Конденсаторная сварка металлов малых толщин: Конденсаторная сварка металлов малых толщин (1960) В.Э. Моравский

Содержание

Особенности конденсаторной сварки разнородных и разнотолщинных деталей.

С.В. Овчинников, магистр

Конденсаторная сварка является одним из видов контактной сварки. Физически конденсаторная сварка – технологический процесс, при котором неразъемное соединение деталей осуществляется благодаря тепловыделению в них от сварочного тока, проходящего при использовании заранее накопленного количества энергии.

При конденсаторной сварке в качестве аккумулирующей системы используется батарея электрических конденсаторов. Энергия в конденсаторах накапливается при их зарядке от источника постоянного напряжения, а затем в процессе их разряда используется в виде тепла для сварки.

Важным технологическим преимуществом конденсаторной сварки является практически мгновенный процесс разряда конденсатора. Этот способ позволяет сваривать очень большое число марок металлов и сплавов с различными теплофизическими свойствами, а также осуществлять сварку металла малых толщин с металлом практически любой толщины.

[5]

1. Особенности конденсаторной сварки разнородных и разнотолщинных материалов

1.1 Сварка деталей из материалов неравной толщины

Получение качественных соединений деталей неравной толщины может быть достигнуто в первую очередь за счет регулирования интенсивности двух процессов выделения тепла в стыке деталей и его отвода в электроды. Первое достигается локальным увеличением плотности тока или электрического сопротивления. При этом для сохранения стационарного поля тока и высокой плотности в контакте между деталями применяется «жесткий» режим сварки.

С целью сохранения высокой плотности тока в течение всего процесса сварки могут быть использованы рельефы или изолирующие прокладки.

Интенсивное выделение тепла в контакте можно получить при размещении между деталями тонких пластин или плакировки из материалов с повышенным электрическим сопротивлением. Некоторое снижение плотности тока на периферии контакта и тем самым локальное тепловыделение в пределах площади, соответствующей диаметру электрода, удается получить при использовании противотока от дополнительного источника электроэнергии. Величина противотока должна быть примерно равна основному сварочному току. [6]

Регулирование теплоотвода и плотности тока в тонкой детали при сварке деталей различной толщины является более простым способом получения качественных соединений и поэтому находит широкое применение в промышленности. Сварка производится преимущественно на «мягких» режимах.

Регулировать расположение области расплавления можно также за счет изменения усилия сжатия между электродами во время нагревания металла по специальной программе. Так, например, при плавном нарастании усилия сжатия за счет уменьшения площади фактического контакта можно поддерживать высокую плотность тока до конца формирования ядра сварной точки. С этой же целью в ряде случаев целесообразно ограничивать перемещение электродов навстречу друг другу путем, например, стопорения одного из них.

Следует отметить, что особые сложности в выборе оптимальных схем и режимов сварки возникают при малой толщине более тонкой детали (менее 0,5 мм).[3]

Основные характеристики и области применения конденсаторных машин контактной сварки



Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!


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 (Тз= 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 потребляют мощность около 300 кВ-А, КМ — не более 20 кВ-Д. При этом КМ практически не снижают коэффициента мощности сети, так как являются для нее преимущественно активно-емкостной нагрузкой. В случае необходимости установленная мощность данной КМ может быть уменьшена путем увеличения Т

з 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 Uс 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 U

с, 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 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 i2 может быть вполне  однозначно определен двумя его характеристиками: амплитудным значением I2a и временем нарастания от нуля до амплитуды Т2a (рис. 1.1). Экспериментально установлено, что формирование сварного соединения заданных размеров при сварке на КМ завершается вскоре после достижения током значения I2a, т. е. происходит в течение промежутка времени, практически (равного Т2a. Поэтому  параметр Т2a

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 Т, 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 Т2a. При необходимости Т может быть определено по известному Т2а, так как соотношение их для всех импульсов тока данной КМ является постоянным; для большинства КМ Т=  (1,5 … 2,5) Т2a

. Импульс первичного (разрядного) тока i1 также определяется амплитудным значением тока I1a и временем нарастания тока T1a (рис. 11). В обычном случае (намагничивающий ток Iμ≤0,05I1a в течение периода T1a) амплитудные значения токов связаны отношением I2a=nI1a, где n — коэффициент трансформации сварочного трансформатора. При ЭТОМ практически Т1a=T2a, T=T.  В тех случаях, когда импульс i1 имеет пологий спад, будем считать длительностью T время от начала импульса до момента спада тока до значения, равного 0,1I1a.

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. Например, по этой причине затруднена сварка на существующих КМ сплавов типа АМг6 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 KM, 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 импульса 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 частных 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 толщин и сечений, в том числе рельефная сварка большого числа компактных рельефов или сварка рельефов развитого сечения, когда снижение потребляемой из электросети мощности 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 которых 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% 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.

Белов А. Б. «Конденсаторные машины для контактной сварки», 1984

См. также:

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КОНДЕНСАТОРНЫХ МАШИН | Мастерская своего дела

5.1. Машины для точечной сварки деталей малых толщин

Возможность получения стабильных импульсов тока длительностью менее 0,01 с обусловила широкое приме­нение КМ для точечной сварки деталей толщиной до 0,3 мм. Этому обстоятельству, собственно, и обязаны КМ своим появлением: впервые КМ была применена именно для сварки деталей малых толщин из нержавеющей стали.

Импульсы тока длительностью менее 0,01 с, подобные импульсам тока КМ, могут быть получены на машинах переменного тока с фазовым регулированием. В этом от­ношении машины обоих видов имеют примерно одинаковые технологические возможности при сварке деталей толщи­ной менее 0,3 мм. Однако применение КМ зачастую явля­ется предпочтительным благодаря высокой стабильности тока и возможности его плавного регулирования за счет плавного изменения напряжения на конденсаторах.

При длительности импульсов тока более одного полу — периода промышленной частоты, т. е. при времени сварки более 0,01 с, подобие формы импульсов исчезает: импульс машин переменного тока имеет прерывистый характер, в то время как форма импульса тока КМ остается плавной. Это различие обусловливает неодинаковые возможности машин при сварке деталей толщиной более 0,3 мм: пуль­сации тока затрудняют получение высококачественных сварных соединений на машинах переменного тока. При увеличении фазовой отсечки тока, например с целью модуляции тока для предотвращения выплесков, трудности подбора режима сварки на машине переменного тока воз­растают. Таким образом, применение КМ в большинстве случаев сварки деталей малых толщин оказывается наи­более целесообразным.

Во ВНИИЭСО разработаны КМ общего назначения типов МТК-1201 и МТК-1601 для точечной сварки дета­лей из цветных и черных металлов толщиной менее 1,0 мм. Машины близки друг другу по характеристикам и техни­ческим решениям некоторых узлов, но существенно отли­чаются по конструктивным параметрам и технологическим

Технические данные машин

MTK-I20I

МТК-1601

Т КМ-14

ТКМ-15

Номинальный сварочный ток: амплитуда, кА…………………

12

16

время до амплитуды, с-10-3 …………………………………….

2

3,6

Номинальная мощность, потреб­ляемая из сети, кВ-А. . .

1.0

2,0

0,3

0,6

Наибольшая запасаемая энер­гия, Дж………………………………………

240

400

60

600

Емкость батареи и конденсато­ров, мкФ……………………………………

320—1920

640—3200

50—750

100—1200

Напряжение иа батарее кон­денсаторов, В:

при сварке……………………….

100-

-500

200-400

150—1000

при подогреве…………………..

1

О

О

1

сл

о

о

200-300

Привод сжатия электродов. .

Пневматический

Педаль-

Педаль-

Усилие сжатия электродов, даН

3—50

9-63

иый

0,05-7

ный с электро — гидротол­кателем

1—50

Вылет электродов, мм….

Ход верхнего электрода, мм: рабочий…………………………..

С

50

15

20

дополнительный………………

25

Максимальный темп работы ис­точника питания, циклы в минуту…………………………………………..

Толщина свариваемых деталей, мм:

латунь…………………………….

0,05—0,4

120

0,05—0,6

100

никель…………………………….

0,01—0,2

нержавеющая сталь. . . низкоуглеродистая сталь

0,05—0,5

0,05-0,8

0,05-0,7

Габаритные размеры, мм:

высота……………………………..

1350

1365

1000

685

ширина…………………………….

1000

940

780

800

длина………………………………

700

980

1285

Масса, кг………………………………..

270

400

200

возможностям. Основные технические данные машин при­ведены в табл. 5.1.

Корпус машины МТК-1201 имеет форму стола с тум­бой. На столешнице установлена силовая стойка, на кронштейне которой закреплен привод сжатия электродов. Стойка закрыта съемным кожухом, внутри которого раз­мещено пневматическое устройство. Корпус машины МТК-1601 (рис. 5.1) имеет форму шкафа с выступающими

Рис. 5.1. Машина МТК-1601

вперед основанием, столешницей и силовой стойкой. Сто­лешница может сниматься, что позволяет сваривать на машине более крупные по размерам изделия, чем на ма­шине МТК-1201. На верхнем кронштейне силовой стойки закреплен пневматический привод сжатия электродов с верхней электродной частью, на нижнем кронштейне — нижняя электродная часть. Слева от стойки находится блок пневматического устройства, справа — блок питания и блок управления. Для осмотра и ремонта блок управле­ния поворачивается вокруг вертикальной оси и раскрыва­ется над столешницей таким образом, что обеспечивает удобный доступ ко всем точкам внутреннего монтажа блока.

Позади силовой стойки размещен сварочный транс­форматор броневого типа, с цилиндрическими обмотками, залитыми эпоксидным компаундом, и с магнитопроводом, набранным из пластин низкоуглеродистой стали толщиной 2 мм. Магнитопровод имеет воздушный зазор 2 мм.

В нижней части корпуса расположены батарея конден­саторов, блок тиристоров и диодов, зарядный трансформа­тор и остальные элементы силового электрического уст­ройства и других устройств машины. Для доступа внутрь корпуса имеется двустворчатая дверь с задней стороны машины.

к!

Рис. 5.2. Силовая электрическая схема машины МТК-1601

На рис. 5.2 изображена принципиальная схема силовой электрической части машины МТК-1601. Батарея конден­саторов Сн состоит из 20 металлобумажных конденсаторов МБГВ (160 мкФ, 500 В) и разделена на три секции: 4 + + 8+8 конденсаторов. Специальный переключатель обес­печивает регулирование емкости батареи четырьмя ступе­нями. Заряд батареи производится от неуправляемого мо­стового выпрямителя VI через тиристор VS1 и токоогра­ничительный резистор R1. Выпрямитель VI подключается к повышающему зарядному трансформатору Т через кон­такты пускателя К1, один из контактов которого включен также в цепь резистора R2, предназначенного для шунти­рования батареи Сн при отключениях выпрямителя VI от трансформатора Т. Первичная обмотка Т присоединяется к электросети через автоматический выключатель F.

Тиристор VS2 служит для шунтирования зарядного вы­прямителя VI в момент достижения напряжением на кон­денсаторах батареи Си заданного уровня. Применение шунтирующего тиристора KS2 обеспечивает высокую ста­бильность рабочего напряжения на конденсаторах машины МТК-1601, работающей в режиме релаксационного сброса напряжения при разряде (см. § 1.3). Для ограничения 88

шунтирующего тока последовательно с KS.2 включена одна секция резистора R1.

Разряд батареи на первичную обмотку сварочного трансформатора ТС осуществляется через тиристор VS3. Импульсы разрядного тока батареи следуют через обмот­ку ГС в одном направлении. В случае необходимости на­правление импульсов тока может быть изменено на про­тивоположное с помощью пакетного переключателя S1. Переключение двух ступеней первичной обмотки ТС, со­стоящей из двух секций, осуществляется пакетным пере­ключателем S2.

Силовая электрическая часть машины МКТ-1201 вы­полнена в основном по рассмотренной схеме и имеет сле­дующие отличия: отсутствуют шунтирующий вентиль VS2 и переключатель полярности тока Si; ограничивающее со­противление регулируется с помощью переключателя од­новременно с изменением емкости батареи (сопротивление увеличивается при уменьшении емкости и наоборот). По­следнее способствует стабилизации заданного напряже­ния на конденсаторах машины МТК-1201, работающей в режиме автоматического поддержания напряжения (см. § 1.3). Батарея конденсаторов состоит из двенадцати конденсаторов типа МБГВ, разделенных на три секции: 2 + + 2 + 8 конденсаторов. Первичная обмотка сварочного трансформатора имеет четыре секции и четыре ступени включения.

Цепи управления машин полностью отличаются друг от друга как по схеме, так и по элементной базе. В маши­не МТК-1201 используются полупроводниковые приборы и электромагнитные реле, причем последние работают в каждом цикле. Цикл работы машины МТК-1201 состоит из трех операций: «сжатие», «сварка» и «пауза», очередность и длительность которых определяются регулятором цикла, состоящим из однотипных транзисторно-релейных ячеек с /?С-цепочками задержки времени.

Аппаратура управления машины МТК-1601 собрана на стандартных логических элементах серии «Логика-Т» и не содержит электромагнитных реле. Регулируемые элементы и переключатели, рукоятки которых выведены на панель управления, позволяют установить требуемый режим ра­боты машины. Сварка деталей на машине МТК-1601 мо­жет осуществляться как одним, так и двумя импульсами. В двухимпульсном цикле сварки заряд батареи осуществ­ляется дважды и до разных уровней напряжения, причем при первом заряде напряжение на конденсаторах может быть выше или ниже, чем при втором. Это возможно бла­годаря применению двух работающих по очереди каналов управления, на входные элементы которых подаются сигналы обратной связи по напряжению на конденсаторах. Последние регулируются независимо друг от друга.

Основным отличием одноимпульсного режима, кроме одного импульса тока, является двухступенчатый заряд батареи конденсаторов, осуществляемый за счет исполь­зования обоих каналов управления зарядом при одном заданном уровне напряжения на конденсаторах [2]. При настройке на цикл одноимпульсной сварки входы обоих каналов управления подключаются к одному задатчику уровня напряжения, при этом уровень срабатывания поро­гового элемента в первом канале управления искусствен­но занижается (примерно на 20%) относительно уровня срабатывания порогового элемента второго канала управ­ления. В результате заряд конденсаторов начинается сра­зу после окончания операции «сварка» и прекращается при напряжении ниже заданного примерно на 20%. По окон­чании операции «сжатие» происходит дозаряд конденса­торов до заданного уровня и разряд последних на сварочный трансформатор. Двухступенчатый заряд кон­денсаторов в цикле одноимпульсной сварки позволяет значительно снизить потребляемую мощность, размеры и стоимость зарядного устройства по сравнению с односту­пенчатым зарядом, осуществляемым после зажатия дета­лей между электродами машины (при условии, что темп работы и длительность паузы одинаковы в обоих случаях).

Для облегчения поиска возможных неисправностей в цепях управления машины МТК-1601 предусмотрен блок контроля: выведенные на панель управления переключа­тель и сигнальная лампа блока позволяют по очереди про­верить сигналы в девяти точках схемы управления.

В машине МТК-1201 применены два пневматических привода: диафрагменный привод, обеспечивающий рабочий ход верхнего электрода и сварочное усилие сжатия элек­тродов, и поршневой привод дополнительного хода верхне­го электрода. Пневматический привод машины МТК-1201 обеспечивает широкий (1:20) диапазон регулирования уси­лия сжатия электродов и высокую подвижность верхнего электрода в процессе сварки. Последнее обусловлено при­менением резиновых диафрагм и направляющих качения, а также отсутствием уплотнений по штоку и малой массой движущихся частей.

В машине МТК-1601 применен пневматический привод с двумя поршнями — рабочим и вспомогательным. Первый (нижний) поршень связан с ползуном, перемещающимся

в направляющих качения, и служит для создания усилия сжатия электродов. Второй (верхний) поршень использу­ется для регулирования рабочего хода электрода и для обеспечения дополнительного хода электрода. Приводы такого типа широко используются в машинах контактной сварки. В приводе применены воротниковые манжеты, рас­считанные на относительно низкие давления сжатого воз­духа, т. е. манжеты с небольшими по высоте и эластичны­ми краями. Это позволило заметно снизить трение сколь­жения и, следовательно, повысить стабильность малых (несколько деканьютонов) усилий сжатия электродов. Повышенные динамические качества поршневого привода с новыми манжетами позволили применить его к мало­мощной машине взамен диафрагменного привода, так как по сравнению с последним он обладает рядом преиму­ществ. К ним, в частности, относятся большой ход элект­рода, независимость развиваемого усилия от хода элект­рода.

Машина МТК-1201 была разработана взамен машины МТК-2 и серийно выпускалась до 1975 г. Машина МТК-1601, серийное изготовление которой началось с 1976 г., заменяет машину МТК-1201. Наряду с этими ма­шинами в стране серийно производятся КМ малой мощно­сти серни ТКМ, среди которых наиболее распространен­ной является машина ТКМ-7. Машины этой серин были первыми отечественными КМ промышленного применения, широко известны и поэтому здесь не рассматриваются. В последние годы в ИЭС имени Е. О. Патона были разра­ботаны новые КМ малой мощности, среди которых от­метим серийные машины ТКМ-15 и ТКМ-14.

Машина ТКМ-15 заменяет ТКМ-7 и предназначена для точечной сварки деталей из цветных и черных металлов и сплавов толщиной до 0,7 мм и диаметром до 1,5 мм. В машине применены педальный механизм сжатия элект­родов с высокими динамическими свойствами и источник питания, обеспечивающий комбинированный цикл подо­грев — сварка. Бесконтактная схема управления и тири­сторы в силовых цепях обеспечивают надежность машины.

Машина ТКМ-14 предназначена для точечной сварки микродеталей при производстве изделий электроники, ра­диоэлектроники и точного приборостроения. Сварочная головка машины размещена под колпаком, и сварка де­талей производится в очищенной от пыли воздушной среде. Источник питания с бесконтактной схемой управления обеспечивает двухимпульсный цикл сварки подогрев — сварка. Педальный механизм сжатия электродов обеспе­чивает соосность электродов и параллельность их рабочих плоскостей. Основные технические данные машин ТКМ-14 и ТКМ-15 приведены в табл. 5.1.

Приварка шпилек: Полное руководство

Приварка шпилек — это метод, при котором металлическая застежка приваривается к другой металлической детали с использованием электрической дуги для нагрева обеих частей. Это один из многих типов сварки , доступных профессионалам в машиностроительной, строительной и производственной отраслях. Многие предпочитают этот процесс из-за его скорости, надежности и мощных результатов, которые он дает. Узнайте больше о том, что включает в себя приварка шпилек, различные доступные процессы и преимущества приварки шпилек по сравнению с другими методами, из нашего окончательного руководства.

Что такое приварка шпилек?

Инженеры, производители и ряд других специалистов используют приварку шпилек для эффективного крепления шпилек и других крепежных элементов к листовым металлам из различных материалов и толщины. Операторы приваривают шпильки к различным металлическим предметам, таким как переключатели, кнопки, печатные платы, накладки, ручки, люки, ограждения механизмов, трубы, ножки, кронштейны, а также огнезащитные или изоляционные материалы. Этот процесс также подходит для декоративных и потребительских товаров, таких как вывески, значки, таблички с именами, украшения и товары для дома.

Металлы, обычно используемые для приварки шпилек, включают нержавеющую сталь, мягкую сталь, алюминий, алюминиевый сплав, медь и латунь. Сами шпильки могут быть с резьбой, без резьбы или с внутренней резьбой. Размеры шпилек варьируются от 1 мм до 25 мм со специальными насадками для пистолета.

Почему стоит выбрать приварку шпилек?

Выбор приварки шпилек имеет много преимуществ по сравнению с другими методами сварки, когда речь идет о креплении крепежных изделий. Включая меньше шагов для невероятно быстрого крепления, приварка шпилек требует доступа только к одной стороне основного материала.Это также не приводит к обратной маркировке в большинстве приложений. Это означает, что шпильки также невероятно прочны, так как вам не нужно пробивать отверстия и снимать заусенцы, что также может вызвать проблемы с утечкой и окрашиванием. На самом деле, сварное соединение прочнее основного материала или оригинальной шпильки! Поэтому многие профессионалы предпочитают этот процесс другим, таким как сверление, нарезание резьбы, обратная сварка, точечная сварка и болтовое соединение.

Процессы приварки шпилек

Приварка шпилек включает три основных процесса: разрядка конденсатора, вытяжная дуга и короткий цикл (другая форма дуговой приварки шпилек).Каждый метод сильно отличается с точки зрения шипов, исходных материалов, энергопотребления и возможностей. Узнайте больше о каком-либо методе и как они сравнивают:

конденсаторный разрядной сварки

RIDI диапазон
RSM
Multigun
CDM Multigun

Процесс разряда конденсатора из наиболее распространенных сварочных процессов в производственных целях. Он включает в себя размещение шпильки с выступом на тонком металлическом листе, который является плоским и чистым.Заряженные конденсаторы разряжают импульс высокого тока, расплавляя шпильку и создавая дугу. Затем шпилька приваривается к листу благодаря давлению возвратной пружины, обеспечивая полное сплавление фланца.

Процесс разрядки конденсатора совместим с материалами толщиной от 0,7 мм и подходит для шпилек меньшего диаметра. Для наших аппаратов для приварки болтов с конденсаторным разрядом требуется однофазный источник питания 240/110 В. Этот экономичный и быстрый процесс подходит для материалов из алюминия, латуни, низкоуглеродистой стали и нержавеющей стали, а также требует минимальной обратной маркировки.Это не самый терпимый метод; Сварка конденсаторным разрядом не подходит для искривленных или иным образом несовершенных поверхностей. Тем не менее, в правильных условиях приварка шпилек CD является фантастическим выбором для эффективного, мощного и недорогого крепления шпилек.

Drawn Arc приварки

1200E Контроллер
1600E Контроллер
2000E Контроллер
2700E Контроллер

Для материнских материалов выше на 2 мм в толщину, Приварка шпилек вытянутой дугой является идеальным методом.Метод вытянутой дуги подходит для крепежа большего диаметра (от 3 до 25 мм). Он обеспечивает очень контролируемую, аккуратную кромку сварного шва с сильным проплавлением. Вытянутая дуга также работает с материалами, которые имеют кривизну или дефекты, что делает этот метод более гибким, чем разрядка конденсатора. Тем не менее, для достижения этих результатов требуется трехфазный источник питания 415 В, поэтому компакт-диск по-прежнему может быть более жизнеспособным выбором для некоторых операций. Метод вытянутой дуги также требует использования наконечников (керамических экранов), чтобы удерживать ванну расплавленного металла между шпилькой и основным материалом.Это добавляет дополнительные шаги к рабочей нагрузке.

При вытягивании дуги оператор помещает шпильку на пластину и запускает вспомогательную дугу, в то время как шпилька поднимается на заданную высоту. Следующая основная дуга плавит привариваемый конец шпильки в расплавленную ванну на пластине. Обратное давление выковывает шпильку в эту лужу. Окружающий наконечник формирует скругление; затем оператор откалывает наконечник. Метод вытянутой дуги является единственным способом приварки шпилек большого диаметра и подходит для применения с несколькими пистолетами.Использование флюса в шпильке также поддерживает чистоту зоны сварки, поскольку он испаряется и вступает в реакцию с загрязняющими веществами. Наша самая большая машина с дуговой сваркой — это система 2700E, которая может сваривать шпильки диаметром 25 мм.

Приварка шпилек коротким циклом

Приварка шпилек коротким циклом во многих отношениях похожа на процесс вытяжной дуги, но, в отличие от вытянутой дуги, не требует наконечников или флюса, вместо этого используется инертный защитный газ. Это упрощает автоматизацию операций, так как шагов меньше.Короткий цикл также обычно быстрее, чем нарисованная дуга. В этом процессе используются высокие токи для создания большего количества сварных швов за меньшее время, что делает его идеальным для больших объемов работ. Однако важно отметить, что метод короткого цикла может привести к образованию пористых сварных швов, если он используется без защитного газа. Это может сделать результаты немного слабее, чем при дуговой сварке вытянутым электродом. Он также имеет меньшую проникающую глубину. Поэтому важно выбирать короткий курс только тогда, когда быстрые и недорогие результаты важнее силы.

С другой стороны, когда это применимо, процесс с коротким циклом является отличным выбором для многих операций. Вы можете использовать приварные шпильки CD, которые, как правило, дешевле, чем их аналоги DA. В то же время вы также можете работать с более толстыми материалами, чем установки с конденсаторным разрядом, а также с металлическими листами, имеющими кривизну или дефекты. Во многих отношениях короткий цикл — лучшее из обоих миров!

Автоматизированная сварка шпильки

машины с ЧПУ
33
1
33
Autofeed Pistol

Автоматизация стала важным соображением для ряда отраслей промышленности; Автоматизированные машины могут сэкономить время, уменьшить количество ошибок и, в конечном счете, сократить расходы для компаний в конкурентных областях.Это в не меньшей степени относится к приварке шпилек, где автоматизация более чем возможна для различных применений. У нас есть несколько уровней автоматизации, доступных для наших клиентов. Это включает в себя все, от автоматизированных средств загрузки и разгрузки деталей до полной роботизированной приварки шпилек к 3D-объектам. Наши станки с ЧПУ невероятно мощные и точные. Мы можем предоставить несколько сварочных головок и контроллеров, а также автоматические чаши для подачи шпилек для непрерывного рабочего процесса.

Видеоматериалы о приварке шпилек

Когда дело доходит до машин, посмотреть, что можно сделать, может быть так же полезно, как прочитать о методах и деталях.У нас есть обширная видеотека наших машин. Это включает в себя зажимы процессов конденсаторного разряда и вытянутой дуги, а также автоматизированные и роботизированные системы приварки шпилек. Ознакомьтесь со следующими плейлистами:

Видео о разрядке конденсаторов

Посмотрите наши машины для разрядки конденсаторов в действии с нашими пистолетами Contact и Lift Gap, а также процесс разрядки конденсаторов с помощью роботизированной системы.

Посмотреть полный плейлист Capacitor Discharge здесь .

Видеоролики с вытянутой дугой

Мы создали видеоролики для многих наших специализированных контроллеров вытянутой дуги, включая системы 1200, 1600E и 2000E. См. каждый из шагов, участвующих в процессе рисования дуги по всему диапазону.

Посмотреть полный плейлист Drawn Arc здесь .

Автоматизированные видеоролики

Автоматическая приварка шпилек — это то, что становится действительно интересным! У нас есть видео для автоматических систем, включая 2-осевые и 4-осевые станки, а также полностью автоматизированная система в действии (со станциями загрузки и разгрузки).

Посмотреть полный автоматический плейлист здесь .

Роботизированные видеоролики

Роботизированная приварка шпилек — важная форма автоматизации, создающая множество возможностей для полностью автоматизированных и быстрых производственных операций. Эти видеоролики действительно демонстрируют невероятную мощь автоматизации в полевых условиях.

Посмотреть все наши видеоролики о робототехнике здесь .

Приварка шпилек

Есть еще вопросы о приварке шпилек и о том, что она может дать вам? Свяжитесь с Taylor Studwelding по номеру сегодня, и мы будем рады предоставить дополнительную информацию.

Сварочные процессы — Image Industries

Процесс дуговой сварки шпилек

Приварка шпилек дуговой вытяжкой представляет собой процесс, при котором металлический шпильку соединяют с металлической заготовкой путем нагревания обеих частей дугой. Он позволяет выполнять прочные односторонние сварные швы на основных металлах толщиной от 0,048 дюйма (1,2 мм) и сваривает их всего за 0,06 секунды.

Во время процесса шпилька загружается в патрон инструмента для приварки шпилек, а на конец надевается обойма.Затем сварочный инструмент помещается напротив рабочего положения. Когда триггер нажат, источник питания постоянного тока посылает сигнал, активирующий внутренний подъемный механизм сварочного инструмента, который поднимает шпильку и рисует вспомогательную дугу.

Ключевым фактором, который отличает приварку шпилек от других способов крепления, является то, что крепеж прикрепляется к заготовке, не повреждая другую сторону. Этот метод обеспечивает высоконадежное крепление для широкого спектра применений и позволяет быстро приварить к заготовке металлическую шпильку практически любого размера и конфигурации, обеспечивая при этом максимальное проплавление и надежность сварного шва.

Преимущества вытянутой дуги

Приварка шпилек вытянутой дугой обеспечивает отличные результаты сварки в широком диапазоне условий. Он создает сварной шов с полным поперечным сечением, образуя соединение, которое прочнее, чем окружающий металл. В этом разделе рассматриваются преимущества качества, производительности и стоимости, в том числе: повышенная прочность сварного шва; эстетическая привлекательность; широкая свобода дизайна; более быстрое и простое производство с меньшим количеством шагов; экономия труда; и экономия на производстве.

Приложения нарисованной дуги

Сварка, выполненная методом дуговой сварки, имеет множество преимуществ, включая высокую структурную целостность, превосходную производительность, герметичность, коррозионную стойкость, а также создание соединения, менее подверженного ослаблению из-за шума и вибрации.

Наши клиенты нашли широкое применение в широком спектре приложений, включая:

  • Автомобили, включая тяжелые грузовики
  • Строительная техника
  • Сельскохозяйственная техника
  • Дорожная техника
  • Институциональный аппарат
  • Металлическая мебель
  • Изделия из металла
  • Промышленный
  • Производство электроэнергии
  • Распределение Генераторы
  • Судостроение
  • Садово-парковое оборудование
  • Электрические/электронные шкафы

Дополнительная информация о нашем оборудовании для дуговой сварки, аксессуарах и расходных материалах.

Разрядка конденсатора (CD) Процесс приварки шпилек

Приварка шпилек CD с использованием очень короткого времени сварки позволяет приваривать шпильки малого диаметра к тонким и легким материалам. Цикл сварки может быть завершен за 0,01 секунды для материала толщиной от 0,020 дюйма (0,5 мм). Такое быстрое время сварки сводит к минимуму накопление тепла, что приводит к сварке с очень небольшим искажением, обесцвечиванием или пригоранием. Поэтому этот тип процесса часто используется, когда внешний вид является важной характеристикой продукта.

Метод приварки шпилек CD, используемый в основном для сварки шпилек из мягкой стали, нержавеющей стали и алюминия, включает два основных метода: контактный и зазорный.Для обоих требуется шпилька специальной конструкции с выступом или запальным наконечником на приваренном конце. Этот наконечник обеспечивает точный контроль времени сварки с точной воспроизводимостью.

Преимущества компакт-диска

Этот процесс позволяет создавать сварные швы высокой прочности даже на тонколистовых материалах. Кроме того, он позволяет сваривать разнородные металлы, поскольку проникновение сварного шва настолько незначительно, что предотвращаются металлургические проблемы.

Преимущества качества, производительности и стоимости включают в себя: привлекательный внешний вид с минимальным выгоранием, прочность в легких приложениях, минимальную маркировку на обратной стороне, быстрый процесс с меньшим количеством этапов сборки, экономию трудозатрат и экономию на производстве.

CD-приложения

Обеспечивая быструю сварку легких или тонких материалов практически без искажений, сварка CD может использоваться для: ювелирных изделий, скобяных изделий, кухонной посуды, электрооборудования, посуды, электрики/электроники и дверей.

Более подробная информация доступна о нашем оборудовании для разрядки конденсаторов (CD), аксессуарах и расходных материалах.

Аппарат для приварки шпилек

— CruxWeld

Обзор приварки шпилек

Приварка шпилек относится к процессу соединения шпилек круглой формы с плоской металлической деталью с использованием сварочной дуги и приложения силы прижатия.Поверхности соединяются в жидком состоянии без наполнителя.

Это быстрый, простой и точный процесс сварки двух одинаковых или разных металлов без использования расходных материалов. Крепежи бывают разных категорий: резьбовые, необработанные, с лентой и имеют разные размеры в зависимости от требований заказчика. Основные металлы и шпильки могут относиться к категории металлов, таких как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, сплавы и алюминий. Соединение двух поверхностей произошло под действием тепла и давления.

Приварка шпилек отличается надежностью и оперативностью. Многие отрасли и приложения предназначены исключительно для них. Здесь мы шаг за шагом опишем процесс приварки шпилек.

Основные преимущества приварки шпилек
  • Этот процесс широко применяется для внешнего вида сварного шва, так как на противоположной стороне заготовки нет метки.
  • Максимальная адаптируемость при приварке шпилек, поскольку можно приваривать шпильки любого типа, с резьбой, без резьбы и с внутренней резьбой.Металл заготовки и шпильки может быть из углеродистой стали, нержавеющей стали, меди и алюминия.
  • Сварщик шпилек работает на одной стороне металла. Это делает пользователя удобным, так как он не будет искривляться во время сварки.
  • Нет, перед сваркой в ​​заготовке делается любое отверстие.
  • Чистый процесс сварки без ржавчины и утечек.
  • Соединение прочнее основного материала.
  • Новичок в сварке может легко управлять оборудованием и получать отличные результаты
  • Экономичный процесс для быстрого соединения шпилек и навыков сварщика.
  • Возможно использование в автоматизации крупных производств.
  • Форма основного металла остается неизменной.

Два типа приварки шпилек

Это полезная процедура, не требующая традиционного способа установки крепежа на заготовку. Нет необходимости просверливать отверстие при приварке шпилек. Тепло дуги плавит поверхность крепежа и основного металла. Крепеж прижимается к поверхности заготовки в правильном положении. Когда эта застежка и основной металл остынут, они соединится с основным металлом.

Пистолет для шпилек

Существует два основных типа приварки шпилек: приварка шпилек вытянутой дугой и разрядка конденсатора. Здесь основной металл и застежка нагреваются электрической дугой, при этом застежка действует как электрод, создавая дугу между электродом и основным металлом. Сильная дуга плавит обоих, а давление с охлаждением делает надежный стык.

Для разрядки конденсатора не требуется флюс, это более быстрый и эффективный процесс приварки шпилек. Это так же быстро, как приварить шпильки за 1-6 миллисекунд.

Дуговая сварка шпилек

Это более универсальный и адаптируемый метод, когда сварочный материал и диаметр имеют хороший диапазон. Он может работать с толстым слоем расплава до 2 мм и даже с ржавым материалом или материалом с покрытием. Он абсолютно подходит для шпилек большего диаметра. Существует возможность установить ток и время сварки в зависимости от размера шпильки и металлического листа.

После того, как вы поместите шпильку на основной металл, создайте вспомогательную дугу из электричества.Поднимите шпильку на заданную высоту, чтобы создать основную дугу, которая приведет к сварке кончика шпильки и основного металла. Теперь шиповочный пистолет прижимает крепеж к основному металлу и удерживает его до остывания. Керамическая втулка может удерживать шпильку на своем месте, которую можно отколоть после завершения процесса.

Доступен ассортимент для приварки шпилек вытянутой дугой. Это зависит от размера и длины шпилек. Мы должны выбрать сварочный аппарат для любого применения, чтобы знать его доступность и проект.Базовый диаметр шпильки, скорость сварки и толщина являются факторами, которые следует учитывать перед выбором сварочного аппарата для шпилек.

Преимущества дуговой сварки шпилек
  • Соединяет поверхность шпильки с металлическими листами по всей длине, что делает сварку однородной и качественной.
  • Сверление и клепка в этом процессе полностью исключаются.
  • Нет необходимости в флюсе, инертном газе во время процесса.
  • Универсальный способ крепления шпилек диаметром от 2 мм до 25 мм.
  • С этой работой справятся начинающие сварщики, так как это простой процесс.
  • A Полезный процесс, когда требуется высокая прочность сварного шва.
  • Покрытый чешуей и жиром основной металл можно приварить с помощью этого процесса.
  • Структурное формирование для дугового процесса.
  • Аппарат дуговой сварки может соединять детали большего диаметра.
Применение дуговой сварки шпильками
  • Промышленный трансформатор, требующий сильного плавления, может быть легко сконструирован с помощью вытянутой дуги.
  • Строительство котла не может быть завершено без приварки шпилек вытянутой дугой из-за прочного сварного соединения, которое получается при использовании этого оборудования.
  • Автомобильная промышленность, где такой процесс требуется для гидроусилителя руля, приборной панели, изготовления.
  • Создание теплообменника возможно с помощью станков для приварки шпилек для коммерческого использования.
  • Судостроение — это приложение, в котором процесс дуговой сварки с вытягиванием может быть очень эффективным.
  • Этот аппарат для сварки шпилек выполняет изготовление тяжелых деталей и создание конструкций.
  • Мосты и соединение моста с дорогой могут быть выполнены с помощью сварки шпилек . Прочность сустава на высоте.

Приварка шпилек разряда конденсатора

Процесс сварки конденсаторным разрядом весьма приемлем в тех случаях, когда требуется безупречное сварное соединение и отсутствие обратной маркировки. Внешний вид свариваемого металла очень важен при сварке CD. Лучше всего использовать чистый и плоский основной металл из мягкой стали, нержавеющей стали и алюминия.

Сварка CD специально разработана для тонкого металла толщиной 0,7 мм. Этот ограничительный тип процесса лучше всего подходит для тонких металлических шпилек для надежной сварки. Мы хотим, чтобы основной металл был чистым, без покрытия и без ржавчины для процесса сварки конденсаторным разрядом.

Мы предварительно устанавливаем напряжение и время в соответствии с толщиной шпильки и основного металла. Теперь поместите шпильку на лист, кончик шпильки расплавится с основным металлом при прохождении тока и превратится в расплавленную ванну.Сварочный пистолет прижимает шпильку к расплавленной поверхности основного металла, чтобы сплавить их обе при охлаждении.

Если вы планируете выбрать сварочное оборудование CD, имейте в виду, что сварочный аппарат должен быть легким, простым в использовании, компактным, гибким и иметь минимальное время перезарядки.

Преимущества Устройство для сварки шпилек с конденсаторным разрядом
  • Равномерное плавление с высоким качеством сварки.
  • Нет необходимости дорабатывать другую сторону, так как другая сторона чистая.
  • Нет необходимости в флюсе, инертный газ.
  • Сверление, клепка и просверливание отверстий не учитываются.
  • Без маркировки на обратной стороне металла
  • Лучше для тонкого металла
  • Малый диаметр шпильки для сварки.
  • Нужен отличный внешний вид
  • Герметичный
  • Нержавеющий
  • Нужен чистый сварной шов
  • Компактный, удобный и портативный.
  • Сварочный аппарат имеет защиту паролем и сохранение данных объектов.
Применение приварки шпилек конденсаторным разрядом
  • Предприятия общественного питания и пищевой промышленности нуждаются в посуде, которая пригодна только в том случае, если она не протекает и не ржавеет. Становится легко готовить еду, подавать и чистить их.
  • Приварочный пистолет может использоваться для крепления латунных заводских табличек.
  • Значки, произведения искусства и ювелирные изделия, где требуется аккуратный и чистый процесс.
  • Микроволновые грили, сковороды, плиты и другие электроприборы нуждаются в процессе разрядки конденсатора.
  • Кухонная утварь включает в себя различные кастрюли, сковородки и другую кухонную утварь.
  • Для электрических и электронных устройств связи требуется комплект для сварки шпилек .
  • Художественные изделия из металла, декоративные изделия нуждаются в сварочном аппарате самого высокого качества.

Руководство по приварке шпилек
  • Установите соответствующее время сварки в зависимости от диаметра шпильки и основного материала.
  • В зависимости от диаметра основания сварного шва установите подходящую силу тока.
  • Убедитесь, что отрицательная полярность подключена к шиповочному пистолету.
  • Убедитесь, что заземляющее соединение абсолютно плотное и чистое.
  • Тщательно очистите рабочую поверхность, чтобы загрязнения не повлияли на сварной шов.
  • Содержите шпильки и втулки в чистоте и не допускайте попадания влаги.
  • Удалите лак, окалину, ржавчину и пластиковые поверхности с рабочей поверхности и убедитесь, что поверхность пластины является электропроводной.

Измерения магнитного поля при магнитно-импульсной сварке с использованием датчиков CMR-B-Scalar

3.1. Измерение динамики магнитного поля при МСИ

Перед исследованием процесса МСИ исследовалась динамика магнитного поля в зазоре между формирователем поля и жестким алюминиевым цилиндром, а также при свободном сжатии алюминиевой трубки. Результаты этих исследований при зарядной энергии 4 кДж приведены для стержня (алюминий EN AW-6060, поставленный фирмой BIKAR-Metalle, Бад-Берлебург, Германия) диаметром 40 мм и алюминиевой трубки с такой же наружной диаметр и толщина стенки 1.5 мм. Ток катушки для обоих случаев показан на вставке. Периодически изменяющаяся форма волны магнитного поля является униполярной, что является результатом измерения CMR-B-скалярного датчика, поскольку он измеряет только абсолютное значение плотности магнитного потока B . В случае алюминиевого стержня амплитуды всех колебаний магнитного поля изменяются по закону затухания (штриховая линия) с экспоненциальной постоянной времени τ = 75,5 мкс. Следует отметить, что по этому закону изменяются и амплитуды токов.Однако в случае сжатия трубки после первого полуволнового импульса амплитуда следующей полуволны значительно уменьшается, и магнитное поле колеблется по закону затухания с экспоненциальной постоянной времени τ = 90,7 мкс.

Динамика магнитного поля между формирователем поля и летучей частью. Красная кривая отмечает жесткий стержень; черной кривой отмечена алюминиевая трубка толщиной 1,5 мм. Вставка: ток разряда при сжатии трубки показан черной линией; при опытах с жестким стержнем красной линией.

Эти отличия обусловлены деформацией трубки в течение первой полуволны тока, что вызывает значительное увеличение индуктивности системы, состоящей из трубки и формирователя поля. Это подтверждается и уменьшением частоты колебаний магнитного поля (см. ). Согласно Kleiner et al. [23], в процессе сжатия, когда начинается деформация флаера, увеличивается суммарная индуктивность нагрузки-потребителя (катушки-трубки) в разрядном контуре, что приводит к уменьшению частоты и амплитуды колебательного тока.Однако из-за наличия формирователя поля, который используется в дополнение к катушке инструмента, деформация трубки лишь незначительно влияет на общую индуктивность системы (см. Хенселек и др. [24]). Следовательно, ток в катушке изменяется незначительно (см. вставку на рис. 2). Тем не менее это приводит к значительному уменьшению амплитуды магнитного поля в зазоре между формирователем поля и сжатой трубкой. Кроме того, как видно из , при сжатии трубки временной ход первой полуволны магнитного поля отличается от хода жесткого стержня.Здесь максимум магнитного поля достигается намного раньше, чем максимум тока катушки. Это означает, что, несмотря на увеличение тока катушки, магнитное поле в зазоре уменьшается из-за деформации рогульки.

Для изучения влияния зарядной энергии E на формы колебаний магнитного поля во время МДР алюминиевого летательного аппарата со стальной основой были проведены эксперименты при различных энергиях заряда (см. а) и с флаерами, имеющими различную толщину стенки (см. б).Результаты этих исследований при толщине стенки флаера 1,5 мм при энергии заряда 2, 3 и 4 кДж приведены на а. Первая полуволна во всех этих сварочных экспериментах имела два пика. Первый пик был аналогичен пику, наблюдаемому при свободном сжатии трубки (см. рис. ). Амплитуда этих пиков зависела от энергии заряда конденсатора, а именно, чем меньше энергия заряда, тем меньше была амплитуда пика магнитного поля, и максимум этих пиков достигался позже. Как упоминалось ранее, магнитная индуктивность в точке измерения представляет собой интерференцию поля, создаваемого формирователем поля, и индуцированного тока в флаере.Вторая составляющая, помимо прочих факторов, зависит от расстояния между формирователем поля и летуном. Чем больше это расстояние, тем меньше становится вклад магнитного поля летуна. При определенной скорости флаера увеличение времени магнитного поля в формирователе поля (при еще возрастающем токе катушки) компенсировалось уменьшением наведенного в флаере магнитного поля. Таким образом был получен первый пик. После достижения первого пика плотность магнитного потока падала до некоторого локального минимума, затем возрастала до второго пика и, наконец, падала до нуля.Более того, минимум между этими двумя пиками по времени достигается позже, а относительная величина второго пика оказывается ниже при использовании меньшей энергии заряда. После окончания первой полуволны последующие импульсы продолжали колебаться по закону затухания.

Магнитные поля между формирователем поля и алюминиевой трубкой флаера при различных энергиях заряда, когда толщина стенки трубки d = 1,5 мм, соединительный зазор h = 1,5 мм ( a ) и энергия заряда 5 кДж, также при толщинах стенок d = 1, 2, 2.5 мм ( б ).

Для понимания динамики плотности магнитного потока в процессе сварки были рассмотрены процессы, происходящие во время первой полуволны разрядного тока. показаны ток в катушке и изменение величины магнитного поля в промежутке между формирователем поля и флаером.

Динамика магнитного поля между формирователем поля и алюминиевой трубкой отмечена черной линией, ток катушки — красной линией, смещение стенок трубки — пунктирной синей линией, а скорость стенки трубки — пунктирная зеленая линия.Толщина стенок трубки 1,5 мм, энергия заряда конденсатора 4 кДж ( a ) и 2 кДж ( b ). Родитель был сделан из стали.

Перемещение флаера, а также его скорость при энергии заряда 4 кДж и 2 кДж представлены в а, б соответственно. Сравнение смещения флаера во времени и формы волны плотности магнитного потока B показывает, что локальный минимум B достигается при столкновении флаера с родителем. В момент удара скорость летательного аппарата достигает максимального значения, а затем резко падает.Для E = 4 кДж (а) начальное время столкновения составляет 11 мкс после начала импульса тока, а максимальная скорость удара летуна составляет v i = 272 м/с. Общее смещение флайера составляет 1,5 мм (т. е. начальный зазор), а процесс деформации завершается через 14 мкс. Минимальная плотность магнитного потока достигается при снижении скорости летательного аппарата до v i = 120 м/с. Как было отмечено выше, появление первого пика и последующее уменьшение магнитного поля были результатом деформации флаера, вызванной магнитным давлением.При этом увеличение индуктивности системы, вызванное прогрессирующей деформацией флаера, настолько сильно тормозило магнитное поле, что увеличение тока в катушке не могло компенсировать это уменьшение. Однако при уменьшении скорости преобладало влияние тока катушки на магнитное поле, и наблюдалось общее увеличение B . По этой причине в момент минимума магнитного поля ток еще не достиг своего максимального значения и продолжал расти, что вызвало появление второго пика в динамике поля.

Установлена ​​зависимость между энергией заряда E , моментом времени ( τ m ) минимума магнитного поля в форме двойного пика и качеством сварки. Когда E составлял 4 кДж, 3 кДж и 2 кДж, τ m составлял 11 мкс, 12,5 мкс и 15 мкс соответственно. Испытание на отслаивание вручную показало, что при τ m ≤ 12,5 мкс отрезанную полосу материала флаера нельзя было отделить от основного материала, что свидетельствует о хорошем качестве сварного шва.Фотография испытанного образца после МДР при E = 3 кДж; τ m = 12,5 мкс показано на вставке . Между тем тот же анализ выполнен при E = 2 кДж; τ м = 15 мкс (см. б) показало недостаточную прочность сварного шва, т.к. флайер легко отрывался от родителя.

Влияние толщины стенки флайера на динамику магнитного поля изучалось при зарядке конденсатора до 5 кДж и использовании флайеров с толщиной стенки 1, 2 и 2.5 мм. Результаты показаны на б. Видно, что флайер с толщиной стенки 1 мм соударяется с родителем через τ м = 11 мкс (минимум кривой), а флайер с толщиной стенки 2,5 мм соударяется с родителем через τ m = 16 мкс, когда ток катушки уже достиг своего максимального значения и начал падать. Кроме того, в случае флайера толщиной 2,5 мм энергии оказалось недостаточно для качественной сварки деталей.

Таким образом, анализируя форму волны магнитного поля во времени, можно качественно определить качество процесса МПЗ с учетом следующих параметров: момент времени и амплитуда первого пика и момент времени минимума. Как указывалось ранее, деформация флаера начинается при достижении критического магнитного давления. Первый максимум является результатом компенсации возрастающего магнитного поля в формирователе поля уменьшающимся магнитным полем, индуцированным в флаере.Максимальное магнитное давление может быть оценено по этому максимальному значению. Однако установить четкую связь между моментом времени первого максимума и его величиной с качеством сварного шва затруднительно. Причина в том, что положение и величина этого максимума зависят от возрастающего тока катушки, скорости флайера, его механических свойств и т. д. Например, для флайеров с фиксированной толщиной стенки было получено, что при более высокой зарядной энергии , достигается более ранний и более высокий максимум и повышается качество сварки (см. а).Однако временные интервалы между этими пиками различаются мало. Для флайеров с различной толщиной стенки (см. б) первый максимум 6 Тл был достигнут через 6 мкс при энергии заряда 5 кДж при использовании флайера с толщиной стенки 1 мм. Однако при использовании флаера с толщиной стенки 2,5 мм при той же энергии это было достигнуто через 11 мкс, несмотря на более высокое значение первого пика (около 8,3 Тл). Кроме того, момент времени минимума магнитного поля показывает время столкновения флайера с родителем.На основании полученных данных можно определить скорость летательного аппарата в момент его столкновения с родителем. После начала деформации скорость летуна изменяется почти линейно. Согласно Lueg-Althoff et al. [6], время соприкосновения летуна с родителем является особенно важным параметром в процессе MPW. Таким образом, зная стыковочный зазор и время до удара, можно оценить скорость летательного аппарата. Чем позже достигается локальный минимум, тем ниже скорость летательного аппарата незадолго до столкновения с родителем.Давление, действующее на летучую часть, можно оценить, анализируя изменение скорости во время удара. Это было сделано Lueg-Althoff et al. [6] путем оценки изменения скорости летательного аппарата при ударе по кривым PDV. Однако, вводя скалярную измерительную систему CMR-B как новый и быстрый метод анализа процессов MPW, можно получить информацию не только о движении летательного аппарата, но также о значениях и динамике магнитного поля. Таким образом, комбинация нескольких параметров, таких как первый максимум пика, его временная позиция и момент времени минимума формы волны, может использоваться в качестве индикатора или «отпечатка» качества сварки для известных установок MPW с заранее заданными параметрами. параметры инструмента, такие как зазор между флаером и формирователем поля, зазор между флаером и родителем и толщина стенки флаера.

Полученные результаты показывают, что анализ динамики магнитного поля в окрестности формирователя поля дает необходимую информацию о процессах, происходящих при магнитной сварке, которую нельзя получить путем прямого измерения тока катушки, что было предложено Хенселек и др. [24], Чжан и соавт. [25] и Beerwald et al. [26]. Кроме того, анализируя данные, полученные при измерении динамики магнитного поля и сравнивая эти данные с результатами физической проверки качества сварного шва, можно будет оптимизировать зарядную энергию конденсаторов для каждого случая.Например, видно, что для сварки флаера с толщиной стенки 1 мм не нужно заряжать конденсатор до 5 кДж, так как он воздействует на родителя, когда ток в катушке еще не достиг своего максимума. Кроме того, предлагаемая система измерения магнитного поля может быть использована не только для анализа процессов, происходящих при МПЗ, но и для мониторинга критических точек динамики магнитного поля (таких как величина и временное положение первого максимума и минимума) определяется заранее для выбранной системы MPW.Датчики CMR-B-скалярные имеют небольшие размеры и не чувствительны к направлению магнитного поля, что значительно облегчает их установку. Они также быстры и могут измерять короткие импульсы магнитного поля. Кроме того, по сравнению с датчиками ПДВ они не требуют специальной обработки сигнала, так как вся динамика магнитного поля сразу отображается на экране монитора.

3.2. Численное моделирование плотности магнитного потока в зазоре между формирователем поля и заготовкой

Для численного моделирования динамики магнитного поля были созданы трехмерные модели с использованием коммерческого программного обеспечения LS-DYNA (Lorenz et al.[27]). Хотя эксперименты проводились с флаерами с разной толщиной стенок, моделирование проводилось только для одной геометрии флайера. Поскольку численное моделирование высокоскоростных процессов формования, таких как электромагнитное формование (или в данном случае MPW), является сложным и сложным, основное внимание было уделено рогульке с толщиной стенки 2 мм. Для этой геометрии требуемые параметры материала с высокой скоростью деформации были точно определены заранее. Таким образом, можно оценить устойчивую и информативную численную модель.Настройка моделирования показана на .

Настройка в моделировании LS-DYNA.

В этой установке флаер имел толщину d = 2 мм, начальный зазор между флаером и родительским элементом h составлял 1,5 мм, а начальный зазор между формирователем поля и флаером составлял 0,5 мм. Помимо механических свойств материала, в качестве входных данных использовался экспериментально измеренный импульс электрического тока через катушку. Точность моделей численного моделирования процессов высокоскоростной формовки, таких как MPW, сильно зависит от применяемых моделей материалов.Данные о материалах для численного моделирования были получены путем обратной характеристики, как описано в Lorenz et al. [27]. Поскольку применяемый формирователь поля имеет несколько осевых и радиальных отверстий для интеграции скалярных зондов CMR-B и датчиков PDV (см. ), создание сетки трехмерной имитационной модели было сложной задачей. Требовалась исключительно мелкая 3D-сетка, что резко увеличивало время моделирования. Поэтому скважины не учитывались при моделировании LS-DYNA.Кроме того, влияние скважин и положения датчика магнитного поля на значения плотности магнитного потока оценивалось с помощью мультифизического моделирования COMSOL. Результаты моделирования COMSOL представлены ниже.

Сравнение результатов моделирования и измерений динамики магнитного поля показало хорошее качественное совпадение моделирования и эксперимента (см. ). В частности, временной ход во время первой полуволны импульса тока показал многообещающее соответствие.

Динамика магнитного поля при сварке алюминиевой трубы толщиной стенки d = 2 мм со стальной основой. Масштабированное моделирование LS-DYNA (коэффициент масштабирования 0,3 — красная пунктирная линия), измерение — зеленая линия, а колебания тока через катушку — синяя пунктирная линия.

Обсуждавшееся ранее двухпиковое поведение в динамике напряженности поля было обнаружено как при измерениях, так и при моделировании. Однако, как упоминалось ранее, динамическое моделирование LS-DYNA проводилось без скважин, и результаты моделирования дают значительно более высокие значения магнитного поля, чем были получены при измерениях с использованием скалярного датчика CMR-B.Например, максимальная расчетная плотность потока для момента времени t = 7,1 мкс (см. ) составила 25,05 Тл (на рисунке не показана), а измеренное значение ≈ 7,48 Тл. Для выяснения причин такого расхождения, 3D-моделирование с временной гармоникой выполнялось с помощью COMSOL Multiphysics. Целью была оценка влияния скважины и положения датчика магнитного поля на плотность магнитного потока. Геометрии формирователя поля, летательного аппарата и родителя рассматривались как в их начальных (недеформированных) состояниях, так и в их конечных состояниях после столкновения летательного аппарата с родителем.Представленные результаты показывают, что скважина приводит к значительному локальному уменьшению магнитного поля. Вдоль оси скважины магнитное поле неоднородно. Сравнение максимального значения магнитного поля в Точке 1 (в которой проводились расчеты по LS-DYNA) с максимальным в Точке 4 (в которой размещался датчик) показывает, что эти значения различались примерно в три раза. . Как упоминалось ранее, такая же трехкратная разница была получена при сравнении результатов моделирования и измерений в процессе сварки.Кроме того, видно, что увеличение зазора между формирователем поля и летательным аппаратом из-за электромагнитного формирования приводит к уменьшению напряженности магнитного поля и временному сдвигу максимума и минимума.

Результаты моделирования в COMSOL распределения магнитного поля в четырех точках зазора между флаером и формирователем поля для начального и конечного состояний деформации флаера (( a ) напряженность магнитного поля, ( b ) колебания магнитного поля) .P1 не зависит от скважины, P2 находится в том же радиальном положении перед скважиной, P3 и P4 находятся на расстоянии 0,5 и 1 мм внутри скважины, что приблизительно соответствует положению зонда в экспериментах.

Следовательно, наличие отверстия в формирователе поля и положение датчика в этом отверстии вызывает расхождение между измеренным значением и моделируемым магнитным полем. Таким образом, было решено, что результаты LS-DYNA необходимо масштабировать с коэффициентом 25,05/7,48, чтобы учесть влияние ствола скважины (см. ).Поэтому данные результатов моделирования, представленные в , масштабируются по этому коэффициенту. Это позволяет получить не только качественное, но и количественное соответствие моделирования и измерений.

Численное моделирование позволяет провести детальный анализ взаимодействий между деформацией летательного аппарата, ударом между флайером и родителем и динамикой магнитного поля. На графике показана радиальная скорость края летательного аппарата в зависимости от времени. Видно, что деформация флайера начинается позже с некоторым опозданием и только после установления определенного уровня магнитного поля.Индуцированные напряжения, вызванные так называемым магнитным давлением, превышают начальные напряжения течения материала флаера. Затем летчик быстро ускоряется до тех пор, пока не будет преодолено противостояние между летуном и родителем. Контакт внутренней поверхности летательного аппарата с родительской поверхностью происходит при максимальной скорости летательного аппарата. Следует отметить, что при численном моделировании скорость летательного аппарата определяется для кромки летательного аппарата, которая заведомо выше, чем в точке измерения PDV на несколько миллиметров вдоль оси летательного аппарата.За этим пиком скорости следует резкое торможение, во время которого флаер и родитель слегка сжимаются и образуется высокое контактное давление. Фаза торможения занимает всего несколько микросекунд, и ее конец можно определить по локальному минимуму кривой магнитного поля. Это подтверждает экспериментальные результаты () и еще раз показывает потенциал измерений магнитного поля для углубленного анализа процессов МПЗ. Сварка между флаером и родителем не моделировалась в настоящем моделировании LS-DYNA, и флаер подвергается некоторым вибрациям после удара.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.