Управление предварительным подогревом при стыковой сварке оплавлением

12.07.2018
Системы автоматического управления подогревом можно подразделить на три основные группы (рис. 5.8): 1) системы саморегулирования длительности подогрева с управлением по времени циклами замыкание — пауза; 2) системы жесткого управления по временной программе; 3) системы с обратными связями по энергии, мощности или температуре металла. Рассмотрим некоторые примеры выполнения систем управления.

Системы первой группы. При системах управления этой группы процесс прерывистого подогрева самопроизвольно заканчивается, как только торцы заготовок нагреются настолько, что станет возможным устойчивое оплавление при установленной скорости перемещения.

Автоматическое управление возвратно-поступательным перемещением плиты машины при подогреве обычно связывают или с резким увеличением сварочного тока в момент короткого замыкания торцов заготовок или с падением напряжения на сварочном контакте. На рис. 5.9 показана схема, в которой для автоматизации подогрева использовано реле напряжения PH. Обмотка реле подключена к зажимным губкам машины (непосредственно или через повышающий трансформатор). При включении сварочного трансформатора CT срабатывает реле PH, которое своими контактами 1PH замыкает цепь питания реверсивного пускателя В приводного двигателя Д. При этом подвижный зажим машины 1 перемещается до тех пор, пока свариваемые заготовки 2 не замкнут накоротко сварочную цепь. При коротком замыкании напряжение резко падает и становится недостаточным для удержания сердечника реле PH, его контакт 1РН разрывается, а контакт 2РН через пускатель H включает двигатель Д на реверс. После разрыва сварочной цепи напряжение на электродах машины повышается, включается реле PH и повторяется очередной цикл нагрева. Рассмотренные циклы будут повторяться до тех пор, пока при последующем соприкосновении торцов уменьшение напряжения не достигнет порога отпускания реле PH.

Как уже отмечалось ранее, при устойчивом оплавлении действующее значение напряжения на свариваемых деталях мало отличается от напряжения холостого хода сварочного трансформатора. Поэтому при переходе к непрерывному оплавлению реле напряжения остается включенным, обеспечивая поступательное движение плиты машины вплоть до осадки. В этой системе длительность импульсов подогрева определяется временем срабатывания реле напряжения и скоростью реверсирования подвижной плиты машины.

В некоторых машинах с гидравлическим приводом, например типа МСГА-300, длительность импульсов подогрева устанавливается с помощью реле времени, которое при срабатывании реле PH подает команду на реверс после заданного времени протекания тока короткого замыкания.

При прерывистом подогреве торцы деталей немного оплавляются. В зависимости от времени достижения заданной температуры подогрева изменяется припуск деталей на подогрев и, как следствие, припуск на оплавление.

На рис. 5.10 показана схема автоматизации предварительного подогрева, обеспечивающая постоянство припуска независимо от длительности подогрева. Здесь при срабатывании реле PH в момент короткого замыкания одновременно с подачей команды на реверс запускается реле времени PB, настроенное на выдержку, равную времени подхода подвижной плиты машины до соприкосновения торцов после очередного реверса при подогреве, плюс заданная длительность оплавления. При коротких замыканиях реле PB возвращается в исходное положение, а при переходе к непрерывному оплавлению включает электромагнит осадки ЭМО после заданного времени оплавления. При известной скорости vn постоянство времени оплавления обеспечивает заданный припуск.
Управление предварительным подогревом при стыковой сварке оплавлением

Схема, показанная на рис. 5.11, также обеспечивает постоянство припуска на оплавление с помощью аналогичного реле времени PB. Однако возвратно-поступательное движение плиты при подогреве происходит не по команде реле напряжения PH, а за счет встречного включения двух обмоток возбуждения электромашинного усилителя ЭМУ, одна из которых ОВГ II («Вперед») подключена через выпрямитель к контактным зажимам машины, другая ОВГ I («Назад») — к источнику постоянного тока. После срабатывания реле времени обмотка ОВГ отключается, а обмотка ОВГ II переключается на источник постоянного тока. Суммарный магнитный поток, создаваемый обмотками ОВГ II и ОВГ III, возрастает, в результате чего двигатель Д резко увеличивает скорость, производя осадку.

Рассмотренные регуляторы предварительного подогрева имеют существенные недостатки, поскольку время перехода к оплавлению определяется температурой нагрева торцов, при которой подогрев самопроизвольно переходит в оплавление. Эта температура нестабильна, она зависит от многих факторов. Действительно, из формулы A, если ее записать для любого промежуточного теплового состояния деталей, можно установить следующую связь между минимальным напряжением U2, необходимым для оплавления с заданной скоростью, сопротивлением короткого замыкания zк.з и cos фк.з.

где q' — количество энергии, приходящейся на единицу веса оплавленного металла при данном тепловом состоянии деталей.

Из этого выражения следует, что прерывистый подогрев может перейти в непрерывное оплавление, когда соотношение между указанными величинами достигнет определенного значения, зависящего от площади поперечного сечения деталей и скорости оплавления.

Выясним, какое влияние оказывают на подогрев колебания напряжения сети. Так как между напряжением сети и U2 имеется прямая пропорциональность, то относительные значения колебаний напряжения сети равны относительным колебаниям напряжения сварочного трансформатора U2. Допустим, что номинальному напряжению U2н соответствовала энергия qн'. Тогда при изменении напряжения на AU2 должна измениться и энергия на Aq' так, чтобы отношение U22/q' сохранилось неизменным.

Нетрудно установить, что при малых колебаниях напряжения это возможно при

Следовательно, самопроизвольный переход прерывистого подогрева к непрерывному оплавлению при колебаниях напряжения сети сопровождается относительным изменением удельной энергии, вдвое превышающим относительное изменение напряжения сети.

Удельная энергия

где qи — энергия, затрачиваемая на испарение; qж — содержание тепла в жидком металле, выбрасываемом из искрового промежутка; k (-d0/dx) — энергия, пропорциональная среднему градиенту температурного поля непосредственно у поверхности оплавления и представляющая собой то количество тепла, которое передается вглубь деталей вследствие теплопроводности; су0 — теплосодержание металла, соответствующее средней температуре торцов свариваемых деталей 0. Можно показать, что

где А — коэффициент пропорциональности; 00 — некоторая постоянная температура, определяемая физическими свойствами металла.

Видимо, сумма qи + qж остается приблизительно постоянной при небольших колебаниях напряжения. Если исходить из этого предположения, то

где q'(0) — энергия q' при 0 = 0, В — постоянная.

Изменение энергии

Выражения для q' и Aq' позволяют получить соотношение между относительным изменением температуры и относительным изменением напряжения:

Как видно, положительным отклонениям напряжения соответствует понижение температуры металла, при которой происходит самопроизвольный переход к непрерывному оплавлению, и наоборот. Относительные изменения температуры могут во много раз превышать вызвавшие их изменения напряжения, особенно при низких температурах предварительного подогрева.

Большое влияние на среднюю температуру подогрева деталей оказывают и колебания сопротивления короткого замыкания, обусловленные нестабильностью переходных сопротивлений вторичной цепи и прежде всего контактов зажимные губки-детали. Неточность торцовки заготовок также может привести к возбуждению оплавления при температуре подогрева ниже предусмотренной.

Системы второй группы. Системы управления этой группы обеспечивают нагрев заготовок при жестко заданном цикле подогрева, характеризующемся строго определенной длительностью импульсов тока и пауз между ними, усилием и общим временем подогрева. Команда на переход от подогрева к оплавлению подается или счетчиком числа импульсов тока короткого замыкания, или с помощью реле времени, настроенного на заданное время подогрева. При срабатывании реле времени уменьшается скорость перемещения плиты машины настолько, насколько это необходимо для гарантированного возбуждения устойчивого процесса оплавления. Команда реле времени или счетчика импульсов на изменение скорости оплавления должна отрабатываться системой управления при разомкнутой вторичной цепи сразу же после очередного короткого замыкания.

Принудительный переход к непрерывному оплавлению возможен без изменения скорости подвижной плиты машины путем повышения напряжения сварочного трансформатора по окончании заданного цикла подогрева. Длительность импульсов тока при подогреве и пауз между ними задается с помощью реле времени, которые по принципу действия не отличаются от реле времени, используемых для задания режима точечной контактной сварки.

Системы управления второй группы обеспечивают более стабильный разогрев деталей, чем системы первой группы. Можно показать, что при колебаниях напряжения сети относительные изменения температуры равны приблизительно удвоенному относительному изменению напряжения

При повышении напряжения температура возрастает, а при понижении падает.

По основному показателю — стабильности нагрева металла системы второй группы имеют преимущества перед системами первой группы, однако и они далеко несовершенны, так как колебания напряжения сети и сопротивления короткого замыкания оказывают сильное влияние на температуру.

Системы третьей группы. Использование для управления предварительным подогревом систем с обратными связями по энергии, мощности или температуре металла позволяет практически исключить влияние колебаний напряжения сети и сопротивления короткого замыкания машины на тепловое поле в деталях к моменту возбуждения непрерывного оплавления. Поэтому системы третьей группы значительно совершеннее систем первых двух групп. Тем не менее эти системы пока не получили распространения, хотя никаких принципиальных затруднений, связанных с их практической разработкой, не имеется.

Структурные схемы двух систем управления, относящихся к этой группе, показаны на рис. 5.12. Система, показанная на рис. 5.12, а, обеспечивает подогрев деталей до заданной температуры при минимально возможных колебаниях времени нагрева. Система содержит устройство для стабилизации мощности соответствующей обратной связью, воздействующей на игнитронный или тиристорный контактор, и обратную связь по температуре в какой-то строго фиксированной точке свариваемых деталей. Обратная связь по температуре должна вырабатывать сигнал на переход к оплавлению в момент достижения заданной температуры.

В системе на рис. 5.12, б сигнал на переход к оплавлению вырабатывается тогда, когда энергия достигает заданного значения. Точность подготовки торцов деталей под сварку и установки их в зажимных губках машины оказывает большое влияние на температурное поле и при использовании систем с обратными связями.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: