книги / Электрооборудование электровакуумного производства

пряжения 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

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.

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

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.

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-

ния, на базу транзистора Tt подается регулируемое ста­ билизированное напряжение U, снимаемое с резистора

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

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