Автоматическое управление предварительным подогревом при стыковой сварке

При стыковой сварке с предварительным подогревом сопро­тивлением источники тепловыделения рассредоточены, и зона ра­зогрева охватывает почти полностью объем металла, находящего­ся между зажимными губками машины. Чтобы избежать возможных местных перегревов металла, подогрев проводят при повтор­но-кратковременном протекании тока.

Прерывание тока происходит вследствие разрыва сварочной цепи при возвратно-поступательном движении одной из деталей ι ибо вследствие периодического отключения первичной обмотки варочного трансформатора от сети. Второй способ применяют очень редко, поскольку он требует точной обработки торцов заго­товок под сварку.

Системы автоматического управления подогревом можно раз­делить на три группы (рисунок. 6.11).

Системы первой группы.Процесс прерывистого подогрева (см. рисунок. 6.10) самопроизвольно заканчивается, когда торцы заготовок разогреваются настолько, что возможно устойчивое оплавление при установленной скорости перемещения. Управление приводом возвратно-поступательного перемещения подвижной плиты ма­шины в этом случае осуществляется на основе информации о зна­чении тока (или напряжения) короткого замыкания торцов заго­товок. В начале процесса подогрева, когда детали не разогреты и величина контактного сопротивления в моменты замыкания де­талей минимальна, ток короткого замыкания имеет максималь­ное, а напряжение — минимальное значение. По мере разогрева и оплавления торцов заготовок контактное сопротивление возрас­тает, что приводит к соответствующим изменениям начальных значений тока и напряжения в моменты короткого замыкания. Когда ток (или напряжение) примут установившиеся значения, соответствующий датчик (например, реле тока или напряжения с регулируемой уставкой) вырабатывает сигнал для перехода при­вода перемещения в режим непрерывного оплавления.

Между минимальным вторичным напряжением холостого хода ^/j2x.x (необходимым для оплавления деталей), удельной энергией е,

Рисунок. 6.11 – Классификация САУ подогревом

Системы второй группы.Обычно программируют длительность импульсов тока короткого замыкания и пауз между ними, а также общее время подогрева. Команду на переход от подогрева к оплав­лению подает счетчик импульсов. После отработки заданного чис­ла импульсов подогрева по сигналу счетчика происходит уменьшение скорости перемещения плиты машины, что обеспечивает гарантированный переход к режиму устойчивого оплавления.

Принудительный переход к непрерывному оплавлению возмо­жен и без изменения скорости перемещения подвижной плиты машины, если обеспечить повышение вторичного напряжения холостого хода сварочного трансформатора U_2xx по окончании цикла подогрева.

Системы третьей группы.Влияние колебаний напряжения сети и сопротивления сварочного контура машины на температурное поле в деталях к моменту перехода к режиму непрерывного оп­лавления можно уменьшить при использовании САР подогрева с ОС по энергии, мощности или температуре металла.

На рисунок. 6.12 показана система автоматической стабилизации электрической энергии при подогреве.

Сигналы с трансформатора тока ТА и вторичной обмотки сва­рочного трансформатора Τ после их умножения преобразуются в сигнал, пропорциональный текущему значению мощности Q_тек. Значение мощности Q_тек интегрируется, в результате чего получа­ют сигнал U_ц, пропорциональный энергии одного цикла замыка­ние—пауза. После подсчета суммарной энергии подогрева U_под и равнения ее с заданным значением U₃ формируется команда U на переход к оплавлению.

Системы третьей группы имеют общий недостаток — они не могут обеспечить формирование заданного температурного поля в деталях в условиях действия возмущений технологического ха­рактера (плохих качества подготовки торцов под сварку и точнос­ти установки деталей в зажимные приспособления; износа зажим­ных губок и т.д.). Существенное влияние технологических возму­щений на процесс формирования температурного поля — это один из основных недостатков способа предварительного подогрева со­противлением. Подогрев методом сопротивления имеет и другие недостатки: уменьшение коэффициента мощности и электричес­кого КПД машины (отношение сопротивления деталей к полно­му активному сопротивлению сварочной цепи) по мере увеличе­ния площади поперечного сечения деталей. Это приводит к тому, что с увеличением сечения необходимая мощность машины воз­растает, а производительность уменьшается.

Τ — сварочный трансформатор; ТА — трансформатор тока; i_CB, и₂ — сигналы, соответствующие текущему значению мощности Q_тек; U_ц, U_под, U₃ — сигналы, соответствующие энергии цикла, подогрева и его заданному значению; U — сигнал перехода к оплавлению

Рисунок. 6.12 – Система стабилизации энергии при подогреве

По сравнению со способом сварки непрерывным оплавлением с программным управлением напряжением и скоростью оплавле­ния при применении предварительного подогрева сопротивлением увеличиваются потребляемая мощность в 4—5 раз, расход электро­энергии в 2 — 3 раза и время сварки в 1,5 — 2 раза. Несмотря на указанные недостатки, применение предварительного подогрева сопротивлением в некоторых случаях целесообразно. Если попереч­ное сечение свариваемых деталей велико, а сопротивление корот­кого замыкания машины значительно, то без предварительного подогрева заготовок обеспечить устойчивое оплавление не удается. Из-за особенностей теплофизических свойств цветных металлов и сплавов получить требуемую зону разогрева в деталях сечением 10000... 16000 мм² непрерывным оплавлением трудно, поэтому при их сварке также применяют предварительный подогрев.