Машины для контактной сварки расчеты

Трансформатор для контактной сварки

Среди множества видов сварочных процессов можно выделить точечную. Ее применяют при создании систем вентиляции и кондиционирования, для соединения тонкостенных корпусных деталей и множества других конструкций.

Виды точечной сварки

К точечной относят один из видов контактной сварки, в ходе выполнения которой детали соединяют по отдельным точкам. Электроды, выполненные из разных материалов, сжимают заготовки и передают через себя электрический ток соответствующих характеристик. Расположение точек контакта, напрямую зависит от того как установлены электроды в машине, используемой для сварки. Опять же в зависимости от конструкции машины и электродов допустимо получение одной или нескольких точек сварки.

Контактную сварку используют для работы с черными и цветными металлами. Это могут быть детали, обработанные на механическом оборудовании, они могут иметь одинаковую или разную толщину. В качестве заготовок могут быть использованы листы, полученные на прокатных станах или кузнечно — прессовом оборудовании.
Такой вид сварки наиболее эффективен для изготовления деталей в транспортном машиностроении, при производстве различного по классам станочного оборудования и пр.

Особенности и принцип точечной сварки для выбора трансформатора

Метод точечной сварки применяют и на производственных площадках, и в кустарных мастерских. На производстве эту технологию применяют для работы с листовыми заготовками из разных марок металла – черного, цветного, нержавеющего и пр. С помощью точечной сварки обрабатывают детали разной формы и размеров, кроме того, на оборудовании такой сварки изготавливают пересекающиеся стрежни.

В домашней мастерской такую технологию применяют для выполнения ремонта бытовой техники, в т.ч. автомобильной, электрической, например, для наращивания силового кабеля.
Надо отметить то, что способ точечной сварки включает в себя несколько последовательных операций, причем, эти операции одинаковы и для промышленного, и для бытового оборудования.
На первом этапе заготовки, выполненные из металла, соединяют между собой в заданном пространственном положении. Для их фиксации могут быть использованы обыкновенные строительные струбцины или друга технологическая оснастка.

Затем, соединенные детали помещают в рабочую зону оборудования, в пространстве между электродами. После этого их приводят в движение, начинается сжимание заготовок и подача электрического тока с определенными характеристиками. Подаваемый ток, выполняет нагревание металла до определенной температуры, в результате, этого будет произведена необходимая деформация заготовок.
В промышленных условиях применяют автоматические установки точечной сварки, в условиях мастерской чаще применяют полуавтоматические сварочные аппараты. Некоторые виды оборудования позволяют получать до 600 сварных контактов в минуту.
Еще один способ точечной сварки — это лазерная. Ее применение обеспечивает высокое качество, получаемых швов.

Смысл сварки этого типа заключается в следующем:
После сильного нагрева заготовок происходит их оплавление и происходит образование однородной структуры (шва).

Главный параметр такого сварочного процесса – это импульсная характеристика тока.

Именно она обеспечивает требуемый нагрев. Кроме того, важную роль играет и сила, с которой заготовки прижимают друг с другом. Именно в результате этого происходит кристаллизация металлической структуры.
Импульсная сварка гарантирует максимальную прочность стыков, при практически полной автоматизации сварочного процесса. Но главный недостаток такой технологии это невозможность обеспечения 100% герметичности заготовок между собой.

Виды трансформаторов для сварки

Технические характеристики трансформаторов должны обеспечивать такие технические свойства, которые позволяют с минимальными потерями произвести нагрев, расплав и соединение обрабатываемых деталей.

Трансформатор, предназначенный для производства сварных работ, имеет простую конструкцию и именно поэтому, многие домашние мастера предпочитают его изготавливать самостоятельно.

В конструкцию входит несколько составных частей:

Сердечник для трансформатора

1. Сердечник, состоящий из нескольких пластин, выполненных из стали. Для сборки магнитопровода применяют пластины, изготовленные из электротехнической стали. На нем устанавливают одну или несколько обмоток. Настройку напряжения выполняют с помощью винтовой пары, которая проходит через сердечник и обмотку.
2. Металлический корпус предназначен для защиты устройства от каких-либо повреждений. Кроме того, в состав трансформатора входят устройства вентиляции, рукояти и колеса для транспортировки.

Номинальное рабочее напряжение составляет 220 или 380 вольт и это позволяет их использовать и на промышленных объектах, и домашнем хозяйстве. Технические характеристики трансформатора допускают производить работы с металлическими заготовками разной формы и размеров.

Трансформатор для контактной сварки, состоит из тех же узлов, что и для традиционной. Это оборудование работает в режиме коротких, но часто повторяющихся нагрузок. Это приводит к тому, что обмотки испытывают серьезные динамические нагрузки. Для их компенсации в трансформаторах для точечной сварки применяют сердечник броневого типа и дисковые обмотки.

Трансформатор для контактной сварки ТВК-75

Трансформатор для контактной сварки ТВК-75 предназначается для работы в составе электросварного оборудования для точечной сварки, которые эксплуатируются в закрытых помещениях при соблюдении ряда условий. Магнитопровод в этом трансформаторе имеет ленточную конструкцию, и стянут в раму с помощью шпилек. Обмотки этого трансформатора дисковые. Для изготовления первой обмотки применяют теплостойкий кабель ПСД.

Трансформатор для контактной сварки ТВК-75

Вторая обмотка собрана из отдельных дисков и с помощью металлических деталей, выполненных из меди, они собраны в параллельную схему.
Для охлаждения вторичной обмотки используют проточную воду, которая перемещается по специально проложенным трубам. Обмотки залиты эпоксидной смолой.
Напряжение регулируется с помощью переключателей, которые установлены на сварочной машине. К основным параметрам трансформатора этой марки можно отнести следующее:

Охлаждение водой, аппарат изготовлен по классу изоляции F. За счет использования технологии Unicore трансформатор несет минимальные потери в магнитопроводе. Производитель выпускает трансформатор в климатическом исполнении УХЛ4.

Трансформатор для контактной сварки ТКС — 4500 Каскад

Трансформатор для контактной сварки ТКС — 4500 Каскад используют для сварки деталей из малоуглеродистых сталей совокупной толщиной до 4 мм.

Расчет трансформатора для сварки

Магнитопровод и обмотки отвечают за создание рабочих параметров устройства. То есть, зная, какие характеристики должны быть у трансформатора можно просчитать параметры обмоток, сердечника и сечения всех проводов.

Для выполнения расчетов необходимо взять следующие данные:

Сварочный трансформатор своими руками

1. 1. Напряжение на первой обмотке.
   2. Напряжение на второй обмотке.
   3. Сила тока на второй обмотке. Размер этого параметра определяется типом электродов и размерами заготовки.
   4. Площадь сердечника. Этот параметр определяет надежность трансформатора в целом. Оптимальным размером можно считать от 45 до 55 кв. см.
   5. Размер площади окна сердечника. Оптимальным считают размер от 80 до 110 кв. см.
   6. Плотность тока внутри обмотки. Этот параметр отвечает за потери в обмотке. Для аппаратов, выполненных своими руками, эта характеристика составляет 2,5 – 3 А.

Самодельный аппарат из микроволновой печи

Для установки в домашней мастерской высокопроизводительного сварочного оборудования нет необходимости в приобретении дорогостоящего оборудования. Для этого достаточно использовать старую микроволновую печь. Точнее, ее трансформатор. Он в состоянии обеспечить напряжение необходимо для выполнения точечной сварки.

При извлечении трансформатора из корпуса микроволновой печи необходимо соблюдать аккуратность. Сначала надо снять все крепежные детали, и удалить вторичную обмотку. Кроме этого необходимо удалить шунты, встроенные в ограничители тока. Точечная сварка, изготовленная из микроволновой печи, обеспечивает мощность в 700 – 800 Вт и это позволяет выполнять сварку стальных листов толщиной до 1 мм.

Как и для любого другого сварочного устройства для его работы потребуется электрод.

Создание электродов

Сварочное оборудование позволяет выполнять большое количество работ по неразъемному соединению деталей, выполненных из металла. Для выполнения этой операции применяют электроды. Те, которые применяют для точечной сварки, называют сварочные клещи. Их можно купить и в специализированном магазине, а можно изготовить своими силами.

Электрод для контактной сварки

Сварочные клещи состоят из:

• захвата, который несет токонесущие части;
• собственно электроды;
• сварочные кабели;
• механизм управления.

Для качественного сварного соединения необходимо, чтобы на выходе из аппарата было устойчивое пониженное напряжение и повышенная сила тока. Часто, для достижения необходимых параметров применяют аппараты с усиленной второй обмоткой.

Напряжение с обмотки поступает на сварочные клещи, в которые вставляют заготовки, подлежащие сварке.

Когда заготовки собраны между собой и помещены в рабочее пространство электроды сжимают. Это можно выполнить в ручном, а можно и в автоматическом режимах. Одновременно с этим на электроды подается ток надлежащей мощности. Он вызывает нагрев металла, его расплав и перемешивание. Так, выполняется контактная сварка. Диаметр пятна контакта определяет размер силы тока и время выдержки деталей между электродами.

Сварка цветных металлов точечной сваркой

В промышленности широко применяют точечную сварку цветных металлов. В качестве примера можно рассмотреть сварку алюминия. Важным моментом в точечной сварке является удаление с поверхности заготовок оксидной пленки. Как правило, ее удаляют с применением стальной щетки или абразивной шкурки нулевого размера. Другой, не менее распространенный способ удаления оксидной пленки – это химический.

Для того применяют серную или хромовую кислоту. Но, такой способ применяют в условиях серийного производства.

Для сварки цветных металлов, в частности, алюминия необходимо использовать машины большой мощности. Так, для сварки двух листов дюраля толщиной в 0,5 мм потребует ток в 12 000 А.

Технология конденсаторной сварки

Одна из разновидностей контактной сварки – конденсаторная. Такой метод сварки известен с первой половины прошлого века. Сварка происходит за счет расплавления заготовок в тех местах, где происходит короткое замыкание тока, которое получают из энергии разряда конденсаторов. Время процесса сварки составляет от 1 до 3 миллисекунд.

Технология конденсаторной сварки

В основе такого сварочного аппарата находится конденсаторная емкость, заряжаемая от источника постоянного напряжения.

По достижении потребного количества энергии в емкости, электроды смыкают в месте сварки. Ток, протекающий между заготовками, вызывает необходимый нагрев поверхности и в результате металл плавится и образуется шов высокого качества.

К достоинствам конденсаторной сварки можно отнести:

Скорость, применение автоматизированного оборудования позволяет получать до 600 точек сварки в минуту. Точность позиционирования и соединения заготовок. Малое выделение тепла, отсутствие расходных материалов – проволоки или электродов.

На практике применяют два вида аппаратов такого типа сварки. Первые обеспечивают разряд из накопителей энергии на поверхности деталей, вторые получают разряд от второй обмотки трансформатора. Первый метод применяют при проведении ударно-конденсаторной сварки, второй применяют тогда, когда речь идет о необходимости получения качественного шва.

Такая сварка отличается экономичностью и поэтому ее часто применяют в условиях домашней мастерской. На рынке можно встретить устройства с мощностью в 100 – 400 Вт, которые часто применяют для работы в небольших мастерских по ремонту автомобильных кузовов.
Продолжительность нагрева и сила давления
Режимы сварки определяют следующими характеристиками – силой тока, длительностью нагрева, силой сжатия, размерами рабочего конца электрода.

Особенности выбора и использования электродов

Электроды для такой сварки должны иметь форму и размер, которые обеспечат его доступ к рабочему месту. Кроме того, электроды должны быть приспособлены для простой и надежной установки в сварочной машине и иметь высокую стойкость к износу. Самая простая конструкция электрода для точечной сварки – прямая. Их производят в соответствии с требованиями ГОСТ 14111-69. Для их производства применяют различные сплавы на основе меди.

Электрод для конденсаторной сварки

Например, при сварке разных металлов электроды должны обладать низкой электропроводностью. Но если, из металла такого типа изготовить весь электрод, то он будет достаточно быстро нагреваться. В таком случае его необходимо выполнять из двух частей. Одну из меди, а другую из материала, который приспособлен для выполнения необходимой операции.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Расчет режима точечной сварки

Исходными данными для расчёта точечной сварки являются:

-толщина свариваемого металла S;

-марка свариваемого металла.

Основными расчётными параметрами режима точечной сварки являются:

-величина сварочного тока Iсв;

-усилие на электродах Fсв;

-время сварки (протекания сварочного тока) tсв;

-диаметр контактной поверхности электрода dэ.

Дополнительными расчётными параметрами являются:

-минимальная величина нахлёстки деталей bн;

-минимальный шаг точек Hтм;

-величина тока шунтирования Iш;

-время предварительного сжатия деталей tсж;

-время проковки сварной точки tпр;

-время цикла сварки tц;

-режим работы машины ПВ.

Расчёты начинают с определения диаметра контактной поверхности электрода dэ, который зависит от толщины свариваемого металла S(мм):

dэ=2·S+3 при S 3 (2.1)

dэ=1,5·S+5 при S>3 (2.1.1)

Диаметр ядра точки dя(мм):

Остальные размеры электродов рекомендуется определить по таблице 3.3. источника [1].

Время сварки определяется в зависимости от жёсткости режима. Для алюминиевых и медных сплавов требуются жёсткие режимы, а низкоуглеродистые стали можно сваривать на мягких и жёстких режимах. Жёсткость режима учитывается с помощью коэффициента сварки Кt, зависящего от материала и толщины (таблица 2.1).

Тогда время сварки:

Для толщин 0,5–1,5 мм величину Кt следует выбирать по верхним пределам, а для толщин 2-5 мм – по нижним.

Усилие сжатия электродов зависит от типа материала, его толщины, жесткости режима сварки и определяется по формуле:

Таблица 2.1 – Значение коэффициента времени сварки

Коэффициент К_р зависит от материала и жёсткости режима и выбирается по таблице 2.2. Большие значения – для жёстких режимов.

Таблица 2.2 – Значение коэффициента давления

Величину сварочного тока можно определить на основании уравнения теплового баланса смотреть (рисунок 2.1):

где Q_ээ– выделяющаяся в зоне сварки энергия;

q₁– теплота, расходуемая на нагрев и плавление металла;

q₂– теплота, расходуемая на нагрев металла, окружающего ядро;

q₃– теплота, идущая на нагрев электродов.

Рисунок 2.1 – Распределение тепла при точечной сварке

Сварочный ток рассчитывается по Закону Джоуля-Ленца:

Iсв= , (2.6)

где m_r– коэффициент, учитывающий изменение общего сопротивления деталей между электродами r_ээ:

m_r =1 для низкоуглеродистых сталей;

m_r =1,15 для Al и Mg сплавов;

m_r =1,2 для нержавеющих сталей;

mr=1,4 для Ti – cплавов.

r_d.k– cопротивление деталей к концу процесса сварки, определяемое по таблице 1.2 источника [1].

Энергия q₁, затрачиваемая на нагрев до Т_пл столбика металла высотой 2 S и диаметром d_э:

q₁= , (2.7)

где с – объёмная теплоёмкость металла.

Теплота х₂ расходуется на нагрев металла в виде кольца шириной х₂, окружающего ядро. Значение х₂ определяется временем сварки tсв и температуропроводностью материала:

х₂=4 . (2.8)

Для сталей и сплавов х₂=1,2 ;х₂=3,1 и меди. Если площадь кольца ·х₂ (dэ+х₂) и высота его 2∙S, средняя температура нагрева , тогда:

q₂= k₁ π∙х₂(d_э+ х₂) 2∙с∙S∙ , (2.9)

где k₁ – коэффициент, равный 0,8.

Потери теплоты в электроды qв учитываются нагревом условного цилиндра в электродах высотой х₃ до средней температуры Тэ=Тпл/8.

х₃= 4 , (2.10)

.

Коэффициент k₂ = 1 для цилиндрического электрода; k₂= 1,5 для электрода с конической рабочей частью и плоской рабочей поверхностью;

k₂ =2 для электрода со сферической рабочей поверхностью.

q₃=2 k₂ х₃∙Сэ· ∙ (2.11)

где Сэ – теплоёмкость плотности металла электрода кДж/(кг∙°С);

– плотность кг/м 3 [1].

Зная все составляющие формулы 2.6, вычисляют действующее значение сварочного тока.

Силу сварочного тока можно определить по формуле, предложенной К. А. Кочергиным [1]:

I=(120…170) d_T , (2.12)

где dт-диаметр ядра, см;

ρт-удельное электрическое сопротивление, Ом∙см.

Затем определяются остальные параметры режима точечной сварки.

Минимальная величина нахлёстки:

Минимальный шаг точек:

Нтм=14+S 2 , мм . (2.14)

При постановке ряда точек часть токов протекает через ранее сваренные токи, т. е. Возникает шунтирование тока (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Схема шунтирования тока

Значение тока шунтирования I_ш вычисляется через соотношение электрических сопротивлений зоны сварки r_ээ и щунта r_ш:

где (кА) (2.15)

где bпр – приведённая с учётом растекания тока ширина шунта, равная:

Кэ 0,4

Сопротивление r_ээ вычисляется по формуле:

r_ээ= , (2.18)

где h =0,5·S – средняя величина проплавления детали;

а – коэффициент температуропроводности металла.

После вычисления тока шунтирования определяют суммарный ток I₂:

В заключении проводятся расчёты времени предварительного сжатия tсж, времени проковки tпр и времени цикла tц:

Время паузы зависит от веса, габаритов деталей и выбирается по (таблице 2.3) или экспериментально.

Время цикла определяется как сумма:

Режим работы машины характеризуется соотношением ПВ в %:

ПВ= % . (2.23)

Таблица 2.3 – Время паузы при точечной сварке

Расчет параметров контактной сварки;

5.1 Стыковая сварка сопротивлением

Основные параметры стыковой сварки сопротивлением: сила сварочного тока I, усилие осадки РОС, установочная длина LH., припуск на осадку СОС , время нагрева tСВ – время нагрева (таблица 2).

Сила сварочного тока I(A) подсчитывается по формуле

где F– площадь сечения свариваемого прутка, мм2;

j– плотность тока, А/мм2, (определяется по таблице 1 в зависимости от площади сечения прутка).

Таблица 1 – Ориентировочные величины плотности тока и времени нагрева прутка при стыковой сварке сопротивлением

Величину усилия осадки P_OС,Н подсчитывают как произведение удельного давления осадки р, Па на площадь сечения свариваемого прутка F

При сварке малоуглеродистой стали удельное давление принимается равным (20…50)_⋅10 6 Па

Установочная длина LН (мм) – расстояние от торца заготовки до внутреннего края электрода стыковой машины, измеренное до начала сварки. Длина LН зависит от теплофизических свойств металла, конфигурации стыка и размеров заготовки. При недостаточной установочной длине детали прогреваются недостаточно, так как тепло интенсивно отводится в губки. Завышение ее сопровождается перегревом деталей и увеличением длины деформируемого участка. Кроме того, возможны перекосы или несоосность торцов вследствие потери устойчивости. Для углеродистых сталей установочная длина равняется

где d – диаметр свариваемого прутка, мм.

Припуск на осадку Сос(мм) распределяется на осадку под током и осадку без тока. Если осадка недостаточна, в стыке остаются окислы и раковины, наблюдаются не проваренные участки. При завышении величины осадки качество стыков также понижается вследствие искривления волокон и перегрева металла.

Для прутков припуск на осадку определяется:

Время нагрева tсв (с) – время прохождения тока через заготовки зависит от плотности тока и площади сечения свариваемого прутка (таблица 1). Завышенное время нагрева является одной из причин возникновения окислов в стыке и образования малопластичной перегретой структуры металла.

Результаты расчета параметров стыковой сварки сопротивлением свести в таблицу 2

Таблица 2 Расчет параметров стыковой сварки сопротивлением

Источники:

http://stankiexpert.ru/spravochnik/svarka/transformator-dlya-kontaktnojj-svarki.html
http://studopedia.ru/9_197213_raschet-rezhima-tochechnoy-svarki.html
http://studopedia.su/11_20966_raschet-parametrov-kontaktnoy-svarki.html