Расчет тока, необходимого для точечной, рельефной и шовной способов сварки

Введение

электросварочный трансформатор напряжение сварка

Контактная сварка - это процесс образования неразъемных соединений конструкционных металлов в результате их кратковременного нагрева электрическим током и совместного пластического деформирования усилием сжатия.

Соединение свариваемых деталей при контактной сварке происходит путем образования связей между атомами в зоне контакта этих деталей. При этом для образования физического контакта и активации свариваемых поверхностей затрачивается тепловая и механическая энергия, подводимая извне.

Известные способы контактной сварки классифицируются по ряду признаков:

1. По технологическому способу получения соединения - точечная, рельефная, шовная, стыковая.

2. По конструкции соединения - нахлесточное или стыковое.

.   По состоянию металла в зоне сварки- с расплавлением или без расплавления,

.   По способу подвода тока - одно- и двусторонняя.

.   По роду сварочного тока - переменный (промышленной, пониженной, повышенной частоты), постоянный, униполярный (ток одной полярности с переменной силой в течении импульса).

.   По числу одновременно выполняемых соединений - одноточечная и многоточечная.

.   По количеству дополнительно связующих компонентов (клея, грунта, припоя и др.).

.   По характеру перемещения роликов при шовной сварке - непрерывная (с постоянным вращением ролика) или шаговая (с остановкой роликов на время сварки).

Точечная сварка - способ контактной сварки, при котором детали свариваются по отдельным ограниченным участкам касания (по ряду точек). При точечной сварке детали собираются внахлестку, сжимаются с усилием F электродами к которым подведена энергия от источника сварочного тока. Детали нагреваются при кратковременном прохождении сварочного тока I_св до образования зоны взаимного расплавления деталей, называемой ядром. Нагрев зоны сварки сопровождается пластической деформацией металла в зоне контакта деталей (вокруг ядра), где образуется уплотняющий поясок, надежно предохраняющий жидкий металл от выплеска и окружающего воздуха. Поэтому специальной защиты зоны сварки не требуется. После выключения тока расплавленный металл ядра быстро кристаллизуется и образуются металлические связи между соединяемыми деталями.

Шовная сварка - способ получения герметичного соединения (шва) путем ряда перекрывающего друг друга точек. Подвод тока и перемещение деталей обеспечиваются вращающимися дисковыми электродами - роликов.

Детали собираются внахлестку и нагреваются кратковременными импульсами сварочного тока. Перекрытие точек достигается соответствующим выбором паузы между импульсами тока и скоростью вращения роликов.

В зависимости от того, вращаются ролики непрерывно при сварке шва, или останавливаются на время прохождения сварочного тока, различается непрерывная и прерывистая (шаговая сварка).

Известны некоторые разновидности шовной сварки - односторонняя, многошовная (одновременная сварка нескольких швов на одной машине).

 

 

1. 
Анализ конструкции

Материал Д16.

Сварка производится непрерывным способом так, чтобы одна точка на одну треть перекрывала другую.

Величина проплавления h в большинстве случаев должна находиться в пределах 20 - 80% толщины детали.

Глубина вмятины g не должна превышать 20% толщины детали.

 

Теплофизические характеристики Д16
Плотность г,	2.8	г/см3
Температура плавления Тпл,	650	С
Скрытая теплатаплавления m,	418.7	Дж/г
Удельная теплоемкость С,	0.502	Дж/(гК)
Коэф. теплопроводности л,	1.67	Вт/(смК)
Температуропроводность б,	0.8	см 2 /с
Удельное электрическое сопротивление с	4.5	мкОмсм
Температурный коэф. сопротивления б,	0.004	К-1
д - толщина свариваемого материала	0.02	см

Расчет усилия сжатия

 

Электрический расчет трансформатора

Разбивка первичной обмотки по катушкам

Разбиваем первичную обмотку на следующие катушки:

2 катушки - 6+11 витков;

2 катушки - 22 витков.

Описание приспособления

Изделие устанавливается на нижний прижим 6 по установочным отверстиям, и прижимается верхним 5 прижимом при помаши винтового прижима 7.

В процессе сварки изделие перемещается по направляющим рамы 2. Для поворота в каретке 3 предусмотрен поворотный механизм состоящий из пневмоцилиндра 13 и дисков 24, 23. Для предотвращения соскальзывания изделия в процессе сварки предусмотрен прижимной пневмоцилиндр 49. Для возращения каретки в исходное состояние используется пневмоцилиндр 47. Для компенсации износа сварных роликов предусмотрен механизм подъема состоящий из пневмоцилиндра 48 и рычагов 10.

Для поперечного движения предусмотрены поперечные направляющие на каретке.

Вся конструкция собрана на основании 1 с фундаментом.

В начальном положении прижимная и поворотная плиты разведены. Рабочий укладывает заготовки, собранные под сварку и при помощи винта опускает прижимную плиту и прижимает заготовки. Затем стол переводится в крайнее левое положение, и ролики сжимают края заготовки. Происходит сварка шва.

Когда одна из сторон сварена происходит поворот на 90˚ при помощи поворотного устройства. Так как радиатор неравнобокий, то при повороте его на 90° стол по поперечным направляющим подается или вперед или назад.

 

Список литературы

электросварочный трансформатор напряжение сварка

1. Чуларис А.А. Расчет и проектирование оборудование для контактной сварки: Методические указания. Ростов - на - Дону. РИСХМ, 1985

2. Технология и оборудование контактной сварки (Под ред. Б.Д. Орлова) Москва, Машиностроение, 1986

3. Трансформаторы для электрической контактной сварки. З.Д. Рыськова и др. Ленинград, 1990

4. ГОСТ 15878-79 «Контактная сварка. Соединения сварные. Конструктивные элементы и размеры»

.   ГОСТ 297-80 «Машины контактные. Общие технические условия»

Введение

электросварочный трансформатор напряжение сварка

Контактная сварка - это процесс образования неразъемных соединений конструкционных металлов в результате их кратковременного нагрева электрическим током и совместного пластического деформирования усилием сжатия.

Соединение свариваемых деталей при контактной сварке происходит путем образования связей между атомами в зоне контакта этих деталей. При этом для образования физического контакта и активации свариваемых поверхностей затрачивается тепловая и механическая энергия, подводимая извне.

Известные способы контактной сварки классифицируются по ряду признаков:

1. По технологическому способу получения соединения - точечная, рельефная, шовная, стыковая.

2. По конструкции соединения - нахлесточное или стыковое.

.   По состоянию металла в зоне сварки- с расплавлением или без расплавления,

.   По способу подвода тока - одно- и двусторонняя.

.   По роду сварочного тока - переменный (промышленной, пониженной, повышенной частоты), постоянный, униполярный (ток одной полярности с переменной силой в течении импульса).

.   По числу одновременно выполняемых соединений - одноточечная и многоточечная.

.   По количеству дополнительно связующих компонентов (клея, грунта, припоя и др.).

.   По характеру перемещения роликов при шовной сварке - непрерывная (с постоянным вращением ролика) или шаговая (с остановкой роликов на время сварки).

Точечная сварка - способ контактной сварки, при котором детали свариваются по отдельным ограниченным участкам касания (по ряду точек). При точечной сварке детали собираются внахлестку, сжимаются с усилием F электродами к которым подведена энергия от источника сварочного тока. Детали нагреваются при кратковременном прохождении сварочного тока I_св до образования зоны взаимного расплавления деталей, называемой ядром. Нагрев зоны сварки сопровождается пластической деформацией металла в зоне контакта деталей (вокруг ядра), где образуется уплотняющий поясок, надежно предохраняющий жидкий металл от выплеска и окружающего воздуха. Поэтому специальной защиты зоны сварки не требуется. После выключения тока расплавленный металл ядра быстро кристаллизуется и образуются металлические связи между соединяемыми деталями.

Шовная сварка - способ получения герметичного соединения (шва) путем ряда перекрывающего друг друга точек. Подвод тока и перемещение деталей обеспечиваются вращающимися дисковыми электродами - роликов.

Детали собираются внахлестку и нагреваются кратковременными импульсами сварочного тока. Перекрытие точек достигается соответствующим выбором паузы между импульсами тока и скоростью вращения роликов.

В зависимости от того, вращаются ролики непрерывно при сварке шва, или останавливаются на время прохождения сварочного тока, различается непрерывная и прерывистая (шаговая сварка).

Известны некоторые разновидности шовной сварки - односторонняя, многошовная (одновременная сварка нескольких швов на одной машине).

 

 

1. 
Анализ конструкции

Материал Д16.

Сварка производится непрерывным способом так, чтобы одна точка на одну треть перекрывала другую.

Величина проплавления h в большинстве случаев должна находиться в пределах 20 - 80% толщины детали.

Глубина вмятины g не должна превышать 20% толщины детали.

 

Теплофизические характеристики Д16
Плотность г,	2.8	г/см3
Температура плавления Тпл,	650	С
Скрытая теплатаплавления m,	418.7	Дж/г
Удельная теплоемкость С,	0.502	Дж/(гК)
Коэф. теплопроводности л,	1.67	Вт/(смК)
Температуропроводность б,	0.8	см 2 /с
Удельное электрическое сопротивление с	4.5	мкОмсм
Температурный коэф. сопротивления б,	0.004	К-1
д - толщина свариваемого материала	0.02	см

Расчет тока, необходимого для точечной, рельефной и шовной способов сварки

 

Сварочный ток рассчитывается по закону Джоуля-Ленца:

 

, А,

 

где Q - количество тепла, необходимое для сварки одной точки, Дж;

m = 1,15 - коэффициент, учитывающий изменение сопротивления в процессе сварки;

R_св - сопротивление зоны сварки к концу нагрева, Ом; t_св - время протекания тока, с.

 

t_св=k_td,

 

где k_t =0,06 - коэффициент, зависящий от сопротивления пластической деформации свариваемого материала (табл. 1);

d - толщина одной детали (при сварке неодинаковых толщина более тонкой детали), мм (рис. 2).

t_св=0,2∙0,06=0,12, с

 

R_св=2R_д+2R_э+R_к.

 

Выделение тепла в зоне сварки идет в основном за счет собственного сопротивления деталей, поэтому в расчетах значениями сопротивлений R_к и 2R_э пренебрегают.

 

R_св=2∙R_д

 

где 2Rд - собственное сопротивление свариваемых деталий

 

, Ом^*,

 

где А₁, А₂ - коэффициенты, зависящие от отношений и ;- коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева пластинок d^’ и d^» (k_т = 0,85);

r^’_T, r^»_T - удельные электрические сопротивления нагретых свариваемых деталей, Ом×см;

d_эл - диаметр контактной поверхности электрода в см. зависит от толщины свариваемых деталей:

при d ³ 2 мм  d_эл = 1,5d + 5, мм

d_пр - диаметр контакта «деталь - деталь» в конце сварки

 

d_пр=d_эл+ad, мм

 

Здесь a - коэффициент, зависящий от принятого режима сварки при сварке на «жестких» режимах a=1,5 - 1,7;

d_эл = 1,5∙2 + 5=8, мм

d_пр=8+1,5∙2=11, мм

d’,d» - условные толщины, определяемые по рис. 3 или по формулам:

 

, см

 

d»=d-d’, см.

Величины и  соответствуют средним температурам Т₁ и Т₂ пластинок d’ и d» и определяются по формулам:

 

 

где Т₁ = 0.8Т_пл, Т₂=Т_пл;

r₀ - удельное электрическое сопротивление свариваемого материала при 20°С, Ом×см;

a-температурный коэффициент сопротивления, К^-1.

 

 

R_св=2∙3,572∙10^-6=7,14∙10^-6, Ом

Количество тепла, необходимое для сварки одной точки, определяется из уравнения теплового баланса:

 

Q_общ= Q_пол+ Q_пот,

 

где Q_пол - количество тепла, расходуемое на нагрев условно выделенного центрального столбика металла диаметром d_эл 4); Q_пот=Q₁+ Q₂+ Q₃ складывается из потерь тепла на нагрев металла Q₁, окружающего центральный столбик, нагрев электродов Q₂ и потерь от лучеиспускания с поверхностей свариваемых деталей Q₃.

Количество тепла, расходуемое на нагрев условно выделенного центрального столбика до температуры плавления с учетом скрытой теплоты плавления, определяется по формуле

 

,

 

где d_эл - диаметр контактной поверхности электрода, см; d₁, d₂ - толщины свариваемых деталей, см;

с - удельная теплоемкость свариваемого металла, Дж/(г×К);

g - плотность свариваемого материала, г/см³.

 

 

Количество тепла на нагрев металла, окружающего центральный столбик, определяется по формуле

 

,

 

где k₁ - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева кольца металла по толщине, так как наиболее нагретые участки расположены у внутренней поверхности кольца (k₁=0.8);

- средняя температура кольца металла шириной Х₀, окружающего центральный столбик;

х₀ - ширина зоны нагрева металла вокруг центрального столбика зависит от времени сварки t_св и температуропроводности металла

а' - температуропроводность материала электрода, см²/с.

 

,

 

где k₂ - коэффициент формы электрода: при электроде со сферической контактной поверхностью - к₂=2.0; с' -

Потерями тепла Q₃ за счет лучеиспускания, ввиду кратковременности процесса, можно пренебречь.

 

 

Для шовной сварки необходимо увеличить на 20% для учета потерь на шунтирование.

I_св=32435,22∙1,2=38922.264, А

Расчет усилия сжатия