Машины контактной сварки по принципу электропита­ния можно разделить на две группы: машины, потребля­ющие энергию в процессе сварки непосредственно из элек­тросети, и машины, использующие для сварки предвари­тельно накопленную энергию. Применение в машинах второй группы накопителей энергии обусловило основную особенность их работы: операции потребления энергии из электросети и выделения ее при сварке разделены во вре­мени. Указанные особенности устройства и работы опре­деляют энергетические и технологические характеристики машин для контактной сварки запасенной энергией.

Из всех известных способов запасения энергии для свар­ки: в электрических конденсаторах, магнитопроводах сва­рочных трансформаторов, электрохимических аккумулято­рах, вращающихся маховиках — первый способ оказался наиболее пригодным к технической реализации. В настоя­щее время конденсаторные машины (КМ) являются практи­чески единственным видом оборудования для контактной сварки запасенной энергией, применяемым в промышлен­ности. Это не исключает, разумеется, освоения в будущем другого известного способа сварки запасенной энергией.

Накопление энергии (заряд батареи конденсаторов) — наиболее длительная операция цикла работы КМ, им­пульсное выделение энергии в момент сварки (разряд ба­тареи) — наиболее кратковременная операция цикла. Бла­годаря сравнительно большому времени заряда (Т3= = 0,5... 1,5 с) обеспечивается существенное снижение по­требляемой КМ мощности и точное дозирование запаса­емой энергии. По сравнению с машинами аналогичного назначения КМ имеют установленную мощность, в 5— 7 раз меньшую мощности машин низкочастотных и посто­янного тока. Например, при сварке легких сплавов тол­щиной (1,5 +1,5) мм машины переменного тока потребля - 4

ют мощность около 300 кВ • А, КМ — не более 20 кВ • А. При этом КМ практически не снижают коэффициента мощности сети, так как являются для нее преимуществен - но активно-емкостной нагрузкой В случае необходимости установленная мощность данной КМ может быть умень­шена путем увеличения Т3 за счет снижения производи­тельности машины. Энергетическое преимущество КМ наиболее существенно, если они могут быть использованы взамен контактных машин с непосредственным питанием от электросети, мощность которых достигает 1000 кВ-А и более. Такая замена особенно выгодна в тех случаях, когда для подключения весьма мощных машин требуется увели­чение установленной мощности, установка трансформатор­ной подстанции в цехе, увеличение мощности компенсиру­ющих устройств и т. д.

Точное дозирование энергии для сварки осуществляет­ся в КМ благодаря стабилизации рабочего (заданного) напряжения на накопительных конденсаторах. Ввиду того что заряд конденсаторов происходит в течение длительно­го времени (за 20—70 периодов напряжения электросе­ти), удается стабилизировать напряжение батареи конден­саторов Uc с большей точностью, чем напряжение в маши­нах с непосредственным питанием от электросети. В современных КМ системы управления поддерживают Uc в пределах 0,99—1,01 заданного значения при колебаниях напряжения электросети в пределах 0,85—1,10 номиналь­ного значения. В результате обеспечивается высокая ста­бильность сварочного тока КМ. Последняя несколько ниже стабильности Uc, но в большинстве случаев отклонение тока не превышает 2% среднего значения при данной на­стройке КМ. В итоге при сварке на КМ обеспечивается высокая стабильность качества сварных соединений.

Ввиду того что разряд конденсаторов происходит в течение сравнительно короткого времени (время разряда меньше 0,1 с в самых мощных КМ), сварка на КМ осу­ществляется в «жестких» режимах по сравнению с кон­тактными машинами других видов. Например, при точеч­ной сварке легких сплавов толщиной (1,5+1,5) мм время сварки на КМ равно 0,03 с, на машинах низкочастотных и постоянного тока — 0,06 с, на машинах переменного то­ка— 0,14 с; при сварке нержавеющей стали той же толщи­ны время сварки на КМ равно 0,03 с, на остальных маши­нах — 0,18—0,24 с. Импульс сварочного тока КМ не име­ет пульсаций и разрывов, что обусловливает плавное изменение плотности тока — одного из важнейших пара­метров процесса сварки. Это определяет плавное изменение

S

температурного поля и, следовательно, нагревание и рас­плавление свариваемых металлов. Монотонное изменение основных параметров процесса обеспечивает возможность сварки данных деталей без выплесков в наиболее «жест­ком» режиме, при котором случайные отклонения других параметров процесса в меньшей мере влияют на резуль­таты сварки.

Как параметр технологического процесса сварки им­пульс вторичного (сварочного) тока і2 может быть вполне однозначно определен двумя его характеристиками: амп­литудным значением /2а и временем нарастания от нуля

до амплитуды Т2а (рис. 1.1). Экспериментально установ­лено, что формирование сварного соединения заданных размеров при сварке на КМ завершается вскоре после до­стижения током значения /2а, т. е. происходит в течение промежутка времени, практически іравного Г2а. Поэтому параметр T2a допустимо (и удобно, учитывая трудность оп­ределения фактического времени сварки) считать техно­логическим параметром процесса — временем сварки на КМ.

Иногда в качестве времени сварки указывают длитель­ность импульса Т2к, что не совсем правильно, так как су­щественную долю последней составляет спадающая часть импульса, имеющая второстепенное значение для тепло­выделения в процессе сварки. В дальнейшем, при описании импульса i2, будем указывать значение Т2а. При необхо­димости Т2и может быть определено по известному Ті а, так как соотношение их для всех импульсов тока данной КМ является постоянным; для большинства КМ Т2К= = (1,5 ... 2,5) Т2а. Импульс первичного (разрядного) тока а'і также определяется амплитудным значением тока Ла и €

временем нарастания тока Та (рис. 1.1). В обычном слу­чае (намагничивающий ток /ц^0,05 ha в течение периода Ти) амплитудные значения токов связаны отношением /2а—n/ia, где п — коэффициент трансформации сварочно­го трансформатора. При этом практически 7'ia = 72a, Ти = = Г2и. В тех случаях, когда импульс й имеет пологий спад, будем считать длительностью 7и время от начала им­пульса до момента спада тока до значения, равного 0,1 1а.

Кроме рассмотренных выше особенностей КМ, следует отметить повышенную надежность, плавность и удобство* регулирования сварочного тока. Надежность КМ обуслов­лена тем, что сбои в работе тиристоров не влияют на ре­зультаты сварки: неисправности зарядного устройства

блокируются благодаря контролю заданного значения на­пряжения на конденсаторах Uc; при пропусках включения разрядных тиристоров сварка вообще не происходит, при пробоях этих тиристоров разряд батареи конденсаторов нормально продолжается до конца. Плавность и удобство - регулирования сварочного тока обеспечены за счет плавно­го изменения Uc и визуального контроля его по вольт­метру.

Особенности КМ обусловили области их основного при­менения: а) сварка деталей малых толщин и диаметров; КМ являются одним из основных видов оборудования контактной сварки в электронике и приборостроении; б) сварка изделий, не допускающих коробления вследст­вие нагрева или содержащих элементы, температура на­грева которых ограничена, например сварка корпусов интегральных схем и полупроводниковых приборов, свар­ка металлических листов с декоративным покрытием из пластика и т. п.; в) сварка материалов с высокой темпе­ратуро - и электропроводностью, например сварка легких сплавов на основе алюминия и магния и т. п.; г) сварка материалов с различными физико-химическими свойства­ми; д) сварка деталей неравной толщины, причем соотно­шение толщин при сварке на КМ может быть наибольшим по сравнению с другими способами контактной сварки. При прочих равных условиях применение КМ оказывается предпочтительным в большинстве тех случаев, когда тре­буется высокая стабильность качества сварных соединений (например, при изготовлении изделий ответственного на­значения), а также при перегруженной или маломощной электросети.

Одна из особенностей КМ—«жесткость» импульса сварочного тока — в некоторых случаях сварки обращает­ся в недостаток, ограничивающий возможности машин. На-

т

пример, по этой причине затруднена сварка на существу­ющих КМ сплавов типа АМгб толщиной 2,0 мм, в то вре­мя как на них же сварка легких сплавов других типов осуществляется с наилучшими результатами. Толщина де­талей из легких сплавов, свариваемых на существующих КМ, не превышает 3,0 мм. Создание КМ обычного типа для сварки деталей большей толщины нецелесообразно, так как при дальнейшем увеличении длительности им­пульса тока относительно резко возрастают масса и габа­риты батареи конденсаторов и сварочного трансформато­ра, а также стоимость КМ.

В других случаях недостатком КМ является ограни­ченная возможность управления сварочным током в про­цессе сварки. В результате при достаточной длительности «мпульса тока иногда трудно получить форму импульса, технологически наиболее оптимальную при сварке данных деталей. Попытки преодолеть этот недостаток КМ путем комбинирования разрядов нескольких батарей конденса­торов, сочетания тока разряда батареи с током иного ро­да и т. д. дают положительные результаты лишь в част - иых случаях. В последние годы разработаны КМ с преоб­разованием разрядного тока конденсаторов в переменный ток на первичной обмотке сварочного трансформатора, при­чем частота первичного тока составляет от десятков до сотен, иногда тысяч герц. Регулируя частоту переменного тока и число импульсов в пачке, воздействуют на форму импульса и на процесс тепловыделения во время сварки. Перспективными областями для использования КМ этого типа являются: а) микросварка, где ток промышленной частоты является лимитирующим фактором для получения высококачественных соединений; б) сварка больших тол - ацин и сечений, в том числе рельефная сварка большого числа компактных рельефов или сварка рельефов развито­го сечения, когда снижение потребляемой из электросети їґіощности становится одним из важнейших факторов.

Учитывая тенденции в разработке КМ, можно предпо­ложить, что в дальнейшем будут созданы новые типы ма­шин, большинство которых составят мощные специализи­рованные машины. Наряду с КМ обычного типа (с нерегу­лируемым в процессе сварки током) будут применяться КМ с преобразованием разрядного тока в переменный ток ■повышенной частоты и с модулированным импульсом тока, а также КМ с ограниченным управлением, получаемым за счет наложения разрядных токов двух и более батарей конденсаторов. Область применения КМ должна расши­ряться как за счет создания специализированных машин для сварки новых изделий, материалы и толщины кото - рых находятся в диапазоне уже освоенных, так и за счет расширения диапазона толщин деталей и свариваемых се­чений. Значительный резерв улучшения мощных КМ зало­жен в повышении производительности машин, ограничен­ной, как правило, допустимым темпом циклирования элек­тролитических конденсаторов в режиме заряд—разряд. Предполагается разработать новые конденсаторы с увели­чением среднего темпа циклирования до 40 циклов в ми­нуту, а также новые силовые схемы КМ, ограничивающие разряд конденсаторов по напряжению на уровне 20—40°/о' номинального, что позволит повысить производительность, машин приблизительно вдвое. Эффективным путем повы­шения производительности КМ в два и более раза явля­ется также применение неполярных, например металлобу­мажных, конденсаторов. Увеличение рабочего напряжения до 1000 В, более удобная, если учесть прямоугольный кор­пус, компоновка конденсаторов в батарее, отсутствие вен­тиляторных систем охлаждения позволяет при этом сохра­нить массу и габариты конденсаторной батареи на уровне параметров батареи с электролитическими конденсато­рами.