Способ контактной стыковой сварки оплавлением партии одинаковых деталей

 

Изобретение относится к контактной стыковой сварке оплавлением и может быть использовано при сварке партии деталей одного типоразмера. Цель изобретения - повышение энергетических показателей процесса и сокращение времени сварки. Способ состоит в том, что во время оплавления контролируют отношение суммарного сопротивления элементарных контактов к величине сопротивления короткого замыкания сварочной машины. В зависимости от величины отношения осуществляют сведение и разведение свариваемых деталей. Дополнительно контролируют величины сварочного тока. Сопротивление короткого замыкания сварочной машины определяют при осадке предыдущей детали после достижения током постоянного значения по формуле Z= U/I, где I - ток при осадке после достижения постоянного значения, А; U - сварочное напряжение при осадке, измеренное одновременно со значением тока, В. С учетом этой вычислительной величины осуществляют управление процессом при сварке следующего стыка. Способ позволяет повысить устойчивость оплавления. 1 ил.

Изобретение относится к способам контактной стыковой сварки оплавлением деталей преимущественно с большими поперечными свариваемыми сечениями и может быть использовано при сварке партии деталей одного типоразмера. Целью изобретения является повышение энергетических показателей процесса и сокращение времени сварки. На чертеже передставлена структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа. Суть способа состоит в том, что сближение и разведение свариваемых деталей при оплавлении осуществляют в зависимости от величины контролируемого отношения суммарного сопротивления элементарных контактов к величине сопротивления короткого замыкания сварочной машины. Поскольку при эксплуатации сварочной машины сопротивление ее короткого замыкания изменяется и отличие истинного значения величины сопротивления короткого замыкания от паспортного достигает 20-30 мкОм, целесообразно определять сопротивление короткого замыкания сварочной машины при сварке предыдущей детали в процессе осадки после достижения током постоянного значения по формуле Z= U/I где I - ток при осадке после достижения постоянного значения, А; U - сварочное напряжение при осадке, измеренное одновременно со значением тока, В. Такой технический прием позволяет учитывать изменения в состоянии сварочного контура, происходящие в процессе его эксплуатации. При этом учитывается влияние на сопротивление короткого замыкания машины разогрева зажимных губок и токоподводящих шин, увеличивающего сопротивление короткого замыкания; налипания брызг металла на части машины в пространстве, охватываемом вторичным контуром, и на детали самого контура, также увеличивающего сопротивление короткого замыкания; изменения переходных сопротивлений токоподводящих деталей вторичного контура. При сварке каждого стыка данной партии деталей производится вычисление величины сопротивления короткого замыкания сварочной машины и с учетом этой величины осуществляют управление процессом при сварке следующего стыка. В результате повышаются устойчивость оплавления, энергетические показатели процесса и сокращается время сварки. Схема включает свариваемые детали 1, 2, колонну неподвижную 3, колонну подвижную 4, гидроцилиндр 5 оплавления и осадки с полостями 6, 7, станину 8, изолятор 9, трансформатор сварочный 10, трансформаторы тока 11 и 12, устройства делительные 13 и 14, блок сравнения 15, устройство задающее 16, блок памяти 17, блок ручного ввода 18, устройство дифференцирующее 19, устройство командное 20, электрогидравлический усилитель 21. Колонна 3 неподвижная и колонна 4 подвижная служат для удержания свариваемых деталей 1, 2 и для размещения элементов сварочного контура, гидроцилиндр 5 оплавления и осадки - для сообщения свариваемым деталям движений на сближение и разведение, станина 8 - для размещения элементов сварочной установки, изолятор 9 - для предотвращения закорачивания сварочного контура через станину 8. Трансформатор сварочный 10 предназначен для преобразования напряжения питающей сети в сварочное напряжение, трансформатор 11 тока - для контроля величины сварочного тока, протекающего через свариваемые детали при оплавлении, и своим входом связан с входом устройства делительного 13. Трансформатор 12 тока - для контроля величины сварочного тока, протекающего через свариваемые детали при осадке, и своим выходом связан с входом устройства делительного 14 и входом устройства дифференцирующего 19. Устройство делительное 13 служит для формирования сигнала, пропорционального частному от деления величины падения напряжения в искровом промежутке на сварочный ток при оплавлении, т. е. пропорционального величине сопротивления искрового промежутка. Один вход устройства делительного 13 соединен с трансформатором 11 тока, а на второй вход подано напряжение, измеренное на искровом промежутке. Выход устройства делительного 13 соединен с входом блока 15 сравнения. Устройство делительное 14 служит для формирования сигнала, пропорционального частному от деления напряжения со вторичной обмотки трансформатора 10 сварочного на сварочный ток при осадке, т. е. пропорционального величине сопротивления короткого замыкания сварочной машины. Один вход устройства делительного 14 связан с трансформатором тока 12. На второй вход подано напряжение с вторичной обмоткой трансформатора сварочного 10. Третий вход соединен с устройством дифференцирующим 19. Четвертый вход соединен с устройством командным 20. Выход устройства делительного 14 соединен с входом блока памяти 17. Блок сравнения 15 служит для определения разности задающего сигнала и сигнала, пропорционального величине сопротивления искрового промежутка, а также для выработки управляющего электрического сигнала, поступающего на электрогидравлический усилитель 21. Один вход блока сравнения 15 связан с устройством делительным 13, а другой вход - с устройством делительным 13, а другой вход - с устройством задающим 16. Выход блока сравнения 15 связан с входом электрогидравлического устройства 21. Устройство задающее 16 предназначено для формирования задающего сигнала с учетом значения величины сопротивления короткого замыкания сварочной машины. Вход устройства задающего 16 связан с выходом блока памяти 17. Выход устройства задающего 16 связан с входом блока сравнения 15. Блок памяти 17 служит для хранения информации о величине сопротивления короткого замыкания сварочной машины. Входы блока памяти 17 связаны с выходом блока ручного ввода 18, выходом устройства делительного 14, выходом устройства командного 20. Выход блока памяти 17 связан с входом устройства задающего 16. Блок ручного ввода 18 служит для ручного ввода величины сопротивления короткого замыкания сварочной машины при сварке первого стыка каждой партии деталей и своим выходом связан с входом блока памяти 17. Устройство дифференцирующее 19 предназначено для определения производной от сварочного тока по времени при осадке и подачи команды на включение устройства делительного 14, когда производная при осадке становится равной нулю. Один вход устройства дифференцирующего 19 связан с выходом трансформатора тока 12. Второй вход устройства дифференцирующего 19 связан с выходом устройства командного 20. Выход устройства дифференцирующего 19 связан с входом устройства делительного 14. Устройство командное 20 служит для выполнения следующих операций: для включения устройства делительного 14; для включения устройства дифференцирующего 19; для подачи команды в блок памяти 17, при поступлении которой в этом блоке происходит стирание информации о величине сопротивления короткого замыкания сварочной машины. Первый выход устройства командного 20 связан с входом устройства 14 делительного, второй выход - с входом устройства 19 дифференцирующего, третий выход - с входом блока 17 памяти. Электрогидравлический усилитель 21 предназначен для управления потоком рабочей жидкости в гидросистеме сварочной машины пропорционально величине входного управляющего электрического сигнала и как результат для перемещения колонны 4 подвижной. Вход электрогидравлического усилителя 21 связан с выходом блока сравнения 15. Выходы электрогидравлического усилителя 21 связаны с полостями 6 и 7 гидроцилиндры 5 оплавления и осадки. Устройство для осуществления способа при сварке работает следующим образом. Перед началом сварки партии деталей при помощи блока ручного ввода 18 в блок памяти 17 вводится информация о величине сопротивления короткого замыкания сварочной машины. В качестве этой величины может использоваться паспортное значение сопротивления короткого замыкания сварочной машины либо значение, измеренное при ее техническом обслуживании. В начале сварки с устройства задающего 16 через блок сравнения 15 на вход электрогидравлического усилителя 21 подается сигнал на сближение свариваемых деталей 1 и 2. Одновременно к деталям подводится сварочное напряжение через вторичную обмотку трансформатора сварочного 10. Свариваемые детали 1 и 2 начинают сближаться. После соприкосновения торцов свариваемых деталей 1 и 2 по вторичному контуру начинает протекать сварочный ток. При этом на выходе трансформатора тока 11 появляется сигнал, который подается на один из входов устройства делительного 13, на другой вход - напряжение с искрового промежутка. В устройстве делительном 13 формируется сигнал, пропорциональный частному от деления величины падения напряжения в искровом промежутке на сварочный ток при оплавлении. Этот сигнал подается на вход блока сравнения 15. Одновременно на второй вход блока сравнения 15 подается задающий сигнал с устройства задающего 16, пропорциональный величине сопротивления короткого замыкания сварочной машины. В блоке сравнения 15 происходит определение разности задающего сигнала и сигнала, пропорционального величине сопротивления искрового промежутка при оплавлении деталей. В зависимости от величины и знака результирующего сигнала в блоке 15 сравнения вырабатывается управляющий электрический сигнал, который подается на вход электрогидравлического усилителя 21. Электрогидравлический усилитель 21 осуществляет управление потоком рабочей жидкости пропорционально управляющему электрическому сигналу, причем в зависимости от знака управляющего сигнала осуществляется сближение или разведение свариваемых деталей со скоростью перемещения колонны 4 подвижной, пропорциональной величине управляющего электрического сигнала. Такая картина имеет место на протяжении всей стадии оплавления деталей. При подаче команды на осуществление осадки с выходов устройства командного 20 подаются следующие сигналы: команда на включение устройства делительного 14; команда на включение устройства дифференцирующего 19; команда на вход блока памяти 17, при поступлении которой в этом блоке происходит стирание информации о величине сопротивления короткого замыкания сварочной машины. Во время осадки с трансформатора тока 12 сигнал, пропорциональный величине сварочного тока при осадке, подается на входы устройства делительного 14 и устройства дифференцирующего 19. На второй вход устройства делительного 14 подается напряжение со вторичной обмотки трансформатора сварочного 10. В устройстве дифференцирующем 19 происходит определение производной от сварочного тока по времени при осадке и, когда эта производная становится равной нулю, что соответствует достижению током постоянного значения, с выхода устройства дифференцирующего 19 на вход устройства делительного 14 подается сигнал на включение устройства делительного 14. При поступлении на входы устройства делительного 14 сигналов с устройства командного 20 и устройства дифференцирующего 19 происходит включение устройства делительного 14 и осуществляется формирование сигнала, пропорционального частному от деления напряжения со вторичной обмотки трансформатора сварочного 10 на сварочный ток при осадке, т. е. сигнала, пропорционального величине сопротивления короткого замыкания сварочной машины, определенного в процессе осадки. Этот сигнал с выхода устройства делительного 14 подается на вход блока памяти 17, где происходит его запоминание. Оплавление деталей следующего цикла сварки осуществляется с учетом этой новой величины сопротивления короткого замыкания сварочной машины, которая учитывает изменения состояния сварочного контура под действием указанных выше факторов. В дальнейшем при каждой последующей сварке деталей партии используется для регулирования процесса величина сопротивления короткого замыкания сварочной машины, определенная при осадке в предыдущей сварке. П р и м е р. Целесообразность использования способа контактной стыковой сварки проверяют серийно выпускаемой контактной стыкосварочной машиной типа К-190П. Сваривают две партии заготовок круглого сечения диаметром 90 мм из стали 20. Режим сварки следующий: вторичное напряжение сварочного трансформатора 7. . . 8 В, припуск на оплавление 15 мм, припуск на осадку 100 мм. Сопротивление короткого замыкания сварочной машины, измеренное при последнем ее техническом обслуживании, составляет 90 мкОм. Первую партию образцов сваривают с использованием известного способа. Скорость сближения деталей составляет 3 мм/с. Когда суммарное сопротивление элементарных контактов между оплавляемыми поверхностями достигает 40 мкОм, образцы разводят со скоростью 1 мм/с. По мере разведения сопротивление контактов увеличивают и при достижении им величины 130 мкОм детали снова сближают. Другими словами, свариваемые детали сближают до достижения величины суммарного сопротивления элементарных контактов, равной 0,45 сопротивления короткого замыкания сварочной машины, после чего детали разводят до достижения величины суммарного сопротивления элементарных контактов, равной 1,45 сопротивления короткого замыкания сварочной машины, измеренного при ее техническом обслуживании. Время сварки для этого случая составляет в среднем 80 с при сварке первых деталей партии. При регистрации записи тока и напряжения на самопишущем приборе Н-338 замечают, что к середине смены в производственных условиях наблюдаются незначительные перерывы в протекании сварочного тока в основном на начальной стадии сварки. Время сварки увеличивается до 85-95 с. Качество сварных соединений остается удовлетворительным. Вторую партию образцов сваривают с использованием предлагаемого способа. При сварке первого стыка партии в блок 18 ручного ввода вводят значение сопротивления короткого замыкания сварочной машины, определенное при ее техническом обслуживании, равное 90 мкОм. Скорость сближения деталей составляет 3 мм/с. Когда суммарное сопротивление элементарных контактов между оплавляемыми поверхностями достигает 40 мкОм, детали разводятся со скоростью 1 мм/с. По мере разведения сопротивление контактов увеличивается и при достижении им величины 130 мкОм детали снова сближаются. Во время осадки определяют значение величины сопротивления короткого замыкания сварочной машины. При сварке последующих стыков второй партии задающий сигнал в устройстве задающем 16 формируется следующим образом. Разведение деталей со скорость 1 мм/с осуществляется, когда суммарное сопротивление элементарных контактов между оплавляемыми поверхностями достигает величины, равной произведению значения короткого замыкания сварочной машины, определенного при осадке предыдущего стыка, на коэффициент 0,45. Сближение деталей со скоростью 3 мм/с осуществляется, когда суммарное сопротивление элементарных контактов между оплавляемыми поверхностями достигает величины, равной произведению значения сопротивления короткого замыкания сварочной машины, определенного при осадке предыдущего стыка, на коэффициент 1,45. Регистрация параметров оплавления показывает, что при сварке с использованием предлагаемого способа отсутствуют перерывы в протекании сварочного тока. В процессе эксплуатации сварочной машины наблюдается повышение сопротивления короткого замыкания сварочной машины до 115 мкОм. Среднее время сварки для деталей второй партии составляет 75-80 с, причем по мере эксплуатации сварочной машины время сварки не увеличивается. Качество сварных соединений удовлетворительное. Использование предлагаемого способа позволяет повысить устойчивость оплавления на 10% , что в свою очередь позволяет снизить время сварки и расход электроэнергии, повысив энергетические показатели процесса. (56) Куцук-Яценко С. И. , Лебедев В. К. Контактная стыковая сварка непрерывным оплавлением, Киев, "Наукова думка", 1976, с. 59-62. Авторское свидетельство СССР N 1065121, кл. B 23 K 11/04, 1982.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ ПАРТИИ ОДИНАКОВЫХ ДЕТАЛЕЙ, при котором в процессе оплавления контролируют отношение суммарного сопротивления элементарных контактов к величине сопротивления короткого замыкания сварочной машины и в зависимости от величины этого отношения осуществляют сведение и разведение свариваемых деталей, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей процесса и сокращения времени сварки, контролируют величину сварочного тока и напряжения, а величину сопротивления короткого замыкания сварочной машины определяют в процессе осадки предыдущей детали после достижения током постоянного значения по формуле Z = U/I, где I - ток при осадке после достижения постоянного значения, А; U - сварочное напряжение при осадке измеренное одновременно со значением тока, В.

РИСУНКИ

Рисунок 1