Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблема повышения производительности и качества сварки деталей малой и резко различных толщин. 7
1.1 Объект исследования. Назначение, конструкция, условия эксплуатации, материалы.
1.2 Существующие технологии контактной сварки. 14
1.3 Особенности формирования сварных соединений 2 3 деталей малых толщин.
1.5 Выводы главы 1.2 9
ГЛАВА 2. Разработка силовой части инсточнкасварочного тока. 31
2.1 Основные предпосылки. 31
2.2 Выбор схемы построения источника. 32
2.3 Выбор рабочей частоты инвертора. 35
2.4 Анализ процесса нарастания тока в момент 3 8 начала сварки.
2.5 Расчёт и конструирование сварочного 42 трансформатора.
2.6 Силовой инвертор. 5 0
2.7 Конструкция силового инвертора. 67
2.8 Выводы главы 2. 69
ГЛАВА 3. Разработка ситемы управления источником сварочного тока. 70
3.1 Общие положения. 7 0
3.2 Способы регулирования тока. 71
3.3 Разработка алгоритма управления источником сварочного тока. 81
3.4 Разработка принципиальных схем системы управления. 88
3.4.1. Распределитель импульсов. 89
3.4.2. Задатчик сварочного тока. 91
3.4.3. Датчик тока. 93
3.5 Разработка алгоритма управления сваркой шва 10
3.5.1. Анализ возмущающих воздействий на формирование шва. 10
3.5.2. Особенности формирования швов при контактной сварке.
ГЛАВА 4. Испытания и внедрение разработанного источника.
4.1. Электрические испытания. 106
4.2. Технологические испытания источника. 108
4.3. Сварка на повышенных скоростях. 109
4.4. Производственные испытания и внедрение. 111
Выводы по работе. 116
Список литературы. 119
Приложение 1. Схема блока интегратора. 127
- Объект исследования. Назначение, конструкция, условия эксплуатации, материалы.
- Основные предпосылки.
- Общие положения.
Введение к работе
В настоящее время на производстве остро встала проблема, связанная с недостаточной производительностью процесса контактной шовной сварки ответственных деталей малых и резко различных толщин (толщина тонкой детали от 0,02 до 0,3 мм). Наиболее остро эта ситуация наблюдается при производстве датчиков давления, поскольку повсеместное внедрение систем автоматики в различных отраслях промышленности потребовало значительного увеличения программы выпуска таких изделий.
В работе проанализированы существующие источники сварочного тока, соответствие их технологических возможностей процессу сварки и существующим требованиям, на основе чего были сформулированы требования для проектирования нового источника сварочного тока. На основе этих требований и анализа современных представлений о конструировании преобразователей электрической энергии был разработан инверторный источника тока для контактной шовной сварки, который позволяет получать короткие импульсы сварочного тока заданной формы и длительности.
В первой главе производится анализ изделия, возможных методов сварки. Произведён анализ применяемых на производстве источников сварочного тока с позиции повышения производительности процесса при сохранении качества швов.
Во второй главе рассматривается процесс проектирования силовой части инверторного источника
сварочного тока — силовой инвертор, сварочный трансформатор, выпрямитель.
Третья глава посвящена разработке системы управления инвертором. Рассмотрены различные алгоритмы управления с позиции их возможного применения в источнике тока для контактной сварки. Определены методы компенсации действия возмущений, связанных с процессом сварки, таких как изменения шунтирующей части тока при сварке начала шва, высокое кантактное сопротивление в начальный момент прохождения импульса тока.
В четвёртой главе рассматриваются электрические и технологические испытания источника, внедрение его на производстве.
Объект исследования. Назначение, конструкция, условия эксплуатации, материалы
Во многих изделиях современной техники приходится сваривать контактной шовной сваркой детали толщиной менее 0,5 мм. А так же сваривать детали с большим соотношением толщин (20:1 и более) при толщине тонкой детали менее 0,5 мм. Наиболее типичными и массовыми представителями таких изделий являются сильфонные и мембранные блоки датчиков давления, теплообменники, рекуператоры и т.д. Особенно ответственна роль таких соединений в мембранных датчиках давления. Эти датчики используются в атомной и теплоэнергетике для автоматического контроля и учёта теплоносителей, а также в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами. От качества выполнения сварного соединения мембраны с корпусом зависит точность измерений датчика, а также точность и надежность работы всей системы в целом.
Конструктивное исполнение мембранных блоков определяется их назначением, условиями эксплуатации и технологичностью изготовления деталей и соединений. Общей конструктивной особенностью в датчиках является наличие гибкой мембраны, приваренной по контуру прочно-плотным швом к корпусу - арматуре. Такой сварной узел называют мембранным блоком. На рис.1.1 представлена типичная конструкция мембранных блоков - дифференциального сплава. Арматура изготавливается их стали 08Х18Н10Т. Основные физико-механические свойства этих материалов приведены в табл.1. Химический состав материалов приведён в табл.2.
Основные предпосылки
Результаты эксплуатации зарубежных образцов инверторных источников сварочного тока для контактной сварки в лабораторных и производственных условиях при точечной сварке деталей малых толщин показали перспективность их применения для получения сварных соединений особо высокого и стабильного качества. Однако в нашей стране такие источники до сих пор не производятся, а параметры зарубежных образцов не позволяют их использовать для целей шовной сварки, поскольку они обладают небольшим ПВ. Также необходимо так же отметить высокую стоимость таких источников. Одной из причин этого является то, что в зарубежных источниках для обеспечения малых пульсаций тока используется высокая частота преобразования энергии (до 2 0кГц). Такое схемотехническое решение требует применения высокочастотных диодов и транзисторов, а также специальных материалов для сердечника сварочного трансформатора, что в целом усложняет и удорожает стоимость источника.
Поскольку на производстве уже в течение длительного времени применяется разнообразный парк сварочного оборудования, под конструкцию которого было изготовлено большое количество оснастки и различных приспособлений, позволяющих сваривать всю номенклатуру выпускаемых изделий, то было принято решение о том, что разрабатываемый источник тока должен быть использован не только для комплектования вновь разрабатываемых сварочных установок, но и для модернизации уже существующих. Это означает, что источник будет подключаться к различным существующим машинам, имеющим низкочастотный сварочный трансформатор и определённое сопротивление и индуктивность вторичного контура (сварочной цепи). Следовательно, рабочая частота преобразования энергии в инверторе должна выбираться с учётом этих обстоятельств.
Выбор схемы построения источника
Существует несколько типовых схем построения инверторов (рис.2.1), нашедших широкое применение в промышленности и способных обеспечить требуемый ток в нагрузке [10].
Схема на рис.2.1.,а требует введения дополнительного элемента — стабилизатора напряжения, что снижает КПД преобразователя. При импульсном характере нагрузки (что характерно для контактной сварки) значительно ухудшаются динамические свойства.
Схема на рис.2.1,в требует применения силовых полупроводниковых приборов, способных коммутировать сварочный ток, стоимость которых в настоящее время неприемлема.
Основные предпосылки
В предыдущих главах было показано, что необходимо разработать инверторныи источник сварочного тока для контактной шовной сварки. Была выбрана силовая схема — мостовой инвертор, определены параметры сварочного трансформатора — фиксированная рабочая частота 1000 Гц, необходимость наличия обратной связи по току, необходимость поддержания заданной формы импульса тока.
Система управления должна таким образом формировать импульсы, поступающие на силовые транзисторы, чтобы на выходе источника получить импульсы тока заданной амплитуды, формы и длительности, поэтому при проектировании системы управления необходимо:
определить алгоритм переключения силовых транзисторов инвертора при применении которого возможно обеспечить не только регулирования тока в нагрузке, но и обеспечить постоянство формы импульсов тока при условии их малой длительности; разработать блок-схему системы управления; разработать принципиальные схемы отдельных блоков; разработать управляющую программу для микроконтроллера, обеспечивающую работу системы управления в соответствии с циклограммой процесса шовной сварки.
Способы регулирования тока
Применительно в мостовому инвертору, возможно использовать следующие способы регулирования выходного напряжения и, соответственно, тока [10,18,20]:
1.Амплитудная модуляция (AM).
2. Частотная импульсная модуляция (ЧИМ), когда регулирование напряжения осуществляется изменением частоты следования импульсов напряжения.
3.Широтно-импульсная модуляция (ШИМ), когда регулирование напряжения осуществляется изменением ширины импульсов при неизменной частоте их следования.
4.Частотно-широтно-импульсная (ЧШИМ), когда в одной части диапазона регулирование происходит в режиме ЧИМ, а в другой части диапазона в режиме ШИМ.
5.Интегральная широтно-импульсная модуляция (ИШИМ), когда длительность импульсов определяется всей совокупностью значений управляющего сигнала на тактовом промежутке времени.
