Материал: Расчет сварочного контура и трансформатора для точечной контактной машины

Расчет сварочного контура и трансформатора для точечной контактной машины

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет

имени М.Т. Калашникова»

Кафедра «М и ТОМД и СП»

Курсовая работа

по дисциплине «Сварка давлением»

на тему «Расчет сварочного контура и трансформатора для точечной контактной машины»

Выполнил: студент гр.№681з

Ловкин Р.Ю.

Проверил: преподаватель

Новокрещенов А.Н.

Ижевск, 2014

Задание

Вариант 9

Вид сварки - контактная точечная

Материал АМг6

δ_л = (1+1) мм

Вторичный контур

Н = 250 мм

L = 550 мм

N_ст = 4

ПВ = 20%

U_сет = 380 В

Введение

В настоящее время электрическая контактная сварка получила очень широкое распространение и развитие. В автомобильной, судостроительной, авиационной и других отраслях промышленности она является одним из ведущих технологических процессов, обеспечивающих наиболее высокую производительность труда, экономию материалов и улучшение качества изделий.

Развивающаяся современная промышленность требует всё более совершенных контактных электросварочных машин различных типов и назначений. Перед конструкторами универсального и специального оборудования для контактной сварки стоит задача систематического повышения его технического уровня, качества и надежности [5].

Данная курсовая работа состоит из двух частей:

1)  расчет параметров режима контактной сварки;

2)      расчет сварочного контура и трансформатора для точечной машины.

1. Расчет параметров режима

Конструктивные сварные точечные соединения выполняются обычно с нахлесткой (однорядные или двухрядные швы) и с отбортовкой [1].

Конструктивное изображение точечного соединения показано на рис.1.

Рис.1. Конструктивное изображение точечного соединения

где δ - толщина металла

d_я - диаметр ядра        

a - величина нахлестки.

Из табл.9 [1] принимаем:

Толщина металла δ = 1,0 мм

Диаметр ядра d_я = 4,0 мм

Величина нахлестки a = 14,0 мм

Шаг между точками t = 15 мм

Параметрами режима точечной сварки являются:

1)  диаметр рабочей части и марка материала электрода d_э, мм;

2)      время включения тока (время сварки) t_св, с;

)        сварочный ток I_св, А;

)        усилие на электродах Р_св, кгс.

) При сварке легких сплавов используются электроды со сферической рабочей частью и в качестве расчетного диаметра электрода принимают диаметр отпечатка размером:

d_э = (3,5…4,0) δ, мм

d_э = 4,0 · 1,0 = 4,0 мм

) Время включения тока t_св для одноимпульсной сварки определяется в зависимости от толщины свариваемых деталей. Для сплавов, нечувствительных к термическому циклу:

t_св = (0,15…0,25) δ, с

t_св = 0,15 · 1,0 = 0,15 с

) Сварочный ток I_св определим по формуле, полученной из уравнения теплового баланса:

 , А,

где Q - количество тепла, затрачиваемое на нагрев металла заготовок и электродов, кал;

m - коэффициент, учитывающий изменение R_св в процессе сварки,

m = 1,2…1,4 - для легких сплавов;

R_св = R_эл - сопротивление нагрузки на участке электрод-электрод.

R_св в общем виде определяется:

R_св = R_ээ = 2R_д + R_к + 2R_эд, Ом,

где R_д - сопротивление материала деталей, рассчитывается как сопротивление столбика металла высотой δ₁+δ₂ и диаметром, равным d_э, Ом;

R_к - сопротивление контакта между деталями, Ом;

R_эд - сопротивление контакта между электродом и деталью, Ом. Принимаем R_эд = 0.

, Ом,

где А - коэффициент соответствия фактического сопротивления R_д сопротивлению расчетного цилиндра металла диаметром d_э. А - f(d/δ), значения которой приведены на графике рис.4а [1].

ρ_t - удельное сопротивление материала детали в интервале Т₀…Т_пл, Ом·см.

δ - толщина материала одной детали, см;

d_э - диаметр рабочей поверхности электрода.

 Ом

Контактное сопротивление между деталями R_к при точечной сварке определяется по эмпирической формуле:

R_к = r_к / P_cв^α , Ом,

где r_к - коэффициент, учитывающий свойства материала; r_к = 0,001…0,002 - при сварке алюминиевых сплавов;

Р_св - усилие на электродах при сварке, кгс;

α - показатель степени; α = 0,75…0,85 при сварке алюминиевых сплавов.

R_к = 0,001 / 200^0,85 = 11,069 · 10^-6 Ом

Таким образом, имеем:

R_св = (2 · 4,046 + 11,069) · 10^-6 = 19,161 · 10^-6, Ом,

Количество тепла, затрачиваемое на нагрев металла деталей и электродов, а также потери в окружающую среду, Q определяется:

Q = Q_я + Q_м + Q_э + Q_ср, кал,

где Q_я - количество тепла, затрачиваемое на нагрев до расплавления металла ядра сварной точки:

, кал,

где сγ - объемная теплоемкость материала детали, кал/см³;

d_я - диаметр ядра точки, см, принимается d_я = d_э.

кал.

Q_м - количество тепла, затрачиваемое на нагрев основного металла деталей в виде кольца шириной х₀ вокруг точки до средней температуры Т_пл/4:

, кал,

где k₁ - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрева основного металла, k₁ = 0,8;

х₀ - ширина кольца основного металла вокруг точки, нагревающегося от ядра за счет теплопроводности за время t_св:

, см,

где а - температуропроводность основного металла, кал/см².

 см

 кал

Q_э - количество тепла, расходуемое на нагрев участка электродов точечной машины, длиной х_э до средней температуры Т_пл/8 за счет теплопроводности за время t_св ():

, кал,

где - с_эγ_э - объемная теплоемкость материала электродов, кал/см³;

k₂ - коэффициент, учитывающий форму электрода, принимаем k₂ = 2,0.

см

 кал

Q_ср­ - количество тепла, расходуемое на теплоотдачу в среду. Учитывая кратковременность процесса точечной сварки, считается очень малым и им обычно пренебрегают.

Таким образом, имеем:

Q = 11,157 + 145,621 + 574,296 = 731,074 кал.

В итоге получаем:

 А

Общий ток I₂ во вторичной цепи обычно превышает I_св на величину тока шунтирования I_ш:

I₂ = I_св + I_ш, А, где

, А, где

, Ом,

где R_ш и Х_ш - омическое и индуктивное сопротивление шунта. Х_ш = 0.

k_п - коэффициент поверхностного эффекта. k_п = 1.

R_ш = R_шв + R_свт, Ом

Омическое сопротивление ветви шунтирования R_шв определяется по формуле:

, Ом

где b - расстояние между точками, см;

d - диаметр точки, см;

ρ - удельное сопротивление материала, Ом · см;

δ - толщина пластины, см.

 Ом

Сопротивление материала точки определяется:

, Ом

 Ом

Отсюда:

R_ш = (8,091 + 80,923) · 10^-6 = 89,014 · 10^-6 Ом.

Тогда, после преобразований, z_ш равно:

, Ом

Далее вычисляем ток шунтирования:

 кА.

Тогда:

I₂ = 29,917 + 6,44 = 36,357 кА.

После определения действующего значения вторичного тока определяется длительное значение тока I_2длит с учетом ПВ машины:

, А,

которое округляют до ближайшего большего значения ряда токов по ГОСТ 10594-80 и которое далее фигурирует, как расчетное значение вторичного тока.

 кА.

По ГОСТ 10594-80 принимаем I_2длит = 16000А.

2. Расчет и проектирование сварочного контура

2.1    Общие требования

Назначение машины в первую очередь определяет ее геометрические размеры вторичного контура. Для точечной машины этими размерами являются вылет и раствор хоботов, а свариваемое сечение и заданная производительность машины определяют ее электрические параметры: силу сварочного тока, вторичное напряжение сварочного трансформатора, мощность трансформатора и режим работы, исходя из выбранного режима сварки.

2.2    Эскизирование сварочного контура

Сварочный контур состоит из жестких и гибких элементов. Элементы располагаются исходя из условия свободного ввода и вывода изделия в машину и обеспечения требования минимума площади сварочного контура с целью уменьшения его сопротивления.

2.3    Расчет сопротивления вторичного контура

Основа методики расчета сечения вторичного контура определяется исходя из допустимой плотности тока при продолжительной работе. Допустимые плотности тока выбираются исходя из условий охлаждения. Все плотности тока выбраны из [5].

Сечение элементов вторичного контура рассчитывается по формуле:

, см²

1) Электроды

Медь М1, j = 20-50 А/мм²

 см²

Отсюда получаем d₁ = 2 см.

2)  Электрододержатели

БрХ, j = 10-20 А/мм², водяное охлаждение

 см²

Отсюда получаем d₂ = 3,2 см.

3)  Хоботы

Медь М1, j = 2,4-3 А/мм², воздушное охлаждение

 см²

Отсюда получаем d₃ = 8,2 см.

4)  Планки

Медь М1, j = 1,8-2,2 А/мм², воздушное охлаждение

 см²

Подберем основные размеры планки:

q₄ = 150 · 32 + 38 · 70 = 7460 мм²

5) 
Гибкие шины

Медь МГМ (фольга), j = 2,5-4 А/мм², воздушное охлаждение

 см²

Подберем основные размеры шины:

q₅ = 20 · 200 = 4000 мм²

6)  Колодка

Медь М1, j = 2,5-4 А/мм², воздушное охлаждение

 см²

Расчет активного сопротивления элементов вторичного контура проводится по формуле:

, Ом,

где r_i - активное сопротивление, Ом

k_п - коэффициент поверхностного эффекта. Для немагнитных материалов определяется по формулам:

 при < 180,

 при 220 > > 180,

 при 220 < < 1800,

где f - частота тока, Гц

r₁₀₀ - сопротивление 100 м проводника данного сечения, Ом

ρ₀ - удельное сопротивление материала, Ом ∙ мм²/м

l_i - длина участков, м

) Ом

= < 180

 Ом

) Ом

= < 180

 Ом

) Ом

< = = 390 < 1800

 Ом

) Ом

< = = 456 < 1800

 Ом

) Ом

< = = 338 < 1800

 Ом

 Ом

) Ом

< = = 338 < 1800