или автома­ тическими линиями, синхронизировать включение этих машин, осуществлять их диагностику, контроль и автоматическое регу­ лирование качества соединений. Например, линия фирмы «Weltronic Со.» длиной 300 м с 66 сварочными установками для точечной сварки грузового автомобиля «Шевроле» (США) уп­ равляется одной миниЭВМ, выдающей ~2000 команд и совер­ шающей >60000 логических операций [1]. Во ВНИИЭСО соз­ дан ряд микропроцессорных систем управления, например, сварочной линией стен грузового полувагона, контроль выпол­ нения на базе микропроцессора В7 (МСУВТ В7), обеспечи­ вающих управление 16 сварочными машинами переменного тока и двумя транспортными устройствами. Подобная система используется и при полуавтоматической точечной сварке сото­ вых конструкций [1].

20.3.4. Механизация и автоматизация точечной и шовной сварки

Сварочные машины для точечной и шовной сварки обеспечи­ вают почти полную автоматизацию процесса. Для сокращения же длительности вспомогательных операций и повышения про­ изводительности всего технологического процесса широко при­ меняют разные механизированные приспособления, машиныавтоматы, автоматические линии и промышленные роботы.

Сборочно-сварочные приспособления — это шаблоны, кон­ дукторы, стапели, сборочные стенды, на которых осуществляют сборку, прихватку и сварку узлов. Широко используются также поддерживающие (выравнивающие) приспособления [2], позво­ ляющие ориентировать узел относительно электродов или ро­

ликов	сварочной	машины	(рис.	20.20). Перемещаются		узлы
либо вручную — роликами			машины, либо специальными			меха­
низмами, например шаговыми				двигателями	(электромагнит­
ными	муфтами),	по заданным		системой	управления	ко­
мандам.

Машины-автоматы довольно широко применяются при из­ готовлении арматурных сеток, топливных баков автомобилей, корпусов холодильников, радиоэлектронной аппаратуры и т. д. (1. 2]. При этом используются питатели, вращающиеся столы, конвейеры для подачи деталей в зону сварки, обеспечивающие производительность до 200—300 соединений в минуту.

Рис. 20.20. Приспособление		для точечной сварки:
/ — рама;	2 — направляющие ролики; 3 — каретка;		4 — ролики; 5 — подвиж­
ной стол;	6 — подъемники	(пневмодиафрагменные	камеры)

Автоматические линии задействуются при массовом произ­ водстве автомобилей, сельскохозяйственной техники в вагоно­ строении, радиоэлектронике, при производстве трубных заго­ товок и т. д.

Например, сварка сложного и крупного узла — основания кузова авто­ мобиля «Волга» (массой —150 кг) из 200 деталей производится в 870 точ­ ках. На линии установлено семь многоэлектродных машин, загрузочных и поворотных приспособлений, соединенных конвейером, движущимся со ско­ ростью 1,5 м/с; часовая производительность линии — до 40 изделий [4]. При изготовлении отопительных радиаторов (рис. 20.21) стальная лента из ру­ лона подается со скоростью до 20 м/мин в формовочную клеть, где штам­ пуются половины радиатора. 'К верхней заготовке на машине приваривается штуцер, заготовки далее прихватываются точками и свариваются герметич­ ным швом. На выходе линии радиаторы отрезаются ножницами [2].

Промышленные роботы фирмы «Unimation» (США) приме­ няются для точечной сварки с середины I960 годов. В капита­

листических странах большая часть сварочных роботов	(до 60—
70 %, или 30—40 тыс.) предназначена для точечной	сварки.

В нашей стране роботы используются или как автоматически перемещающиеся сварочные машины, например, с клещами,