Расчет режимов стыковой сварки

 

4. Выбор сварочного оборудования.

 

Для стыковой сварки с  непрерывным оплавлением детали «Кольцо» выбираем машину К-617 для стыковой сварки оплавлением кольцевых и  прямолинейных заготовок.

 

Машина К-617 с W_н = 150кВ*А (ПВ = 50%), U₂₀ = 4,05…8,1В,

Р_ос= 160кН, Р_заж=320 кН, v_опл = 0,2…4 мм/с, v_ос = 80 мм/с рассчитана на сварку импульсным и непрерывным оплавлением кольцевых деталей с минимальным диаметром 200 мм из низкоуглеродистой стали сечение 4000мм² и аустенитной стали сечением 1500 мм².

Машина состоит из неподвижной 2 и подвижной 11 колонн, соединенных между собой осью 1 на роликовых подшипниках (рис.2). На колоннах смонтированы рычажные механизмы зажатия 6 с приводом от гидравлических цилиндров 5. В передней части рычагов зажимных механизмов расположены плавающие зажимные губки 7, которыми свариваемые детали прижимаются к жестким выступам 8 на корпусах колонн. Подвижная часть машины колеблется относительно неподвижной с частотой до 20 Гц и амплитудой колебания 0,5 – 1,2 мм. В неподвижной колонне жестко закреплен силовой гидравлический цилиндр 4 оплавления и осадки. Его шток З соединен двойным шарниром со штоком 10 вспомогательного гидроцилиндра 9, обеспечивающего вибрацию во время оплавления. При осадке фланец штока упирается в крышку цилиндра и она перемещается вместе с штоком. Сварочный трансформатор машины, расположенный за корпусом, соединен токоведущими шинами с нижними зажимными губками (электродами).

Машина комплектуются отдельной гидронасосной станцией.

 

Рис. 2. Машина К-617 для сварки кольцевых заготовок.

 

5. Расчет вторичного контура контактной машины.

 

Вторичный контур образуется элементами, соединяющими контактные колодки трансформатора с электродами машины. Элементы вторичного контура изготавливаются из меди или медных сплавов, для обеспечения высокой тепло и электропроводности контура.

Для сварки заданного  изделия и выбранной машины стыковой сварки оплавлением, вторичный контур которой изображен на рис.3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Вторичный контур машины стыковой сварки оплавлением:

1 – губки; 2 – шина  жесткая; 3 – шина гибкая левая; 4 – скоба; 5 – шина гибкая правая; 6 – колодка.

 

Расчет вторичного контура  необходим для определения напряжения холостого хода трансформатора U₂₀ на номинальной (расчетной) ступени регулирования. Величина U₂₀ определяется по формуле:

 

,                                                      (6)

 

где I_2н – номинальный вторичный (сварочный) ток;

 

,                                                   (7)

 

Z_м – полное сопротивление вторичного контура, включающее сопротивление элементов контура, свариваемых заготовок и обмоток трансформатора.

,                              (8)

где r_в – активное сопротивление элементов вторичного контура машины и их контактных сопротивлений;

х_в – индуктивное сопротивление вторичного контура;

r_T , х_T - активное и индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное ко вторичной цепи;

r_ээ – активное сопротивление зоны сварки.

Расчет r_в и х_в  производится после определения геометрических размеров вторичного контура контактной машины и выбора сечений его элементов.

 

Номинальный длительный вторичный ток I_{2 дл}, который в зависимости

от способа сварки рассчитывается по вторичному току I₂ , ( )  по формуле:

,                                                 (9)

 

 

Номинальный сварочный  ток 9000 А, продолжительность включения 

ПВ = 50%, длительный вторичный  ток равен

 

Из номинального ряда длительных токов по ГОСТ 297-80 принимаем 

I_{2 дл} = 6300А.

 

 

1. Определение сечения элементов вторичного контура

 

Минимальное сечение  любого элемента вторичного контура выбирается исходя из допустимой температуры нагрева элемента, которая определяется плотностью тока d _i, соответствующей длительному значению тока. Сечение элемента q_i рассчитывается по формуле:

,                                                     (10)

 

где I_{2 дл} – длительный вторичный ток, А

d_i - плотность тока, А.

 

Губки 1 из меди М3, допустимая плотность тока – 2,0 А/мм²;

 

 

Длина губок при сварке полос l ≥ 10δ = 10∙20 = 200 мм.

 

Плиты стыковых машин  из латуни Л62, допустимая плотность  –        

1,6 А/мм²;

 

Принимаем q₂ = 3900 мм²;

 

Неподвижные контакты: шина жесткая 2 из меди допустимая плотность – 1,0 А/мм²;

 

Гибкие шины 3, 5 из меди М1М, допустимая плотность – 3,0 А/мм²;

 

Колодки 6 из меди М3, допустимая плотность тока – 4,5мм².

 

 

2. Определение активного сопротивления вторичного контура

 

 

Значение активного  сопротивления элементов вторичного контура  r_в  слагается из активных сопротивлений отдельных элементов r_i   и сопротивлений переходных контактов  r_к, т. е.

.

Активное сопротивление  элемента определяется по формуле:

,                                              (11)

где l_i – длина элемента, м;

      q_i – сечение элемента, мм²;

       - удельное сопротивление материала элемента в функции температуры его нагрева;

      r_{i 0} – удельное электросопротивление материала;

      Т – температура нагрева элемента, ⁰С (для всех элементов контура принимается     Т= 80 ⁰С);

      К_п – коэффициент поверхностного эффекта.

Для массивных токоподводящих элементов контура К_п можно приближенно определить по формуле:

,

где f – частота тока, Гц;

      r₀ – сопротивление 1м токопровода, Ом.

Для шин К_п можно принять равным 1,0 – 1,5.

 

 

1. Два электрода (губки) из меди М3: q₁ = 3150 мм²; r₁₀ = 0,03 Ом мм/м;

l_i = 0,2 м.

;

 

 

 

 

2.  Две плиты из латуни Л62: q₂ = 3900 мм²; r₁₀ = 0,071 Ом∙мм/м;

l₂ = 0,3 м.

 

 

 

3. Две гибкие шины 3 из меди М1М: q₄ = 2100 мм²;

r₁₀= 0,0175 Ом∙мм/м; l₄= 0,52 м; К_n = 1,5

 

4. Две гибкие шины 5 из меди М1М: q₅ = 2100 мм²; r₁₀= 0,0175 Ом∙мм/м; l₅= 0,4 м; К_n = 1,0.

 

 

5. Колодки 6 из меди М3 q₆ = 1400 мм²; r₁₀= 0,03 Ом∙мм/м; l₆= 0,2 м.

 

 

 

 

Активное сопротивление  всех элементов при Т=20 ⁰С

 

r_a= r₁ +r₂ +…r₈ = (6+6+9+6,7+1,3)×10^-6 = 29×10^-6 Ом;

 

Активное сопротивление  всех элементов токопровода, приведенное  к рабочей температуре Т=80 ⁰С

 

Число переходных контактов n=10, из них два контакта медь-сталь и восемь медь-медь. Контакты неподвижные. Принимаем активное сопротивление одного контакта соответственно 5х10^-6 Ом и 2х10^-6 Ом, тогда

Активное сопротивление  всех элементов и переходных контактов вторичного контура составит:

 

 

 

 

 

 

 

 

5.3. Определение индуктивного сопротивления вторичного контура машины

Индуктивное сопротивление Х_в определяется по формуле:

 

,                                                          (12)

 

где L_в.к. – индуктивность контура.

Величину L_в.к определяют, используя метод расчета по площадям и метод отдельных участков. На основании опытных данных по замерам индуктивностей контуров контактных машин установлена зависимость индуктивности контура от его площади при частоте 50 Гц.

 

 

 

 

где S_в.к.– площадь, охватываемая сварочным контуром машины, см².

S_в.к= 1040см²

 

Определяем полное сопротивление вторичного контура, включающее сопротивление элементов контура, свариваемых заготовок и обмоток трансформатора по формуле 8.

                              (8)

где r_в – 62,7×10^-6 Ом;

     х_в = 160×10^-6 Ом;

      r_T = 32,8×10^-6 Ом;

      х_T = 16,7×10^-6 Ом;

      r_ээ = 183000×10^-6 Ом;

 

Требуемое вторичное  напряжение холостого хода трансформатора, соответствующее номинальной ступени:

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

Технические данные:

Характеристики
Номинальное напряжение питающей сети, В	380
Частота питающей сети, Гц	50
Номинальная мощность сварочного трансформатора, кВА	150
Наибольшая мощность при коротком замыкании, кВА	585
Наибольший вторичный  ток, кА	70
Номинальный длительный вторичный ток, кА	9
Усилие осадки, кН	16000
Усилие зажатия, кН	32000
Скорость осадки, мм/с, не менее	50
Наибольшее сечение  свариваемых прямолинейных заготовок, мм2:
из малоуглеродистой стали	4500
из аустенитной стали	1500
из жаропрочной стали	1200
Ширина свариваемых  изделий, мм, не более	160
Высота свариваемых  изделий, мм, не более	95
Наименьший внутренний диаметр свариваемых кольцевых  заготовок, мм	330
Габаритные размеры, мм:
сварочной машины, мм	1770х1760х1400
шкафа управления	800х450х1400
пульта управления	500х300х1500
Масса, кг:
сварочной машины, кг	3600
шкафа управления	200
пульта управления	35

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

 

 

1. Соколов, В.А. Технология и оборудование контактной сварки: методические указания / В.А. Соколов, Н.Е. Дмитриев. ОМГТУ, 2003. – 31 с.
2. Орлов, Б.Д. Технология и оборудование контактной сварки: учебник для машиностроительных вузов / Б.Д. Орлов, А.А. Чакалев,

Ю.В. Дмитриев. – 2-е изд, перераб. и доп. – М.:»Машиностроение», 1986. – 352 с.

3. Кабанов, Н.С. Сварка на контактных машинах: учеб. для сред. ПТУ / Н.С. Кабанов. – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Высш.шк., 1985 –271 с.