книги / Электрооборудование электровакуумного производства
..pdfпряжения вторичной обмотки и мощности сварочной цепи, причем мощность сварочной цепи меняется про порционально квадрату вторичного напряжения. Для получения качественного сварного соединения необходи мо достаточно точно дозировать энергию сварки. Для этого нужно иметь возможность управления не только током сварки, но и временем его прохождения. У со временных высокопроизводительных машин, работаю щих на переменном токе промышленной частоты, свар ка осуществляется прохождением тока от одного до нескольких десятков периодов сетевого напряжения в зависимости от толщины материала детали и мощ ности машины, т. е. за время 0,01—1 с. Конденсаторные сварочные аппараты выполняют сварку еще быстрее. Обычная коммутационная аппаратура, не рассчитанная на такой режим работы, не может выполнять функции
Рис. 2-35. Схема дозировщика времени на тиратронах.
141
прерывателя тока сварочного оборудования. В качестве прерывателя тока используются быстродействующие бесконтактные управляемые приборы в ключевом режи ме. Большое распространение получили ионные (тира трон, игнитрон) и полупроводниковые (тиристор) при боры, позволяющие осуществлять довольно . простыми техническими средствами регулирование длительности сварочного импульса с высокой степенью точности в сварочном оборудовании различной мощности. В ка честве примера на рис. 2-35 приведена принципиальная электрическая схема простого дозировщика времени сварки, выполненного на тиратронах. Этот дозировщик времени позволяет проводить до 250 сварок в минуту при мощности импульса сварки до 5 кВт. Регулирова ние длительности импульса сварки производится в пре делах от одного до четырех периодов сетевого напря жения при максимальной погрешности не более чет верти периода. В первичную цепь последовательно со сварочным трансформатором установлены два тира трона, выполняющие функции прерывателя. Тиратроны включены по антипараллельной схеме, позволяющей пропускать полуволну одной полярности через один тиратрон, а полуволну другой полярности —через дру гой. Оба тиратрона заперты отрицательным напряже нием, получаемым от вспомогательного источника, со
бранного по |
схеме однополупериодного выпрямителя |
с емкостным |
фильтром (Тр2—Д 1—Ci). Постоянное за |
пирающее напряжение снимается с выходного делителя (К3—Rb) вспомогательного источника и поступает на сетку каждого тиратрона через выходную обмотку им пульсного трансформатора Tpi и помехозащитный фильтр ReCe(RiC7). От этого же вспомогательного источника во время перерыва между сварками происхо дит заряд накопительной емкости С3—С4 через рези стор /?4, первичную обмотку импульсного трансформа тора Тр\ и резистор /?2- При нажатии на педаль свароч ного аппарата срабатывает замыкатель, установленный под педалью и подключающий накопительную емкость к первичной обмотке импульсного трансформатора Три заставляя емкость разряжаться через первичную обмот ку импульсного трансформатора. Это приводит к по явлению положительного отпирающего импульса на сетке каждого тиратрона. Длительность отпирающего импульса определяется постоянной времени цепи разря-
142
Да йаконйтелйног'о кбндейсатора. Первичная обмбткй импульсного трансформатора выполиеиа с отводами, позволяющими менять с помощью переключателя Bi число витков первичной обмотки, включенных в цепь разряда накопительного конденсатора. Изменение чис ла витков меняет индуктивное сопротивление первичной обмотки, и соответственно изменяется постоянная вре мени разряда, что позволяет производить ступенчатое изменение длительности отпирающего импульса. Одна ко эта схема обладает целым рядом недостатков и не может быть рекомендована для выполнения ответствен ных операций. Наиболее существенным недостатком данной схемы является относительно большое измене ние длительности импульса сварки, вызванное отсутст вием синхронизации отпирающего импульса с сетевым напряжением, что может вызвать нарушение подобран ного режима сварки и привести к браку. Изменение режима сварки, подобранного для определенной опера ции, вызванное изменением длительности сварки, дав ления, величины установленного тока или другими факторами, приводит к различным дефектам сварного соединения. Прочность сварной точки определяется диа метром литого ядра, полученного в результате распла ва. Вокруг расплавленного ядра, имеющего чечевице образную форму, располагается зона металла, находя щаяся в пластическом состоянии за счет интенсивного теплоотвода более холодными и обладающими высокой теплопроводностью электродами. Если сварное соедине ние выполняется несколькими точками, то режим свар ки первой и последующих точек будет различным даже при неизменных параметрах сварочного оборудования, так как первая точка будет шунтировать последующую по току, а также воспримет на себя часть давления, изменяя, таким образом, режим сварки для последую щих точек. Уменьшение силы тока и длительности свар ки может привести к непровару, обнаружить который внешним осмотром не всегда удается. Увеличение силы тока и длительности импульса сварки приводит к уве личению размеров расплавленного ядра, и как следст вие этого в результате ослабления оболочки ядра про исходит сильное вмятые металла под давлением элек тродов вплоть до наружного выплеска. Наружный выплеск расплавленного металла особенно опасен тем, что приводит не только к ослаблению сварного соеди-
143
йеййй, нй й тем, йТо брЫзгй металла, йойадай в бебрййный прибор, вызывают различные дефекты готовой продукции: брак вида «посторонние частицы», различ ные короткие замыкания, ухудшение вакуума, пробои в высоковольтных приборах, повреждение люминофора ЭЛТ и т. д. Уменьшение давления приводит к внутрен нему выплеску металла в зазор между свариваемыми деталями. Изменения или неправильный выбор режима
Рис. 2-36. Диаграмма «давление —ток» в зависимости от времени.
а — выключение тока |
при нормальном давлении; б — то ж е при уменьшенном |
||||
давлении; в — то ж е |
при увеличенном |
давлении; |
г — включение тока |
при |
|
уменьшенном и выключение при увеличенном |
давлении; д — плавное |
нара |
|||
стание, выдержка |
и плавное спадание |
тока |
при |
нормальном давлении. |
сварки приводят к различным дефектам сварного соеди нения. Кроме перечисленных, наблюдаются такие де фекты, как прожог металла, подплавление поверхности, глубокие вмятины, прилипание электродов, образование раковин и пористость литого ядра, трещины и т. д. Поэтому одной из основных характеристик сварочного оборудования является временная характеристика «дав ление— ток». На рис. 2-36 представлены различные временные характеристики «давление —ток», по кото рым может, работать сварочное оборудование. Свароч ное оборудование, снабженное ручным или педальным приводом осадки, имеет характеристику, показанную на рис. 2-36,6. Выключение тока при уменьшенном дав лении приводит к перегреву точки в последней стадии сварки, вследствие чего снижается ее прочность. Однако такая характеристика присуща лишь самым примитив ным установкам, не имеющим дозировщика времени. Применение дозировщика времени позволяет получить
улучшенную |
характеристику, |
представленную на |
рис. 2-36,а, |
когда ток включается после достижения |
нормального давления и выключается до его снятия. Если разрыв по времени между выключением тока и снятием давления мал, то остывание горячей точки
144
Рис. 2-37. Электрическая схема дозировщика времени сварки с моду ляцией тока сварки.
1 0 -7 5 |
145 |
йройсходит без давления, что также может привести к ослаблению сварки. От этого дефекта свободно обо рудование, работающее с характеристикой, представ ленной на рис. 2-36,в, когда остывание точки происходи"- при увеличенном давлении, что улучшает структуру литого ядра и повышает прочность сварки. Сварка,
Рис. 2-38. Блок-схема дозировщика времени сварки с модуляцией тока сварки.
выполняемая по такой характеристике, называется свар кой с проковкой. При сварке более массивных деталей сложной конфигурации или выполненных из металла повышенной жесткости и толщины применяется обору дование, имеющее характеристику, показанную на рис. 2-36,г. Увеличенное давление перед включением тока обеспечивает плотное прилегание деталей друг к другу. Так как давление и ток взаимосвязаны, то решение задачи получения качественного сварного со единения может быть получено не механическим (ха рактеристика «давление — время»), а электрическим пу тем (характеристика «ток — время»). Этот путь пред ставлен на рис. 2-36,6 характеристикой с замедленным нарастанием тока (нагрев деталей), выдержкой (свар ка) и замедленным спаданием тока до нуля (охлажде ние) при постоянном давлении за время цикла сварки.
146
Принципиальная электрическая схема, обеспечивающая получение указанной характеристики, представлена на рис. 2-37, а блок-схема показана на рис. 2-38. Регули рование длительности импульса сварки осуществляется от 0,5 до 10 периодов сетевого напряжения (от 0,01 до 0,2 с). Регулирование угла отсечки фазы — от 30 до 150°. Угол модуляции сварочного тока регулируется в пределах от 30 до 90°.
Дозировщик времени сварки предназначен для по лучения импульса-пакета определенной длительности и мощности, заполненного колебаниями переменного тока частоты сети, и подачи его на первичную обмотку сва рочного трансформатора. Для обеспечения оптимально го режима сварки в дозировщике предусмотрено регу лирование мощности сварочного импульса, длительности времени сварки и модуляции сварочного тока.
УПРАВЛЕНИЕ ВРЕМЕНЕМ СВАРКИ
Электрическая схема дозировщика времени сварки состоит из следующих основных частей (рис. 2-38):
1) генератора пилообразного напряжения /=100 Гц;
2) блока управления углом сдвига фазы;
3) формирователя-усилителя синхронизирующих им пульсов;
4)блока модуляции;
5)запускающего устройства;
6) ждущего блокинг-генератора;
7) заторможенного мультивибратора;
8) управляемого симметричного диода (симистора);
9) источника питания.
Генератор пилообразного напряжения собран на транзисторе Т\, на базу которого подаются поло жительные полуволны напряжения частотой 100 Гц (рис. 2-39,а). При действии положительной полуволны транзистор Ti закрыт, при этом происходит заряд кон денсатора Ci через резистор R3- В момент времени ti (при переходе синусоиды через О) транзистор от крывается и конденсатор Сi разряжается через переход коллектор—эмиттер. Образующееся пилообразное на пряжение (рис. 2-39,6) подается на формирователь-уси литель синхронизирующих импульсов, собранный на транзисторах Г2 и Т3. Кроме пилообпазного напряже-
10* |
147 |
ния, на базу транзистора Tt подается регулируемое ста билизированное напряжение U, снимаемое с резистора
Ri. «мощность |
сварки» (рис. |
2-39,6). Прямоугольные |
|||||||||
импульсы, снимаемые |
с коллектора транзистора Т3 |
||||||||||
|
|
(рис. 2-39,в), шунтируются через |
|||||||||
|
|
диод |
Дъ переходом |
|
коллектор — |
||||||
К /Л /У Л |
эмиттер |
транзистора |
Т5, |
который |
|||||||
вместе |
с транзистором |
Т6 |
обра |
||||||||
а.) |
|
зует |
заторможенный |
мультивиб |
|||||||
ыч/чл |
|
ратор. Таким образом, на базу |
|||||||||
щ |
ждущего блокинг-генератора, со |
||||||||||
бранного «а транзисторе Т4, про |
|||||||||||
U-Z |
дифференцированные |
|
синхроим |
||||||||
б) |
|
пульсы |
не |
поступают, |
следова |
||||||
Inn |
|
тельно, блокинг-генератор не ра |
|||||||||
|
ботает. |
|
|
|
через |
кон |
|||||
|
Синхроимпульсы |
|
|||||||||
М |
|
денсатор С4 подаются также |
на |
||||||||
|
|
поджигающий электрод |
управ |
||||||||
|
|
ляемого |
диода Д 21 |
(рис. |
2-39,г), |
||||||
г) |
|
причем |
отрицательные |
импульсы |
|||||||
|
|
срезаются диодом Д 2. |
Запускаю |
||||||||
|
|
щее устройство состоит из управ |
|||||||||
б) |
|
ляемого диода Дп, резистора RI2, |
|||||||||
|
|
диода Дб, конденсатора С7 и им |
|||||||||
|
|
пульсного |
трансформатора |
|
Тр2. |
||||||
|
|
При нажатой кнопке ВК и пода |
|||||||||
|
|
че |
положительного |
|
синхроим |
||||||
|
|
пульса |
на |
управляющий |
элек |
||||||
|
|
трод |
диода Д21 конденсатор |
С7 |
|||||||
|
|
начинает разряжаться |
через |
им |
|||||||
|
|
пульсный трансформатор Tp2-i и |
|||||||||
Рис. 2-39. Временные |
открытый диод Д 1Ь при этом |
на |
|||||||||
диаграммы. |
|
базу |
транзистора |
Г5 |
с обмотки |
||||||
|
|
трансформатора Тр2- 2 |
|
подается |
отрицательный импульс, который запускает мультиви братор, т. е. транзистор Т5 закрывается, транзистор Т6 также закрывается положительным потенциалом, по данным на базу с коллектора Т5, через конденсатор С8. После закрытия обоих транзисторов начинается переза ряд емкости С8 через резисторы RIB, #з-
При достижении напряжения отпирания транзи стор Те начинает открываться и положительный потен циал с коллектора Тб подается на базу транзистора Ть,
148
открывая |
его. Время переброса мультивибратора опре |
||||
деляется |
постоянной времени |
тг= (i?is+ ^з) С8, |
причем |
||
резистором R3 это |
время |
может |
регулироваться |
(«дли |
|
тельность |
сварки») |
(рис. |
2-39,5). Во время переброса |
мультивибратора (транзистор Т5 закрыт) синхроим пульсы с формирователя начинают поступать на базу блокинг-генератора Tlt запуская его. Пакет импульсов с обмотки блокинг-трансформатора Tp\-i подается на поджигающий электрод управляемого диода Д21 син хронно с напряжением сети (рис. 2-39,е). По первичной обмотке сварочного трансформатора Тр проходит сете вой импульс. Угол отсечки сетевого напряжения, про ходящего через симистор Д21, определяется сдвигом во времени управляющих импульсов относительно сетевого напряжения (рис. 2-39,ж). Угол отсечки («мощность сварки») регулируется резистором Ri. Количество пол ных периодов, прошедших через первичную обмотку сварочного трансформатора («длительность сварки»), регулируется резистором $ 3.
Блок модуляции собран на транзисторах Ту и Т8 и работает следующим образом.
Конденсатор С5 заряжен через открытый тран зистор Т7. При нажатии кнопки ВК и опрокидывании мультивибратора (Г5, Те) отрицательный потенциал сни мается с баз транзисторов Ту и Т8, при этом транзистор Ту закрывается, а транзистор Т8 открывается. Конденса тор С5 начинает разряжаться через переход коллекторэмиттер транзистора Т8. Время разряда определяется внутренним сопротивлением транзистора Т8, которое ре гулируется резистором R2 («модуляция»). Положитель ный потенциал с конденсатора С5 через диод Д\ подает ся на базу транзистора Т2, следовательно, во время разряда конденсатора положительный потенциал умень шается, таким образом, сварочный ток модулируется от нуля до оптимального значения за время, определяемое установкой резистора R2 «модуляция».
На рис. 2-40 графически показана работа блока мо дуляции. Источник питания дозировщика собран по двухполупериодной схеме со средней точкой на диодах Дь Д2 и Д4, Д5. Получаемое напряжение стабилизиро вано диодами Д 7 и Д 8.
Описанная выше схема демонстрирует возможности электроники в области управления быстротечными про цессами сварки. Внедрение электронных схем управле
149
ния не случайно. Эта тенденция обусловлена тем, что возможности человека в области управления быстрыми процессами ограничены. С целью освобождения опера тора от больших физических нагрузок и предупрежде ния профессионального травматизма педальный привод движения электрода выполняется компенсированным
или уравновешенным. Применение компенсато ров или дополнительных уравновешивающих гру зов увеличивает массу движущихся пастей и со ответственно момент инерции. Это не позволя ет совершать быстрые перемещения без приме нения значительных уси лий. Поэтому на долю оператора остается уста новить детали, нажати ем педали подвести электрод. При дальней-
шем движении педали включается замыкатель,
установленный под пе далью. Замыкатель обычно включает электромагнит ный привод, обеспечивающий создание необходимого усилия (давления). Регулирование величины давления осуществляется либо электрическим путем (изменение тока электромагнита), либо механическим путем (уста новка противодействующей пружины с регулировочным винтом). Включение дозировщика времени сварки мо жет осуществляться таким же замыкателем, установлен ным под педалью, но несколько дальше по ходу движе ния педали, или с помощью вспомогательного реле вре мени, что и в том и в другом случае обеспечивает необходимую задержку по времени между подачей дав ления и включением тока. При работе клещами или свободными выносными электродами качество сварки в большей степени зависит от квалификации оператора, так как в этом случае необходимая величина давления и его постоянство для различных точек целиком опре деляются мастерством оператора.
При выполнении сварных соединений с помощью то
150