Основные сведения об изделии и технические данные.
Регуляторы контактной сварки РКС-502 и РКС-801, в дальнейшем именуемые "регуляторы", предназначены для комплектации контактных электросварочных машин.
Регуляторы обеспечивают:

Управление последовательностью действий однофазных машин точечной сварки, имеющих контактор и клапан (для регулятора РКС-801 - два клапана) постоянного тока;

Регулирование длительности позиций сварочного цикла с цифровым отсчетом;

Управление тиристорным контактором и регулирование величины сварочного тока;

Автоматическую настройку на коэффициент мощности cosφ с изменением полярности включения первой полуволны сварочного тока;

Стабилизацию действующего значения сварочного тока при колебаниях напряжения питающей сети.

Управление регулятором проводится путем замыкания и размыкания контактов педали сварочной машины.

Принцип работы регулятора

Рассмотрим работу регуляторов в режиме "Одиночная сварка".

При подаче на регулятор напряжения питания зажигается индикатор " " на передней панели. Счетчики и триггеры блоков цикла и счета устанавливаются в ноль с помощью цепочки на транзисторах VT7, VT8 на блоке счета. С помощью схемы собранной на элементах VT1, VT2, D2, VT3, VT4, VT5, VT6, D3, вырабатываются и формируются тактовые импульсы.

При замыкании контактов педали сварочной машины инвертор на VT9 опрокидывается и сигнал подается на блок цикла на D10.3, запускается триггер D3.8 "Предварительное сжатие". Одновременно, на блоке счета счетчик D6 вырабатывает импульсы счета для позиций "XI", a D8 для "XI0". При совпадении количества импульсов на дешифраторах D7 (для "XI") и D9 (для "Х10") с количеством периодов, установленных на переключателе позиций "Предварительное сжатие", в блок цикла поступает сигнал, запускающий счет позиции "Сжатие". Аналогичным образом работают остальные режимы схемы.

При постоянно замкнутых контактах педали автоматически повторяется сварочный цикл, если переключатель "Режим работы" регулятора установлен в положении "Серия сварок", и дает только один цикл в положении "Одиночная сварка". В режиме "Серия сварок" выдержка "Предварительное сжатие" исключается после прохождения первого сварочного цикла. При размыкании педали после прохождения выдержки "Сжатие" обеспечивается прохождение полного сварочного цикла. В случае размыкания педали на выдержке "Сжатие" сварочный цикл прекращается, сварочная машина возвращается в состояние ожидания.

Индикация прохождения сварочного цикла осуществляется с помощью индикаторов, установленных на лицевой панели.

Для регулятора РКС-502 на блоке счета имеется схема на элементах D5.1, D4.3, D3.6, которая с помощью переключателя "Х4" позволяет увеличить длительность одновременно всех позиций цикла в 4 раза. (Для регулятора РКС-801 элементы D1.2, D4.1, D4.2, переключатель "Х2" и увеличение длительности позиций в 2 раза соответственно)

Для работы регулятора по циклу длительность каждой выдержки должна быть не менее "01" (1 периода). Длительность "00" является запрещенной.

Схема блока стабилизаторов является типовой, ее принцип работы приведен в справочниках и специального описания не требует.

Блок регулировки тока обеспечивает формирование импульсов управления тиристорным контактором, автоматическую регулировку cosφ и стабилизацию сварочного тока. Сигнал с первичной цепи силового трансформатора контактной машины через промежуточный трансформатор попадает на диодный мост VD17-VD20, формируется на элементах VT12, D4.6, D5.4, Dl.l, D2.1, сдвигается по фазе на необходимую величину на элементах С6, VT9, VT10 и импульсы управления с элементов D7, VT11 подаются на блок усилителей.

Регулировка нижних пределов действующего значения сварочного тока производится схемой на элементе D8 у изготовителя и дополнительной подстройки не требует. Стабилизация сварочного тока осуществляется при установке переключателя в положение "Включено" на лицевой панели.

Блок усилителей предназначен для усиления импульсов управления тиристорными контакторами (схема на VT1, VT2) и включения клапана (VT3) для РКС-502 или клапанов (VT3, VT6) (для РКС-801).

В блоке предусмотрена электронная защита цепей питания клапана от перегрузок по току (VT7, VT8, VT9, VT10). Индикация срабатывания защиты производится с помощью индикатора на лицевой панели.

Элементы D1, D3, D4, D5 (дополнительно D2 для РКС-801) служат для управления регулятором с помощью внешних сигналов. Схема подключения цепей внешнего управления регуляторами приведена в приложении 11.


Переключателем "Компенсация" можно отключить стабилизацию, что увеличивает величину тока на 15%.

Сварочный ток можно отключить переключателем "Ток включен". Такой режим необходим при наладке машины.

Регулятор РКС-801 выполняет также следующие дополнительные функции:

Регулировку величины сварочного тока для позиций "Сварка 1" и "Сварка 2", задаваемой переключателями "Нагрев 1" и "Нагрев 2" соответственно. Нулевое положение переключателя соответствует минимальной величине сварочного тока (50%), положение "9" - максимальное;

В режиме импульсной сварки позиции "Охлаждение" и "Сварка 1" могут отрабатываться до 9 раз в одном цикле. Количество импульсов задается переключателем "Число импульсов";

Первый импульс сварочного тока позиции "Сварка 1" может быть промодулирован. Суть модуляции состоит в том, что первая полуволна сварочного тока имеет значение минимальной величины и за десять периодов нарастает до максимального значения (которое должно быть установлено переключателем "Нагрев 1"). При установке переключателя "Нарастание" в положение "9", время модуляции наибольшее, и составляет 0,2 сек. При установке переключателя в положение "0" первый импульс сварочного тока импульс не модулируется;

Клапан 2, управляемый регулятором, осуществляет дополнительное обжатие заготовки на позициях "Сжатие" ("Повышенное усилие 12) и на позициях "Проковка 1", "Сварка 2", "Проковка 2" ("Повышенное усилие 2"). Повышенные усилия могут быть отключены соответствующими переключателями. Сигнализация работы клапана 2 на повышенном усилии 2 осуществляется индикатором. Срабатывание клапана 2 на повышенном усилии 2 можно задержать на 1...9 периодов с момента окончания позиции "Сварка 1" при помощи соответствующего переключателя (длительность позиции "Проковка 1" должна быть не меньше значения задержки).

В.Г. Квачев (Институт кибернетики АН УССР)

Контактная точечная сварка - один из самых производительных способов соединения металлов. В связи с широким использованием ее в массовом производстве и отсутствием совершенных методов неразрушающего контроля особое значение приобретает строгое соблюдение требований, предъявляемых к технологическому процессу на этапах подбора режима, подготовки материалов под сварку, сборки деталей и т.д. При этом подбор оптимального режима сварки определяет воспроизводимость заданного качества соединений. Нетрудно показать, что при прочих равных условиях и постоянной колеблемости основных параметров режима функция стабильности качества y = f ( x 1, x 2… x n ) - параметры режима, зависит от соотношения этих параметров и имеет максимум в области оптимальных режимов сварки.

При точечной сварке материала определенной толщины режим задается временными зависимостями сварочного тока I св (t) и усилия сжатия F c ж ( t ), а также размерами и формой контактной поверхности электродов.

Рядом исследователей предложены формулы для расчета тока, как основного параметра, обусловливающего выделение тепла при сварке . Однако попытки их практического использования сопряжены с известными трудностями, вызванными сложностью расчетов и несовпадением полученных данных с практическими результатами . В последнее время для определения режимов сварки применяют теорию подобия или метод обобщенных переменных .

Однако существующие аналитические методы позволяют лишь предварительно оценить область изменения параметров режима, окончательный выбор которых требует существенного экспериментального корректирования.

Результаты корректирования расчетных и табличных значений параметров практически всецело зависят от квалификации технолога- сварщика, его опыта и методики, используемой при подборе режима. Естественно, такой подход привносит субъективный фактор, что зачастую приводит к непроизводительным затратам времени и материалов.

Выбор и корректирование режимов сварки - типичная задача оптимизации, т.е. нахождения наилучших в определенном смысле значений параметров режима. При заданном критерии качества (обычно это диаметр ядра (d я или разрывное усилие) задача оптимизации заключается в определении параметров, принадлежащих некоторой области допустимых значений и обеспечивающих экстремум выбранного критерия.

При наличии аналитической зависимости между управляющими параметрами режима и критерием качества решение этой задачи не составляет особого труда. Однако недостаточная изученность процесса сварки, большое количество параметров и случайный характер возмущений не позволяют получить достаточно точного аналитического описания. Поэтому оптимальные параметры режима могут быть определены с помощью методов математического планирования экспериментов, основанных на обработке данных, которые получены непосредственно на действующем объекте. При этом в отличие от аналитического исследования осуществляется локальное изучение поверхности отклика по результатам некоторого набора экспериментов, В результате ряда последовательных процедур изучения поверхности отклика получают его экстремальное значение, причем эксперименты планируются таким образом, чтобы минимизировать количество опытов и время, затрачиваемое на поиск экстремума. Обычно наиболее эффективно использование факторных методов планирования, получивших в последнее время широкое распространение при исследовании технологических процессов.

Для решения поставленной задачи был применен метод последовательного симплекс-планирования . Основная идея его заключается в том, что поверхность отклика в некоторой области аппроксимируется линейным приближением с помощью минимального числа экспериментальных точек, образующих симплекс, и движение по этой поверхности в поисках оптимального значения осуществляется путем отбрасывания вершины симплекса с меньшим откликом и построения новой, являющейся зеркальным отображением отброшенной. Это позволяет совместить процесс из учения поверхности отклика с перемещением по ней. Достигнув области экстремума, симплекс начинает вращение вокруг вершины максимальным откликом. Это свидетельствует о том, что все остальные вершины, определяемые соотношением исходных параметров, дают меньший по сравнению с дентальной выход и используются для определения окончания процесса оптимизации.

Более подробное описание алгоритма метода симплекс-планирования будет рассмотрено ниже. Здесь же необходимо отметить основные достоинства, обусловившие выбор этого метода для решения задачи:

1) использование его не требует специальных математических знаний. Вычисления крайне просты, все приемы формализованы, поэтому метод пригоден как для ручной, так для машинной реализации;

2) направление движения определяется не точными количественными значениями отклика, а лишь соотношением между ними. Это особенно важно в случае затруднений при измерении показателя качества сварки;

3) ввиду того, что перемещение симплекса основывается на качественной информации не нужно предъявлять слишком высокие требования к точности поддержания и измерения значений параметров, соответствующих координатам вершин. Это позволяет использовать метод непосредственно в производственных условиях, где измерение и поддержание значений параметров с высокой точностью затруднены.

Ниже на примере выбора оптимального режима точечной сварки материала Д16АМ мм на низкочастотной машине показана методика применения симплекс-планирования. Эксперимент планировался для двух независимых переменных режима: максимального значения импульса сварочного тока I св max и усилия сжатия электродов F сж . Остальные параметры (время сварки, диаметр электро да d э радиус его заточки R з и т.д.) поддерживались на заданном уровне.

На основании данных таблиц рекомендованных режимов выбирались диапазон изменения каждой из переменных: 25 кА I св max 35 кА, 280 кг сж 400 кг – интервал варьирования ; величина кА, кг.

В качестве критерия оптимизации принимали диаметр ядра сварной точки. Переменные режима измерялись с помощью специализированной аппаратуры .

Симплексом, как известно, называется простейшая выпуклая геометрическая фигура, обладающая минимальным количеством вершин n +1, где n - число исследуемых переменных. В рассматриваемом случае при n =2 регулярный симплекс представляет собой равносторонний треугольник, координаты вершин которого в пространстве исследуемых переменных определяют план опытов.

Начальный симплекс строился для режима I св max = 175. F сж = 120 . Ввиду того что предварительная оценка направления движения затруднена, ориентация первоначального симплекса произвольна. Поэтому расположим его сторону А 1 – А 2 параллельно оси тока (рисунок, а). Учитывая выбранные интервалы варьирования параметров и пользуясь матрицей планирования , строим начальный симплекс A 1 A 2 A 3 . Результаты опытов в вершинах симплекса (табл. 1) показали, что минимальное значение диаметра ядра дает режим, определяемый точкой А 2 . Поэтому для осуществления движения в направлении увеличения отклика необходимо отбросить точку А 2 и на оставшейся стороне А 1 –А 3 достроить новый симплекс путем добавления точки А 4 .

Координаты новой точки определяются следующим соотношением:

A ji =2/n (A 1i + A 2i + …+ A ji + …+ A k +1. i ) - A ji

i =1, 2, 3,…, k .

Здесь первый индекс обозначает номер вершины симплекса, а второй - ее координату: j - номер вершины с минимальным откликом. Для рассматриваемого случая координаты точки А 4 вычисляются так:

A 4 (F сж )=2/2 [ A 1 (F сж )+ A 3 (F сж )]– A 2 (F сж );

A 4 (I св max )=2/2 –A 2 (I св max ).

После проведения эксперимента в точке A 4 производится сравнительная оценка диаметра ядра для режимов A 1 , A 3 , A 4 . Точка симплекса с минимальным выходом отбрасывается и описанная процедура повторяется.

Рис. Траектория движения симплекса при определении оптимального режима сварки (d э =20мм, R з =75мм)

А - сплава Д16АМ; б – сплава АМг6; в – нержавеющей стали 1Х18Н9Т

Как видно из рисунка и табл. 1, после достижения симплексом точки А 8 поступательное движение прекратилось.

Таблица 1

№ опыта	Симплекс	Точка, в которой проводится опыт	Координаты вершин		d я , мм
			I св max	F сж
	A 1 A 2 A 3
	A 1 A 2 A 3
	A 1 A 2 A 3
	A 1 A 3 A 4
	A 3 A 4 A 5
	A 4 A 5 A 6
	A 5 A 6 A 7
	A 6 A 7 A 8
	A 6 A 8 A 9
	A 8 A 9 A 10	A 10
	A 8 A 10 A 11	A 11
	A 8 A 11 A 12	A 12
Примечание. В опытах № 10, 11 произошел выплеск.

При сварке на режиме, определяемом точкой А 10 , диаметр ядра увеличился, но при этом произошел выплеск. Следующий симплекс был построен на стороне А 8 …А 10 , и эксперимент, проведенный в точке А 11 , также привел к выплеску. Завершающий опыт в вершине А 12 дал существенно меньшие размеры диаметра ядра по сравнению с режимом, определяемым точкой А 8 .

После завершения цикла вращения симплекса вокруг вершины А 8 оказалось, что режимы A 9 , A 10 , A 11 , A 12 дают меньший диаметр ядра либо приводят к выплескам.

Для уточнения координат оптимального режима в точке А 8 был проведен ряд опытов, которые дали хорошую воспроизводимость результатов. Таким образом, в качестве оптимального был определен режим, соответствующий вершине А 8 с координатами I св max =190, F сж =104.

Аналогичный эксперимент по выбору оптимального режима сварки был проведен также для материалов АМг6 и 1Х18Н9Т мм . Траектории движения симплексов для них приведены на рис. б и в. В табл. 2 указаны оптимальные режимы в натуральных единицах.

Таблица 2

Свариваемый материал	I св max , к А	F сж , кг
Д16АМ	31,2
АМг6	17,6
1Х18Н9Т

Литература

1. А.С. Гельман, Технология и оборудование контактной сварки, Машгиз, М., 1960.

2. К.А. Кочергин, Вопросы теории контактной сварки, Машгиз, М, - Л., 1950.

2. Г.Ф. Скакун, А.А. Чакалаев, К вопросу расчета некоторых параметров режима точечной сварки легких сплавов, сб. «Надежность сварных соединений и конструкций», «Машиностроение», М, 1967.

3. В.К . Лебедев, Ю.Д. Яворский, Применение критериев подобия для определения режимов сварки, «Автоматическая сварка», № 8, 1960.

4. В.В. Налимов, Н.А. Чернова, Статистические методы планирования экстремальных экспериментов, «Наука», М., 1965.

5. Б.Е. Патон и др., Автоматизация экспериментальных исследований сварочных процессов, «Автоматическая сварка», № 6, 1970.

6. П.В. Ермуратский, Симплексный метод оптимизации, «Труды МЭИ», вып. 67, 1966.

Настройка контактных машин заключается в подготовке машины к работе, выборе режима сварки и настройке машины на этот режим, поддержании режима путем сохранения постоянных величин параметров сварки.
Основными параметрами при точечной и рельефной сварке являются сварочный ток, время протекания тока, усилие на электродах. При автоматической работе машины учитывается время опускания верхнего электрода и сжатия электродами свариваемого изделия, время проковки металла сварной точки после выключения тока и время паузы, необходимое для подъема верхнего электрода, освобождения свариваемого изделия и его съема или передвижения.
При шовной сварке учитывается время сварки и паузы между импульсами тока и скорость движения изделия.
При сварке на стыковых машинах в число основных параметров входят также установочная длина, общая величина осадки, величина осадки под током и без него, скорость оплавления и осадки.
При точечной и шовной сварке сварочный ток подбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей. Изменение сварочного тока производится переключателями ступеней сварочного трансформатора. При работе на машинах, снабженных прерывателями тока, более тонкое регулирование тока осуществляется путем изменения угла поджигания игнитронов.
В зависимости от материала и конфигурации свариваемых деталей сварку можно вести на жестких и мягких режимах. Жесткие режимы сварки характеризуются большими токами и усилиями на электродах, малой длительностью сварки. Применение жестких режимов позволяет по сравнению с мягкими режимами увеличивать темп работы машины и получать более качественные сварные соединения.
Время сварки в современных машинах регулируется в широком диапазоне с помощью электронных регуляторов времени и других выключающих устройств.
В стыковых машинах большое значение имеет усилие осадки. Если для выбранного сечения деталей усилие осадки недостаточно, добиться стабильности результатов сварки нельзя.
При настройке стыковой машины следует обращать внимание, чтобы ток не выключался раньше начала осадки. Для этого необходимо предусматривать величину осадки деталей под током.
Установочную длину можно регулировать положением подвижной плиты относительно неподвижной. Изменение установочной длины приводит к нарушению режима сварки.
При стыковой сварке ток подбирается по сечению свариваемых деталей.

Популярные статьи

Стеклоблоки - элитный материал

Точечная сварка – метод, при котором соединение деталей внахлест производится в одной или нескольких точках. При подаче электротока происходит местный нагрев, в результате чего металл расплавляется и схватывается. В отличие от электродуговой или газовой сварки не требуется присадочный материал: плавятся не электроды, а сами детали. Не нужно и обволакивание инертным газом: сварочная ванна в достаточной мере локализована и защищена от попадания атмосферного кислорода. Сварщик работает без маски и рукавиц. Это позволяет лучше визуализировать и контролировать процесс. Точечная сварка обеспечивает высокую производительность (до 600 точек/мин) при низких затратах. Она широко используется в различных отраслях хозяйства: от приборостроения до самолетостроения, а также в бытовых целях. Без точечной сварки не обходится ни одна автомастерская.

Оборудование для точечной сварки

Работы выполняются на специальном сварочном аппарате, называемом споттер (от англ. Spot – точка). Споттеры бывают стационарные (для работы в цехах) и переносные. Установка работает от электросети 380 или 220 В и генерирует заряды тока в несколько тысяч ампер, что значительно больше, чем у инверторов и полуавтоматов. Ток подается на медный или карбоновый электрод, который прижимается к свариваемым поверхностям пневматикой или ручным рычагом. Возникает тепловое воздействие, длящееся несколько миллисекунд. Однако этого хватает для надежной стыковки поверхностей. Так как время воздействия минимально, то тепло не распространяется дальше по металлу, а точка сварки быстро остывает. Свариванию подлежат детали из рядовых сталей, оцинкованного железа, нержавейки, меди, алюминия. Толщина поверхностей может быть различна: от тончайших деталей для приборостроения до листов толщиной 20 мм.

Контактно-точечная сварка может проводиться одним электродом или двумя с разных сторон. Первый способ используется для сварки тонких поверхностей или в тех случаях, когда прижим с двух сторон осуществить невозможно. Для второго способа используют специальные клещи, зажимающие детали. Этот вариант обеспечивает более надежное крепление и чаще используется для работы с толстостенными заготовками.

По типу тока аппараты для точечной сварки подразделяются на:

• работающие на переменном токе;
• работающие на постоянном токе;
• низкочастотные аппараты;
• аппараты конденсаторного типа.

Выбор оборудования зависит от особенностей технологического процесса. Наиболее распространены аппараты переменного тока.

Вернуться к оглавлению

Электроды для точечной сварки

Электроды для точечной сварки отличаются от электродов для электродуговой сварки. Они не только обеспечивают подачу тока на свариваемые поверхности, но и выполняют прижимную функцию, а также задействованы в отводе тепла.

Высокая интенсивность рабочего процесса обуславливает необходимость использования материала, стойкого к механическим и химическим воздействиям. Более всего выдвинутым требованиям соответствует медь с добавлением хрома и цинка (0,7 и 0,4% соответственно).

Качество сварной точки во многом определяется диаметром электрода. Он должен быть минимум в 2 раз больше толщины стыкуемых деталей. Размеры стержней регламентируются ГОСТом и имеют от 10 до 40 мм в диаметре. Рекомендуемые размеры электродов представлены в таблице. (Изображение 1)

Для сварки рядовых сталей целесообразно использовать электроды с плоской рабочей поверхностью, для сварки высокоуглеродистых и легированных сталей, меди, алюминия – со сферической.

Электроды со сферическими наконечниками более стойкие: способны произвести больше точек до перезаточки.

К тому же они универсальны и подойдут для сварки любого металла, а вот использование плоских для сварки алюминия или магния приведет к образованию вмятин.

Точечная сварка в труднодоступных местах выполняется электродами изогнутой формы. Сварщик, который сталкивается с подобными условиями работы, всегда имеет набор различных фигурных электродов.

Для надежной передачи тока и обеспечения прижима электроды должны плотно соединяться с электрододержателем. Для этого их посадочным частям придают форму конуса.

Некоторые виды электродов имеют резьбовое соединение или крепятся по цилиндрической поверхности.

Вернуться к оглавлению

Параметры точечной сварки

Основными параметрами процесса являются сила тока, продолжительность импульса, усилие сжатия.

От силы сварочного тока зависит количество выделяемого тепла, скорость нагрева, величина сварного ядра.

Наряду с силой тока на количество тепла и размеры ядра влияет продолжительность импульса. Однако при достижении определенного момента наступает состояние равновесия, когда все тепло отводится от зоны сварки и уже не влияет на расплавление металла и размер ядра. Поэтому увеличение продолжительности подачи тока сверх этого нецелесообразно.

Усилие сжатия влияет на пластическую деформацию свариваемых поверхностей, перераспределение по ним тепла, кристаллизацию ядра. Высокое усилие сжатия снижает сопротивление электрического тока, идущего от электрода к свариваемым деталям и в обратном направлении. Таким образом, возрастает сила тока, ускоряется процесс расплавления. Соединение, выполненное с высоким усилием сжатия, отличается высокой прочностью. При больших токовых нагрузках сжатие препятствует выплескам расплавленного металла. С целью снятия напряжения и увеличения плотности ядра в некоторых случаях производится дополнительное кратковременное повышение усилия сжатия после отключения тока.

Выделяют мягкий и жесткий . При мягком режиме сила тока меньше (плотность тока составляет 70-160 А/мм²), а продолжительность импульса может достигать нескольких секунд. Такая сварка применяется для соединения низкоуглеродистых сталей и более распространена в домашних условиях, когда работы проводятся на маломощных аппаратах. При жестком режиме продолжительность мощного импульса (160-300 А/мм²) составляет от 0,08 до 0,5 секунды. Деталям обеспечивают максимально возможное сжатие. Быстрый нагрев и быстрое охлаждение позволяют сохранить сварному ядру антикоррозийную стойкость. Жесткий режим используют при работе с медью, алюминием, высоколегированными сталями.

Выбор оптимальных параметров требует учета многих факторов и проведения испытаний после расчетов. Если же выполнение пробных работ невозможно или нецелесообразно (например, при разовой сварке в домашних условиях), то следует придерживаться режимов, изложенных в справочниках. Рекомендованные параметры силы тока, продолжительности импульса и сжатия для сварки рядовых сталей приведены в таблице. (Изображение 2)

Вернуться к оглавлению

Возможные дефекты и их причины

Качественно выполненная точечная обеспечивает надежное соединение, срок службы которого, как правило, превышает срок службы самого изделия. Однако нарушение технологии может привести к дефектам, которые можно разделить на 3 основные группы:

• недостаточные размеры сварного ядра и отклонение его положения относительно стыка деталей;
• механические повреждения: трещины, вмятины, раковины;
• нарушение механических и антикоррозийных свойств металла в зоне, прилегающей к сварной точке.

Рассмотрим конкретные виды дефектов и причины их возникновения:

1. Непровар может быть вызван недостаточной величиной силы тока, чрезмерным сжатием, изношенностью электрода.
2. Наружные трещины возникают при слишком большом токе, недостаточном сжатии, загрязненности поверхностей.
3. Разрывы у кромок обусловлены близким расположением к ним ядра.
4. Вмятины от электродов возникают при их слишком малой рабочей поверхности, неправильной установке, чрезмерном сжатии, слишком высоком токе и продолжительном импульсе.
5. Выплеск расплавленного металла и заполнение им пространства между деталями (внутренний выплеск) происходит из-за недостаточного сжатия, образования в ядре воздушной раковины, несоосно установленных электродах.
6. Наружный выплеск расплавленного металла на поверхность деталей может быть вызван недостаточным сжатием, слишком большими режимами тока и времени, загрязненностью поверхностей и перекосом электродов. Последние два фактора оказывают негативное влияние на равномерность распределения тока и плавление металла.
7. Внутренние трещины и раковины возникают из-за чрезмерных режимов тока и времени, недостаточного или запаздывающего проковочного сжатия, загрязненности поверхностей. Усадочные раковины появляются в момент охлаждения ядра. Для их предотвращения и используют проковочное сжатие после прекращения подачи тока.
8. Причиной неправильной формы ядра или его смещения является перекос или несоосность электродов, загрязненность поверхности деталей.
9. Прожог является следствием загрязненности поверхностей или недостаточного сжатия. Во избежание этого дефекта ток необходимо подавать только после того, как сжатие обеспечено полностью.

ЭЛЕКТРОКОНТАКТНАЯ ТОЧЕЧНАЯ СВАРКА

Цель работы: изучить технологический процесс электроконтактной точечной сварки; определить его отличия; ознакомиться с устройством машины МТ-1606; выполнить сварку образцов с целью определения оптимального режима.

Общая схема образования соединения

Весь процесс образования соединения условно состоит из отдельных физических процессов, которые в зависимости от роли в формировании соединения разделяют на основные и сопутствующие.

При точечной сварке детали 1 собирают внахлест или с отбортовкой, плотно зажимают между электродами 2 сварочной машины, нагревают кратковременным (0,01...0,5 с) импульсом электрического тока большой силы (до десятка кило-ампер) при незначительном напряжении (3...12 В), вследствие чего создается соединение на отдельных участках контакта, которые называются точками. Создание соединения происходит по схеме, что состоит из этапов I-III.

Первый этап начинается с момента сжатия деталей силой Fсв, что вызывает пластическую деформацию микрорельефа в контактах электрод - деталь и деталь - деталь.

Следующее включение тока I и нагрев металла облегчают процессы выравнивания микрорельефа, разрушение поверхностей пленок и формирование электрического контакта.

Тепловое расширение при точечной сварке происходит в условиях сжатия и сопровождается возникновением неравномерного распределения внутренних напряжений, которые вместе с постоянно действующими внешними силами Fсв вызывают необратимые объемные пластические деформации (направление максимальной деформации 3).

Тепловое расширение металла в области контакта деталь - деталь является причиной образования зазора между деталями.

До расплавления металла уменьшение σд и излишек металла за счет дилатометрического эффекта компенсируются незначительным разведением электродов, а также вытеснением частей металла в зазор, что обеспечивает на внутреннем контакте рельеф - уплотнительный поясок 4, который ограничивает растекания сварочного тока.

На первом этапе сопутствующие процессы из-за относительно малой деформации и низкой температуры зоны сварки не получают большого развития.

Второй этап характеризуется расплавлением металла и образованием ядра 5. По мере прохождения тока ядро растет до максимальных размеров - по высоте hя и диаметру dя (размеры ядра или шва регламентируются ГОСТ 15878-79, ГОСТ 14098-85 и определяются из условий обеспечения требуемого уровня прочности свариваемых конструкций). При этом происходит перемешивание металла 6, удаление поверхностных пленок и образование металлических связей в жидкой фазе. Ядро возникает в зоне, где достигается наибольшая плотность тока и в меньшей мере влияет теплообмен с электродами.

При расплавлении в замкнутом объеме резко увеличивается объем металла ядра, возникают электромагнитные силы и, как следствие, возникает гидростатическое давление, которое определяется общим балансом напряжений в зоне сварки. Дилатометрический эффект и общее уменьшение σд компенсируется дальнейшим раздвижением электродов и вытеснением в зазор деформированного металла. Это способствует созданию не только рельефа, который ограничивает растекание тока, но и герметизацию литого ядра, предотвращая разбрызгивание металла и его контакт с атмосферой.

Внутренняя граница металла пояска имеет температуру, близкую к температуре плавления, и низкое значение σд; соответственно, температура внешней границы ниже, а σд больше. Метал пояска находится в объемно-напряженном состоянии, при этом напряжения стремятся увеличить зазор между деталями. Такой характер деформации приконтактной области деталей вызывает "оседание" металла и возникновение вмятин 8 (размер с) на поверхности от электродов.

С появлением расплавленного ядра появляется опасность разбрызгивания, вследствие теплопроводности нагревается шовная зона, изменяется выходная структура металла, наблюдается массоперенос в контакте электрод - деталь (сопутствующие процессы).

Третий этап начинается после выключения сварочного тока -происходит интенсивная кристаллизация ядра (hя, dя), которая оканчивает создание неразъемного соединения деталей в месте соприкосновения. Металл точек имеет дендритную структуру.

Во время кристаллизации продолжается теплопередача в околошовную зону и изменение структуры металла в ней, происходит усадка металла, вследствие чего в нем создаются усадочные полости и раковины; в ядре возникают растягивающие напряжения, которые являются причиной возникновения трещин и под влиянием которых возможно разрушение непрочной точки.

Для снижения уровня остаточных напряжений и предотвращения усадочных трещин и раковин нужны значительные усилия Fков. Высокое качество сварки и максимальная продуктивность процесса для данной толщины, формы и материала изделий определяются правильностью избранного режима сварки.

Качество соединений также зависит от техники сварки, формы электродов, качества сборки и подготовки поверхности, сварочного оборудования, системы контроля и других конструктивно-технологических факторов.

Параметры режима точечной сварки

Основными параметрами режима точечной сварки являются сварочный ток Iсв (амплитудный или действующее значение), продолжительность или время прохождения тока tсв, усилие сжатия деталей электродами Fсв, усилия и продолжительность проковки Fпр, tпр, диаметр рабочей поверхности электрода dэ или радиус сферической поверхности электрода Rэ.

Выходными данными для определения перечисленных пара-метров есть физико-механические свойства металла и толщина свариваемых деталей.

Режимы можно установить расчетно-экспериментальным методом или экспериментально. В зависимости от свойств мате-риалов для точечной сварки рекомендуют так называемые мягкие или жесткие режимы. Мягкие режимы - небольшой ток сварки и большое время сварки; жесткий режим - большой ток сварки, небольшое время сварки.

Есть много рекомендаций по поводу режимов (в виде таблиц, номограмм, графиков). Эти режимы ориентировочны и нуждаются в проверке перед сваркой и часто корректируются с учетом условий подготовки поверхности, сборки, состава оборудования и др.

Корректировку проводят на образцах-свидетелях с использованием зависимости параметров литого ядра от параметров режима. Например, если диаметр недостаточный, увеличивают сварочный ток Iсв.

Во избежание выплесков увеличивают Fпр, dэ, Rэ. Если ядро имеет трещины, увеличивают Fпр приближая его увеличение по времени к моменту выключения тока, а также замедляют кристаллизацию, модулируя задний фронт тока. Усилия прикладывают до прохождения сплава через ТИК; tпр увеличивают при увеличении толщины и уменьшении теплопроводности свариваемых металлов (на жестких режимах и высоких скоростях кристаллизации его уменьшают).

Качество и, в частности, прочность сварочного соединения зависят от размеров литого ядра (hя, dя), а также состояния металла, степени снижения его прочности в шве и зоне термического влияния, вида нагрузок, уровня дефектов.

Параметры режима имеют разное влияние на диаметр ядра и, соответственно, на прочность. С увеличением Iсв или tсв, когда другие параметры постоянны, прочность увеличивается сначала быстро, потом медленнее, с образованием ядра. Но при чрезмерных Iсв и tсв размеры ядра начинают уменьшаться вследствие усиления внутренних выплесков, появления разных дефектов. С увеличением Fсв и dэ прочность также сначала увеличивается в связи с увеличением диаметра ядра, а потом начинает уменьшаться из-за резкого увеличения площади контактов, уменьшения плотности тока.

С уменьшением толщин деталей плотность сварочного тока увеличивается. Для материалов с низким удельным сопротивлением требуется ток больше, чем для материалов с высоким удельным сопротивлением. При высокой теплопроводности и температуропроводности металла сварку проводят на жестких режимах, то есть уменьшают время прохождения сварочного тока и увеличивают его силу.

Если сваривают детали разной толщины, рабочие параметры режима выбирают по самой тонкой из них. Сварка деталей с разной толщиной (при соотношении толщин >1:3) затруднена (рис.а) из-за отсутствия надежного проплавления более тонкой детали (s1

Чтобы избежать этого, рекомендуются жесткие режимы сварки или со стороны тонкой детали использовать электроды с меньшим сечением или эти электроды изготавливают из металла с меньшей теплопроводностью, чем со стороны толстой детали.

При сварке деталей из различных материалов из-за неодинакового выделения тепла диаметр ядра и глубина проплавления увеличиваются в деталях с более высоким удельным сопротивлением и меньшим коэффициентом теплопроводности (деталь 2).

При сварке деталей с применением электродов различных размеров и формы контактирующих поверхностей ядро смещается к электроду с меньшей контактной поверхностью (электрод 2), где больше плотность тока.

Состояние поверхности (контактное сопротивление) деталей существенно влияет на распределение тепла при сварке и, как следствие, на размеры и прочность точек.

Для обеспечения стабильности контактного сопротивления детали перед сваркой обычно зачищают (травлением или механической обработкой) или покрывают тонкой пленкой оксидов с небольшим и постоянным по величине сопротивлением.

Типовой технологический процесс производства сварочных узлов и изготовления точечной сварки состоит с таких операций: изготовления деталей-заготовок, подготовка их поверхностей к сварке, сборка, прихватка, сварка, исправление, механическая обработка и антикоррозионная защита.

Для точечной сварки применяют разные типы машин: переменного тока, низкочастотные, постоянного тока, конденсаторные. Мощность машин - от 5 до 1000 кВт.

Машины переменного тока наиболее распространены во всех областях машиностроения, они проще и дешевле других машин.

Строение машины МТ-1606

Машина переменного тока МТ-1606 предназначена для точечной сварки конструкционных и высоколегированных сталей, титановых сплавов толщиной от 0.8 до 6.5 мм. Возможна также сварка некоторых цветных медных сплавов (латуни, бронзы и др.) толщиной до 1.2 мм. Максимальная мощность машины - 95 кВт, номинальный сварочный ток - 16 кА, максимальное число точек в минуту - 200.

Пневматическая система обеспечивает сжатие и удержание свариваемых деталей 1, в сжатом состоянии во время всего цикла сварки.

Воздух из сети через воздушный фильтр 13, регулятор давления 12, маслораспылитель 11 и электромагнитный пневмоклапан 10 проходит в зависимости от положения золотника клапана через дроссель (10-6,10-4), которые регулируют скорость подачи воздуха в полости цилиндра:
- в нижнюю полость цилиндра 4, совершая подъем нижнего поршня до упора в верхней поршень 7;
- в среднюю полость 6 (через верхний шланг и шток верхнего поршня), совершая опускание нижнего поршня и сжатие деталей.

Рабочее давление воздуха устанавливают при помощи регулятора 12, контролируют - по манометру.

Верхний поршень служит для настройки хода нижнего. Настраивание хода осуществляется при помощи регулировочной гайки 9 на штоке верхнего поршня. Для установки рабочего хода верхнего электрода в пневмоцилиндр (над верхним электродом) нужно подать воздух, открыв кран управления 14. Верхний поршень опустится до упора в верхнюю крышку цилиндра регулировочной гайки.

Кран управления положением верхнего поршня 5 служит для подачи и сброса воздуха из верхней полости цилиндра. При сбросе воздуха верхний поршень поднимается вверх до упора в крышку цилиндра и электроды разойдутся на максимальное расстояние.

С нижним поршнем через шток связан верхний электрододержатель 2, на котором закреплен верхний электрод 2. Нижний электрододержатель и электрод неподвижны.

Маслораспылитель 11 смазывает подвижные части. Масло с маслораспылителя захватывается проходящим воздухом и смазывает клапан, пневмоцлиндр и поршни.

Электрическая схема машины. Источником питания МТ-1606 является трансформатор ТР, который состоит из магнитопровода броневого типа, первичной и вторичной обмоток. Вторичная обмотка имеет один виток из толстой медной шины. Меняя переключателем ступеней ПС число секций первичных катушек, включеных в электрическую сеть, ступенчато регулируют мощность машины.

Автоматический выключатель АВ выключает машину, если в сети машины есть короткое замыкание или она перегреется.

Тиристорный включатель КТ имеет два тиристора, которые включены встречно-параллельно, что дает возможность пропустить на первичную обмотку трансформатора переменный ток. Тиристоры открываются тогда, когда на их управляющие электроды подаются импульсы управления от регулятора цикла сварки.

На машинах такого типа есть возможность плавной регулировки мощности машины за счет синхронного смещения по фазе импульсов управления относительно волн полупериодов переменного тока.

Регулятор цикла РЦ обеспечивает автоматическое управление машиной. Он представляет собой электронно-релейное устройство, которое включает и выключает в определенной последовательности электромагнитный пневмоклапан и тиристорный контактор, благодаря чему в нужный момент совершается сжатие деталей, включение и выключение тока, подъем верхнего электрода.

В машине МТ-1606 электрододержатели, электроды и тиристорный контактор охлаждаются проточной водой. Вода, подаваемая на охлаждение тиристоров, проходит через гидроклапан. Если подача воды прекращается, гидроклапан размыкает управляющую цепь тиристора и сварочный ток не включается.

Порядок работы машины

Общий цикл сварки одной точки tц состоит из сжатия деталей tсж, сварки tсв, проковки tпр и паузы tп.

Сжатие деталей происходит при нажатии на педальную кнопку КП. Сжатый воздух через электромагнитный пневмоклапан подается в среднюю полость цилиндра, опуская вниз нижний поршень, связанный с верхним электрододержателем и электродом.

После стабилизации усилия сжатия (заданный промежуток времени tсж) регулятор цикла подает сигнал на управляющие электроды тиристоров, включается сварочный ток, цепь замыкается через столбик металла, зажатого между электродами. По окончании tсв ток выключается.

После этого для кристаллизации расплавленного металла сварной точки (с целью уменьшения сварочных напряжений и деформаций) детали некоторое время оставляют под давлением (проковка).

По окончании проковки регулятор цикла размыкает цепь питания электромагнитного пневмоклапана, золотник меняет свое положение и воздух подают в нижнюю полость цилиндра. Нижний поршень поднимается вверх, освобождая сваренные детали. Электроды во время паузы, необходимой для замены деталей, будут разведены, а потом цикл сварки повторяется.

Для выполнения сварки одной точки нужно: переключатель рода работы установить в положение "Одиночный цикл", один раз нажать и отпустить педаль.

Для выполнения большого количества точек можно работать в режиме "Автоматическая работа". Педаль управления при этом нужно держать все время в нажатом положении.

Подготовка к работе

1. Подать воздух в машину, для чего включить компрессор, поднять давление в ресивере до 5 атм и открыть входной вентиль машины.
2. Настроить машину на требуемый режим сварки:
   1. ход верхнего электрода - выбирается в зависимости от конфигурации свариваемых узлов и деталей, и устанавливается при помощи гайки, накручивающейся на шток верхнего поршня (при настройке хода пользуются краном управления, который после настройки нужно установить в правое положение);
   2. силу сжатия деталей - выбирают в зависимости от толщины и рода свариваемого материала, настраивается винтом воздушного регулятора и контролируется манометром. Она должна быть такой, чтобы обеспечить хороший контакт между деталями и электродами (зависимость усилия сжатия на электродах от давления по манометру приведена в таблице на машине);
   3. ступень мощности (определяет величину тока) - выбирают в зависимости от толщины и рода свариваемого материала. Она устанавливается при помощи трех ножевых переключателей, которые находятся внутри машины - справа (зависимость ступени мощности от положения переключателей указана в таблице машины);
   4. времена сжатия, сварки, проковки, паузы - устанавливаются при помощи переключателей регулятора цикла, расположенного в нижней части машины. Время каждой операции регулируется в пределах 1-198 периодов, то есть в пределах 0.02-3.96 с, через 0.02 с (период переменного тока частотой 50 Гц), на переключателях расположенных слева устанавливаются единицы периодов - десятки.
      Ступень мощности и сила сжатия выбираются в зависимости от толщины и рода свариваемого материала.
3. Включить рубильник сети и автоматический выключатель.
4. Опробовать работу машины без сварочного тока, для чего выключить тумблер "Сварочный ток", нажать на педаль управления и после верно отработанного цикла сварки включить тумблер.

Методика работы

1. Ознакомится с сущностью контактной точечной сварки.
2. Установить особенности формирования ядра сварочной точки.
3. Установить влияние параметров режима на параметры сварного соединения.
4. Ознакомиться со строением машины МТ-1606.
5. Провести тренировочную сварку соответственно "Порядку работы машины".
6. Установить режим сварки (по указанию преподавателю), выполнить сварку образцов, проверить на прочность сварочные соединения.
7. Составить отчет, сделать анализ полученных результатов.

Таблица 1 - Протокол режима сварки и испытания образцов

Оборудование и материалы

1. Пост для контактной сварки.
2. Машина для контактной точечной сварки МТ-1606.
3. Разрывная машина.
4. Сварочные материалы: листовые образцы из углеродистой и низколегированной стали толщиной 0,5...1,2 мм.

1. Схема контактной точечной сварки.
2. Особенности формирования ядра точки, параметры режима и их влияние на параметры сварочного соединения.
3. Принципиальная схема машины МТ-1606. Технические данные, спецификация основных узлов.
4. Результаты исследований (табл.1).
5. График зависимости F = f(tсв).
6. Анализ полученных результатов. Выводы (обоснование оптимального режима сварки).

Контрольные вопросы

1. Где выделяется тепло при точечной сварке?
2. Опишите цикл сварки одной точки, ее характерные размеры?
3. Назовите основные параметры режима точечной сварки?
4. Как влияют параметры режима на качество соединения?
5. Как избежать выплеска металла, не снижая прочности точки?
6. Как изменить параметры режима сварки, если толщина свариваемых деталей: -увеличилась, -уменьшилась?
7. Для чего нужна проковка?
8. Расскажите назначение узлов электрической схемы, пневмосхемы?
9. Как настроить точечную машину на максимальный сварочный ток (сделать это практически)?

Кадры