Металл
|
Давление
осадки, МПа для сварки
|
|
Непрерывным
оплавлением
|
Оплавлением с
подогревом
|
Малоуглеродистая
сталь
|
80-100
|
40-60
|
Низколегированная
сталь
|
100-120
|
40-60
|
Аустенитная сталь
|
160-250
|
100-180
|
Для сварки непрерывным оплавлением малоуглеродистой стали
согласно табл.3 принимаем: Рос= 100МПа.
Усилие зажатия определяется в зависимости от усилия осадки по
формуле:
, (3)
Средняя величина тока при оплавлении рассчитывается по
формуле:
, (4)
где Vопл - скорость оплавления, м/с; Vопл =2,5 мм/с;
F- площадь сечения изделия, м2; F = 0,024 м2;
g - плотность, кг/м3;
для стали g =7850 кг/ м3;
l - средняя удельная
теплопроводность, Вт/(м 0С); l = 37,6 Вт/(м 0С);
с - средняя удельная теплоемкость, Дж/(кг 0С);
с = 710 Дж/(кг 0С);
Топл - средняя температура
капель металла, вылетающих из стыка, для стали Топл = 1500 0С;
Тпод - температура подогрева
изделия, при сварке стали непрерывным оплавлением принимается равной 1000 0С;
dT/dx - градиент температуры у
стыка (для стали принимается в пределах
∙105 - 8∙105 0С/м);
dT/dx = 6∙105 0С/м.
Rопл- сопротивление стыка при оплавлении, Ом.
Сопротивление стыка при оплавлении определяется по формуле:
, (5)
где i - плотность тока (при сварке стали принимается в пределах
- 15∙106А/м2).
i = 10∙106А/м2.
4.
Выбор сварочного оборудования
Машина К-617 с Wн = 150кВ*А (ПВ = 50%), U20 = 4,05…8,1В,
Рос= 160кН, Рзаж=320 кН, vопл = 0,2…4 мм/с, vос = 80 мм/с рассчитана на
сварку импульсным и непрерывным оплавлением кольцевых деталей с минимальным
диаметром 200 мм из низкоуглеродистой стали сечение 4000мм2 и
аустенитной стали сечением 1500 мм2.
Машина состоит из неподвижной 2 и подвижной 11 колонн,
соединенных между собой осью 1 на роликовых подшипниках (рис.2). На колоннах
смонтированы рычажные механизмы зажатия 6 с приводом от гидравлических
цилиндров 5. В передней части рычагов зажимных механизмов расположены плавающие
зажимные губки 7, которыми свариваемые детали прижимаются к жестким выступам 8
на корпусах колонн. Подвижная часть машины колеблется относительно неподвижной
с частотой до 20 Гц и амплитудой колебания 0,5 - 1,2 мм. В неподвижной колонне
жестко закреплен силовой гидравлический цилиндр 4 оплавления и осадки. Его шток
З соединен двойным шарниром со штоком 10 вспомогательного гидроцилиндра 9,
обеспечивающего вибрацию во время оплавления. При осадке фланец штока упирается
в крышку цилиндра и она перемещается вместе с штоком. Сварочный трансформатор
машины, расположенный за корпусом, соединен токоведущими шинами с нижними
зажимными губками (электродами).
Машина комплектуются отдельной гидронасосной станцией.
Рис. 2. Машина К-617 для сварки кольцевых заготовок
5. Расчет вторичного контура контактной
машины
Вторичный контур образуется элементами, соединяющими
контактные колодки трансформатора с электродами машины. Элементы вторичного
контура изготавливаются из меди или медных сплавов, для обеспечения высокой
тепло и электропроводности контура.
Для сварки заданного изделия и выбранной машины стыковой
сварки оплавлением, вторичный контур которой изображен на рис.3.
Рис. 3. Вторичный контур машины стыковой сварки оплавлением:
- губки; 2 - шина жесткая; 3 - шина гибкая левая; 4 - скоба;
5 - шина гибкая правая; 6 - колодка
Расчет вторичного контура необходим для определения
напряжения холостого хода трансформатора U20 на номинальной
(расчетной) ступени регулирования. Величина U20 определяется по формуле:
, (6)
где I2н - номинальный вторичный (сварочный) ток;
, (7)
Zм - полное сопротивление вторичного контура, включающее
сопротивление элементов контура, свариваемых заготовок и обмоток
трансформатора.
, (8)
где rв - активное сопротивление элементов вторичного контура
машины и их контактных сопротивлений;
хв
- индуктивное сопротивление вторичного контура;
rT, хT - активное и индуктивное сопротивление обмоток трансформатора,
приведенное ко вторичной цепи;
rээ - активное сопротивление зоны сварки.
Расчет rв и хв производится после
определения геометрических размеров вторичного контура контактной машины и
выбора сечений его элементов.
Номинальный длительный вторичный ток I2 дл, который в зависимости от способа сварки
рассчитывается по вторичному току I2, () по формуле:
, (9)
Номинальный сварочный ток 9000 А, продолжительность включения
ПВ = 50%, длительный вторичный ток равен
Из номинального ряда длительных токов по ГОСТ 297-80 принимаем
I2 дл = 6300А.
Определение сечения элементов вторичного контура
Минимальное сечение любого элемента вторичного контура
выбирается исходя из допустимой температуры нагрева элемента, которая
определяется плотностью тока d i, соответствующей
длительному значению тока. Сечение элемента qi рассчитывается по
формуле:
, (10)
где I2 дл - длительный вторичный ток, А
di - плотность тока, А.
Губки 1 из меди М3, допустимая плотность тока - 2,0 А/мм2;
Длина губок при сварке полос l ≥ 10д = 10∙20 = 200 мм.
Плиты стыковых машин из латуни Л62, допустимая плотность -
,6 А/мм2;
Принимаем q2 = 3900 мм2;
Неподвижные контакты: шина жесткая 2 из меди допустимая плотность
- 1,0 А/мм2;
Гибкие шины 3, 5 из меди М1М, допустимая плотность - 3,0 А/мм2;
Колодки 6 из меди М3, допустимая плотность тока - 4,5мм2.
Определение активного сопротивления вторичного
контура
Значение активного сопротивления элементов вторичного контура
rв слагается из активных
сопротивлений отдельных элементов ri и сопротивлений
переходных контактов rк, т. е.
.
Активное сопротивление элемента определяется по формуле:
, (11)
где li - длина элемента, м;
qi - сечение элемента, мм2;
- удельное сопротивление материала элемента в функции температуры
его нагрева;
ri 0 - удельное электросопротивление материала;
Т -
температура нагрева элемента, 0С (для всех элементов контура
принимается Т= 80 0С);
Кп
- коэффициент поверхностного эффекта.
Для массивных токоподводящих элементов контура Кп
можно приближенно определить по формуле:
,
где f - частота тока, Гц;
r0 - сопротивление 1м токопровода, Ом.
Для шин Кп можно принять равным 1,0 - 1,5.
1. Два электрода (губки) из меди М3: q1 = 3150 мм2; r10 = 0,03 Ом мм/м;
li = 0,2 м.
;
2. Две плиты из латуни Л62: q2 = 3900 мм2; r10 = 0,071 Ом∙мм/м;
l2 = 0,3 м.
. Две гибкие шины 3 из меди М1М: q4 = 2100 мм2;
r10= 0,0175 Ом∙мм/м; l4= 0,52 м; Кn = 1,5
. Две гибкие шины 5 из меди М1М: q5 = 2100 мм2; r10= 0,0175 Ом∙мм/м; l5= 0,4 м; Кn = 1,0.
5. Колодки 6 из меди М3 q6 = 1400 мм2; r10= 0,03 Ом∙мм/м; l6= 0,2 м.
Активное сопротивление всех элементов при Т=20 0С
ra= r1 +r2 +…r8 = (6+6+9+6,7+1,3)Ч10-6 = 29Ч10-6 Ом;
Активное сопротивление всех элементов токопровода, приведенное к
рабочей температуре Т=80 0С
Число переходных контактов n=10, из них два контакта медь-сталь и восемь медь-медь. Контакты
неподвижные. Принимаем активное сопротивление одного контакта соответственно
5х10-6 Ом и 2х10-6 Ом, тогда
Активное сопротивление всех элементов и переходных контактов
вторичного контура составит:
Определение индуктивного сопротивления вторичного контура
машины
Индуктивное сопротивление Хв определяется по
формуле:
, (12)
где Lв.к. - индуктивность контура.
Величину Lв.к определяют, используя метод расчета по
площадям и метод отдельных участков. На основании опытных данных по замерам
индуктивностей контуров контактных машин установлена зависимость индуктивности
контура от его площади при частоте 50 Гц.
где Sв.к.- площадь, охватываемая сварочным контуром машины, см2.
Sв.к=
1040см2
Определяем полное сопротивление вторичного контура,
включающее сопротивление элементов контура, свариваемых заготовок и обмоток
трансформатора по формуле 8.
(8)
где rв - 62,7Ч10-6 Ом;
хв
= 160Ч10-6 Ом;
rT = 32,8Ч10-6 Ом;
хT = 16,7Ч10-6
Ом;
rээ = 183000Ч10-6 Ом;
Требуемое вторичное напряжение холостого хода трансформатора,
соответствующее номинальной ступени:
Библиографический список
1. Соколов, В.А. Технология и оборудование
контактной сварки: методические указания / В.А. Соколов, Н.Е. Дмитриев. ОМГТУ,
2003. - 31 с.
2. Орлов, Б.Д. Технология и оборудование
контактной сварки: учебник для машиностроительных вузов / Б.Д. Орлов, А.А.
Чакалев,
Ю.В. Дмитриев. - 2-е изд, перераб. и доп. -
М.:»Машиностроение», 1986. - 352 с.
3. Кабанов, Н.С. Сварка на контактных машинах:
учеб. для сред. ПТУ / Н.С. Кабанов. - 4-е изд., перераб. И доп. - М.: Высш.шк.,
1985 -271 с.